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钛合金具有高的比强度、耐腐蚀和耐高温等优点，是一种优异的航空航天结构材料。随着中国航空航天及相关军事领域的高速发展，结构构件对钛合金的服役可靠性需求也日益迫切。由于钛合金组织的多样化，组织结构的形态、尺寸和含量对钛合金构件的强度、韧性以及疲劳性能产生强烈影响，而这些组织结构往往与合金的热机械加工和热处理工艺有直接的关系。因此，如何理解钛合金组织结构对材料力学性能的影响，特别是疲劳性能一直是人们长期有待解决的问题。近年来的钛合金保载效应越来越受到人们的关注。尽管，保载效应经历了几十年的研究，但保载效应的物理机制，特别是保载效应对组织结构的敏感性仍未得到很好的理解。因此，揭示钛合金组织结构对保载效应的影响，提出构件的保载损伤机制并建立失效物理模型，对于钛合金构件高服役可靠性具有意义重大的理论指导意义和应用参考价值。 本论文选取初生α相体积分数分别为36％、50％、60％和76％的双态Ti-6Al-4V合金作为研究对象，通过纳米压痕测试和扫描电镜下原位裂纹扩展实验，重点考察了组织结构单元的强度及对疲劳裂纹扩展行为的影响规律;通过单向拉伸、纯疲劳和保载疲劳实验，研究了初生α相体积分数对Ti-6Al-4V合金样品强度和疲劳性能的影响;利用准原位纯疲劳和保载疲劳的对比实验，探讨了保载对样品疲劳损伤以及疲劳性能的影响规律。论文得出如下主要结论: (1)纳米压痕测试、EBSD取向分析和透射电镜下的成分分析结果表明，双态Ti-6Al-4V合金在热处理过程中存在元素配分效应，初生α相中固溶元素Al含量随初生α相体积分数的增加而减少，其导致了合金中初生α相硬度随初生α相体积分数增加而减少，且该趋势与晶体取向无关。 (2)扫描电镜下的原位疲劳裂纹扩展行为研究发现，初生α相体积分数为36％的Ti-6Al-4V合金样品的裂纹扩展速率低于初生α相体积分数为76％样品的扩展速率;初生α相的晶界、初生α相/次生α相的界面以及网篮组织的片层界面均可显著降低局部裂纹扩展速率。当相邻晶粒易开动滑移面在晶界处的扭转角（ψ）和倾斜角(ψ)满足1.63ψ+ψ＞68°时，疲劳裂纹会被晶界阻止或者发生偏折;当扭转角和倾斜角间满足1.63ψ+ψ＜68°时，裂纹可穿过晶界。 (3)拉伸性能、纯疲劳以及保载疲劳性能研究发现，双态Ti-6Al-4V合金样品的拉伸强度、纯疲劳寿命以及保载疲劳寿命均随初生α相体积分数增加而降低，这主要是由于等轴状的初生α相易通过滑移方式变形，且优先于次生α相发生变形损伤。60s保载疲劳实验结果表明，双态Ti-6Al-4V钛合金也存在保载效应。随着初生α相体积分数的增加，保载效应减弱。 (4)准原位纯疲劳和60s保载疲劳的对比实验研究发现，保载疲劳加载促进了次生α相的损伤累积，导致保载疲劳寿命降低。通过对初生α相和次生α相结构单元损伤程度的定量分析，发现了应力重分配与局部应力松弛相关，在此基础上，提出了应力松弛诱导应力重分配模型，揭示了保载加载过程中，较软初生α相中的高集中应力通过逐渐的应力松弛向较硬次生α相中重分配，从而导致保载加载下的次生α相损伤程度远大于其在纯疲劳加载下损伤程度的物理过程。并通过重复瞬时应力松弛实验验证了这一模型的合理性。 (5)保载时间对疲劳寿命影响的研究发现，在σmax=820MPa下，1s保载疲劳的Vαp=36％样品寿命远高于其纯疲劳寿命。1s保载疲劳的样品中同样存在应力重分配行为，但与60s保载疲劳相比，局部应力松弛占主导地位，而没有累积过多的疲劳损伤，从而出现了样品的1s保载疲劳寿命高于纯疲劳寿命的反常现象。同时，Vαp=36％样品在σmax=820MPa下1s保载疲劳寿命远大于其在σmax=800MPa下1s保载疲劳寿命，这一反常现象表明在一定外载和材料强度匹配条件下，较短的保载时间可发挥应力重分配释放初生α相中局部应力集中的作用，且避免了次生α相中应变损伤的过多累积，使合金保载疲劳寿命高于纯疲劳寿命。