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为研究开发高强度、低弹性模量、低成本医用β型钛合金，本论文根据d-电子理论设计了Ti-28Nb-13Zr-0.5Fe、Ti-28Nb-13Zr-2Fe和Ti-35Nb-13Zr-2Fe(mass％)三种Ti-Nb-Fe系β型医用钛合金，研究了其高温变形行为，热机械处理对组织、织构和弹性模量的影响，热处理过程中组织演变及其对性能影响。此外，还研究了提高α+β型医用Ti6A17Nb合金抗磨损性能的方法，研究结果为医用钛合金的应用开发和理论研究提供依据。 研究了三种β型钛合金固溶和350℃～550℃时效处理过程中组织演变及其对力学性能影响。结果表明，按Mo当量递增顺序，三种合金固溶态组织分别由β+a”+溶质原子不均匀区、β+溶质原子不均匀区和稳定的单β相组织组成。其中Ti-28Nb-13Zr-0.5Fe合金固溶处理后具有高强度和低弹性模量的最佳匹配。该合金固溶后在350℃时效，长棒状ω相析出，使弹性模量和强度升高，塑性下降。当时效温度升高至450℃，ω析出相数量降低，尺寸减小，呈椭球状，同时微细α相粒子析出，获得良好强度、塑性和弹性模量匹配。550℃时效，针状α相析出，又使弹性模量和强度升高，塑性降低。Ti-28Nb-13Zr-2Fe和Ti-35Nb-13Zr-2Fe在350℃～450℃温度范围内时效时，α析出相形貌演变规律相同:弥散分布的微细a相粒子→针状a相。针状a相具有较强的硬化作用。 研究了Ti-28Nb-13Zr-0.5Fe合金β相区高温变形行为和变形过程中组织演变规律，建立了其流变应力本构关系的双曲正弦模型和热加工图。在700～800℃温度范围内变形，应变速率大于1s-1时，呈现流变不稳定性，在0.001～1s-1之间出现动态回复和动态再结晶;温度高于800℃、应变速率低于0.01s-1时，发生连续再结晶，晶粒粗化。综合考虑可热加工性和组织细化因素，以700℃～800℃，0.001～1s-l热加工参数为佳。研究分析了合金不同变形条件下的变形机制。 研究了冷加工再结晶退火对Ti-28Nb-13Zr-2Fe合金织构、组织和弹性模量影响。结果表明，30％小应变量冷轧，合金内形成弱{001｝<010>立方织构，使弹性模量由75GPa降低至54GPa。随着冷轧应变量的增加，合金进行塑性变形所开动的滑移系变化，形变织构组分改变。应变量为50％时，{001｝<010>取向减弱，{111｝<112>取向增强;85％时，{001｝<110>和{112}<110>取向增强，其中{001｝<110>取向强度较高，{112}<110>次之。合金内形变织构组分随冷轧应变量的变化引起弹性模量的变化。应变量为50％时，弹性模量升高至65GPa，85％时又降低至62GPa。700℃再结晶退火处理，再结晶晶粒的定向形核和择优生长使合金内{111｝<112>取向增强，形成极强的{111｝<112>织构，合金获得较低弹性模量58GPa。小应变量(3%)多次循环拉伸变形，使{001｝<010>取向增强，弹性模量由变形前的62GPa减小至50GPa。 为提高生物医用Ti6A17Nb合金表面的耐磨损性能，采用热氧化技术和磁控溅射技术分别在合金表面制备了Ti02和TiN涂层，研究了合金在500℃～800℃空气中的热氧化动力学，TiN涂层的相结构，以及合金表面改性前后的磨损性能。研究结果表明:500℃～600℃氧化速率低，表面硬度较基体变化不大。在750℃以上，氧化速度增加，氧化动力学遵从抛物线规律，氧化物主要由Ti02和少量Al203组成。在800℃时，氧化物颗粒长大，氧化层疏松，极易剥落。综合考虑硬化层深度和氧化时间，得出最佳热氧化工艺参数为750℃氧化8小时。在此工艺下处理的钛合金表面硬度达到HV1047，耐磨性是原合金材料的280倍。磁控溅射TiN涂层与基材结合良好，涂层的成分与结构随溅射时间而变化。溅射3h时，涂层由表及里的相组成依次为TiN，TiN+Ti2N，Ti2N，其中TiN涂层硬度提高至基材的3倍。表面改性后，Ti6A17Nb合金耐磨损性能在10～40N载荷下明显提高，其中20N载荷下TiN涂层使合金耐磨性提高了约100倍。本论文分析了其耐磨损性能提高的机制。