Zr及Zr合金由于其具有低的中子吸收截面积、高的耐腐蚀和抗氧化性能，被广泛的应用于核工业和化工业中制备结构构件。而Zr-Nb合金作为一种典型的双相锆合金由于其具有更优异的抗腐蚀性能和力学性能而受到广泛的关注。本文以(α+β)双相Zr-2.3Nb合金为主要研究对象重点研究了该合金在变形过程中组织和性能的变化行为；热处理过程中组织及性能演变规律，以及新型双态组织的变形行为等。同时对比研究了纯Zr的变形及热处理过程中的组织演变规律及力学性能的变化行为。在轧制变形过程中随着变形量的增加，Zr-2.3Nb合金网篮状组织中的α相与β相逐渐旋转至平行于轧制方向，同时各相的塑性变形量和对整体的贡献量均逐渐增加，且两相各自的贡献量逐渐接近于各相的体积分数，说明在轧制变形过程两相具有良好的协调性；而单α相纯Zr组织中的位错不断积累重排最后形成少量平均尺寸~72nm的纳米晶。对两种材料室温下应变软化行为的研究揭示出动态回复为应变软化的根本原因，且发现该行为在外加拉应力或应变速率高于1×10-2s-1时更加容易发生，材料初始位错密度越高应变软化也越容易发生，提出材料的加工硬化速率Θ与位错密度ρ之间的关系为变形后两种材料在300-500oC退火过程中表现出截然不同的行为，双相Zr-2.3Nb合金中发生时效硬化与软化竞争现象，而纯Zr只有回复/再结晶导致的软化行为。对比相同变形量60%的冷轧和热轧Zr-2.3Nb合金退火后组织及性能发现，热轧后合金由于变形过程中发生动态回复，降低了退火过程中的相变驱动力，从而表现出较低的→转变速率，而热变形过程中形成的位错胞降低了再结晶起始温度。研究发现对冷轧后Zr-2.3Nb合金采取到温入炉，850-925oC保温30-120min后空冷至室温的热处理工艺处理后可制备出双态组织，由等轴初生α相与转变β相(由针状二次α相与剩余β相组成)组成。研究发现随温度的提高或保温时间的延长，初生α相的体积分数逐渐降低但其晶粒尺寸几乎不变，而转变β相的体积分数与晶粒尺寸均逐渐增大。研究表明850oC保温30min后空冷为最佳热处理工艺，获得的双态组织不仅具有优异的塑性与更高的强度，其冲击韧性为近乎为同成分合金网篮组织的3倍。随着拉伸应变速率的提高，双态组织Zr-2.3Nb合金表现出逐步增加的强度与断面收缩率RA，及缓慢降低的延伸率EL。RA的增加提高了材料的集中变形量，因此降低了EL的减小幅度。断口中韧窝的平均直径与深度均随着应变速率的提高而增加，表现出高应变速率下高塑性的行为。由于初生α相与转变β相的相界面的结合强度低，变形协调程度差，同时α相与β相晶体结构的差异，使得韧窝的最初阶段-微孔主要形成于等轴初生α相与转变β相的相界面。对该合金双态组织拉伸变形过程的研究发现各相发生塑性变形的顺序依次为：β相，二次α相，初生α相。最后根据上述分析提出了双态组织在拉伸变形过程中的变形行为模型。