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本文系统研究了真空非自耗电弧炉制备的Ti-Si共晶系合金微观组织演变和压缩性能，分析了几种典型合金的相组成和断裂机制，测试了亚共晶Ti-7wt％Si和共晶Ti-8.5wt％Si两种合金在铸态和热等静压处理（HIP）状态下的室温和高温力学性能。深入研究了固溶处理、循环热处理、微合金化以及合金化对提高Ti-Si共晶合金塑性，改善微观组织和压缩性能的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）研究了不同处理后的Ti-Si共晶合金的微观组织、断口形貌和元素在各相中的分布；运用X-射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）研究了合金的相结构；首次采用高分辨电子显微术（HREM）对α-Ti和Ti5Si3两相共晶的精细结构及其界面特征进行了细致观察和分析。微观组织分析表明，随着Si含量的增多，Ti-Si共晶系合金的微观组织受合金类型的影响，分别表现为亚共晶、共晶和过共晶合金的典型组织特征，明显不同于传统的铸造钛合金的片状、针状或“网篮状”组织。由于冷却速度的不同，共晶区的硅化物相呈现出短竿状，片状和菊花状等多样化形貌。XRD、TEM和HREM分析结果表明，Ti-Si共晶系合金中的共晶区由α-Ti和Ti5Si3两相组成，两相之间没有特定的取向关系，相界面稳定洁净，晶格畸变小。利用Miedema理论计算，得出β-Ti和Ti5Si3两相共晶时的生成热分别为ΔHβ-Ti=-11.5kj/mol和ΔHTi5Si3=-50.1kj/mol，Ti5Si3相的生成热更负，是共晶反应时的领先相。实验发现，共晶反应生成的Ti5Si3相截面为典型的六角形（夹角呈120°），中心镶嵌有球状的α-Ti颗粒。亚共晶Ti-7wt％Si和共晶Ti-8.5wt％Si两种合金的室温和高温拉伸性能测试结果表明，即使在高温下（600℃），也不能改变Ti-Si共晶合金的本征脆性。虽然热等静压处理（HIP）后的亚共晶Ti-7wt％Si合金，高温下（600℃）的拉伸塑性得到明显提高（δ5=10.9％），但断口分析显示，合金仍然属于脆性解理断裂。研究表明，合理的固溶处理（1150℃／1h+WQ）或9次循环热处理（1050℃／30min+AC）后的Ti-Si共晶合金压缩性能分别达到σ=1913MPa，εc=20.6％和σ=1740MPa，εc=19.6％，极大改善了Ti-Si共晶合金的压缩塑性。过高的处理温度或过长的处理时间，均会导致第二相（Ti5Si3）的粗化、长大和搭接。在热处理后的合金中，没有发现新相或马氏体组织的形成。两种热处理工艺得到的Ti-Si共晶合金组织中，原有的共晶团结构消失，第二相（Ti5Si3）更加均匀和细化，合金出现明显的宏观塑性变形。断口形貌说明，合金的断裂机制由原来的以脆性相（Ti5Si3）解理为主的脆性断裂转变为第二相（Ti5Si3）从韧性的基体（α-Ti）中拔出的类韧性断裂。断裂机制的改变，从根本上改善了合金的断裂行为和综合力学性能。研究发现，微量的低表面能元素（Be、Bi）、稀土元素（Y、Gd、Sm、Dy、Nd）都能有效提高Ti-Si共晶合金的压缩性能，但以钇（Y）和钐（Sm）最为明显，分别达到σ=1411MPa，εc=7.1％和σ=1647MPa，εc=7.1％。钇（Y）作为微合金化元素的作用主要是增加合金中的共晶团数量，减小了共晶团及Ti5Si3相的尺寸。Y原子在合金中主要分布在硅化物（Ti5Si3相）中，并有可能替代了部分Si原子，形成新的硅化物Ti5（Si，Y）3。钐（Sm）微合金化处理后的合金中没有明显的共晶团存在，Ti5Si3相得到了明显细化和均匀化，纳米级（小于100nm）的Ti5Si3相颗粒数量超过50％。与其它元素相比，适量的硼（B）改善Ti-Si共晶合金的塑性最为显著（εc=11.5％），其断裂机制为韧性的基体（α-Ti）与第二相（Ti5Si3）之间的界面解键，伴有少量撕裂棱和小解理面，属于准脆性断裂。实验发现，随着硼（B）加入量的增多，合金中出现粗大的初生相（Ti5Si3）。另外，硼（B）对亚共晶Ti-Si合金的α-Ti枝晶起断续和分散的作用，并能加速Si原子从过饱和β-Ti固溶体中脱溶后向枝晶界扩散，从而抑制了Ti5Si3相在β-Ti固溶体中的形核和长大。铝（Al）是钛合金的重要元素之一。研究表明，适量的Al对Ti-Si共晶合金也有很好的强化和韧化作用（σ=1763MPa，εc=8.5％）。少量Al作为合金化元素加入时，会固溶在α-Ti中，并可以减少硅的当量值，从而增加了韧性相α-Ti基体的体积分数，提高合金的塑性。Al的加入减慢了第二相硅化物的析出，使共晶硅化物变得粗大。过量Al的加入，会使共晶硅化物更为粗大。Ti-Si共晶合金的Zr、Hf合金化研究表明，Zr对压缩强度的影响较小，但可以有效提高合金塑性（εc=7.2％）。Zr的加入改变了原始共晶组织中的共晶团结构，促进了初生相的析出，增大了硅的当量值。由于Zr-Si粘合体的自由能大于Ti-Si粘合体的，Zr原子更多地溶于硅化物中，替代Ti原子形成新的硅化物(Ti0.6Zr0.4)5Si3。Hf对提高Ti-Si共晶合金力学性能的作用不大。