β→α相变是钛合金中的主要相变，β基体中α相的形貌、尺寸、数量及分布决定了合金的最终性能，对β→α相变规律的深入研究是钛合金的合金设计及热处理工艺优化的基础。作为一种扩散型相变，β→α相变过程受合金元素扩散所控制。然而，至今对钛合金中合金元素的扩散以及其对β→α相变规律的影响还缺乏系统及定量的研究。因此，本文选取了Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe钛合金体系，采用CALPHAD技术对钛合金中合金元素的扩散进行了系统研究并建立了扩散动力学数据库，在此基础上，采用了DICTRA软件对钛合金β→α相变动力学行为进行研究，获得了β→α相变规律并揭示合金元素的扩散对其影响。最后采用高通量实验方法研究了Ti-Al-Mo三元合金中元素在α相中的固溶强化和α相的析出强化作用，并建立Ti-Al-Mo系钛合金成分-微观组织-性能之间的关系。　　利用传统扩散偶技术，测定了Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe系钛合金中的相互扩散系数，系统地研究了Al、Mo、V、Cr、Fe元素在β-Ti中的扩散行为并分析了元素的扩散机制。研究结果表明：Al、Mo、V、Cr元素在钛合金中的扩散为正常的空位扩散机制，而Fe元素的添加则会导致钛合金的扩散由空位扩散机制转变为空位-类间隙结合的扩散机制，从而导致Ti-Fe二元合金中的扩散系数远远的高于其他4个二元系；对Ti-Al-Mo三元系扩散的研究发现，Al元素在Ti-Al-Mo三元系中的扩散要快于Mo元素，并且主扩散系数（符号略）和（符号略）远大于交叉扩散系数（符号略）和（符号略），表明Al、Mo元素的扩散主要受到其本身浓度梯度的影响。　　基于CALPHAD方法，采用DICTRA软件建立了Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe系钛合金的扩散动力学数据库。首先，基于实验获得的扩散系数，评估并建立了Ti-Al-Fe以及Ti-Al-Mo三元系BCC相的扩散动力学数据库；随后，基于PANDA钛合金热力学数据库，进一步优化了Ti-Al-V以及Ti-Al-Cr三元系BCC相的扩散动力学数据库。最后，通过优化Al、Mo、V、Cr、Fe在HCP-Ti中的杂质扩散移动性参数以及Ti在HCP-Ti中的自扩散移动性参数建立了简化的Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe系HCP相扩散动力学数据库。　　采用DICTRA软件，计算了Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe系多组元合金中初生α相的溶解动力学过程，并研究了合金元素的扩散及其交互作用对初生α相溶解动力学的影响。研究结果表明：初生α相的溶解速率主要取决于合金元素在β相中相互扩散系数的大小，并且其溶解速率随温度的升高而加快；在Ti-Al-X(X=Mo，V，Cr，Fe)四个三元合金中，其初生α相溶解趋势与四个三元合金中主元素扩散系数的变化趋势一致，即元素扩散系数越大的三元合金其初生α相的溶解速率越快；通过相互扩散系数的计算可以发现，快扩散元素Fe的加入会极大的提高Al元素在钛合金中的扩散系数，慢扩散元素Mo的加入则会明显降低Al在Ti中的扩散系数。对于Cr和V这两种在钛合金中的扩散与Al相近的元素，则呈现出了明显不同的特征。其中，Cr元素的添加对Al元素在钛合金中扩散影响作用很小，表明了两者之间较小的相互作用；而V元素的添加极大的降低了Al元素在钛合金中的扩散，表明了Al和V元素之间存在着较为强烈的相互作用。Al、V元素的同时添加极大的降低了其在Ti-Al-V三元合金中的相互扩散系数，从而导致了非常慢的初生α相溶解速率。　　发展了适用于钛合金相变研究的高通量实验方法，研究了Ti-Al-Mo合金中的成分-组织-性能关系，并获得了α相的析出机制，合金元素在α相中的固溶强化作用以及α相的析出强化效应。主要研究结果表明：在Ti-5.04Al/Ti-1.52Mo动力学扩散偶扩散区域内，由于成分梯度产生的额外的自由能，导致了β→α相变过程可以同时析出12个α变体，这是首次在实验中观测到在单一β晶粒内所有12个α变体的析出；由Ti-Al-Mo动力学扩散偶中成分梯度下α相硬度的分析得出Al、Mo元素在α相中的固溶强化作用如下：Mo元素在α相中的固溶强化效果要高于Al元素，而Al元素在α相中的固溶强化作用呈现出抛物线变化趋势，当元素含量低于1％时，其强化效果随元素含量的增加快速增加，而当元素含量高于1%时，其强化效果随元素含量的增加变得缓慢；对Ti-Al-Mo合金的硬度的研究则发现合金的硬度受Al、Mo元素的固溶强化作用以及α相的析出强化作用的共同影响。