钛合金凭借优异的比强度,耐腐蚀性以及良好的生物相容性等优点,在航空航天,化工,生物医学等领域所使用比例越来越大。目前关于钛合金搅拌摩擦加工的研究主要集中在高温超塑性,而有关其室温下的力学性能鲜有报道。为此,本文针对搅拌摩擦加工的TA2纯钛和TC4双相钛合金组织及力学性能开展系统研究,对加工区组织转变机制进行了深入探讨。研究表明:连续再结晶是纯钛在搅拌摩擦加工过程中晶粒细化的主要机制。由于加工区存在温度梯度,加工区上层组织再结晶程度高于下层组织,造成上层晶粒尺寸小于下层。通过对加工区分层进行晶粒取向分析发现加工区上层主要为P₁织构,下层主要是P₁织构和B织构,这表明加工区上层与下层晶粒在加工过程中变形模式不同,加工区上层受轴肩作用较大,主要发生柱面滑移,加工区下层受搅拌针作用较大,主要发生柱面和基面滑移。通过对BM→TMAZ→PZ三个位置进行晶粒取向分析发现,三个位置织构变化趋势为P₁织构从无到有逐渐变强,并且在PZ区开始出现了B织构。这表明变形初始阶段α晶粒主要通过柱面滑移来协调变形;随变形程度增大,柱面滑移和基面滑移共同协调变形。搅拌摩擦加工区组织硬度和抗拉强度与母材相比均得到显著提高,但拉伸塑性变差。热输入对TC4钛合金搅拌摩擦加工区组织具有重要影响。当温度达到β转变温度时组织发生α→β相变;当温度达到两相区较高温度时β稳定元素扩散较快,组织发生球化;当温度较高但不足以发生球化时α晶粒发生再结晶。两种参数下TC4钛合金加工区的硬度与抗拉强度与母材相比均得到明显提高,但拉伸塑性变差。初始组织对TC4钛合金加工区组织转变也有显著影响。等轴初始组织发生再结晶需要的应变大于板条初始组织;经过搅拌摩擦加工以后,等轴初始组织加工区下层晶粒细化不充分,残留的等轴α晶粒主要为P₁织构,这一织构也是纯钛α晶粒变形时最容易出现的织构,两种初始组织下的加工区硬度和抗拉强度与母材相比均得到提高,但拉伸塑性变差。