钛合金由于良好的比强度和比刚度,优异的耐腐蚀性能、高温性能和生物相容性,在航空、航天、化工、生物医疗等领域具有的广泛应用。随着飞机的大型化和整体化对钛合金提出了更高的要求,除了要具有高强度外,还需要具有良好的断裂韧性和疲劳性能。因此,有必要研究高强高韧钛合金的高温变形特征及热加工对合金组织性能的影响规律,这对其在飞机上的应用十分重要。Ti-6554(Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al)合金是一种新型高强高韧钛合金,在军民用飞机上应用前景广阔。本文以Ti-6554钛合金为研究对象,系统地研究了热变形特征及热加工图,开展热变形加工及热处理对合金组织性能的影响研究,确定最佳的加工工艺范围和最佳的强度-塑性-韧性匹配。对Ti-6554合金试样进行相变点上、下的热压缩实验,研究了合金的热变形行为并拟合了高温变形时的本构方程,绘制热加工图。结果表明:合金在高温变形过程中流变应力对温度和应变速率都十分敏感。在相同的应变速率下,温度升高,流变应力降低。而在相同温度下,应变速率升高,流变应力也升高。根据热加工图,合金在β单相区800-890℃,0.01-0.03s-1区间内变形具有较高的耗散系数,微观变形机制是动态回复和动态再结晶;在(α+β)两相区变形时的高耗散系数区间为740-770℃,0.01-0.03s-1,微观变形机制主要是动态回复。这两个区间是合金的适宜加工区。此外合金的塑性失稳区主要在温度740-900℃,应变速率0.05-1s-1的区域内。失稳区内变形加工会造成组织的局部塑性流动。对合金进行单相区变形加工+两相区热处理,研究热处理制度对组织和性能的影响,结果表明:单相区变形加工的合金热处理后组织中主要含有条状的初生α相和针状的次生α相。合金强化主要来自次生α相的析出强化,固溶温度越高,时效温度越低,次生相析出越多,此时强度较高。而塑性则与初生α相的含量有关,相同强度条件下,合金中初生α相含量越多合金的塑性越好。典型热处理制度下合金的强度可达1300MPa～1600MPa,延伸率2%～10%。合金的断裂韧性与裂纹在合金组织中的扩展路径有关,路径越曲折,断裂韧性越高。经过760℃/1h,AC+560℃/2h,AC后合金的断裂韧性最高,达到54.4MPa·m1/2,此时强度为1341MPa,延伸率10%。对合金进行两相区变形加工+单相区热处理,研究晶粒尺寸与断裂韧性的关系,确定最佳固溶制度,并研究时效热处理对组织性能的影响。结果表明:晶粒尺寸随着固溶温度的升高和固溶时间的延长而增大。晶粒尺寸为125μm时,合金的断裂韧性最高,此时固溶制度为890℃/1h。不同时效制度下,合金强度在1200MPa～1500MPa,延伸率在3～9%之间。强化机理与单相区加工两相区热处理的类似,都是次生α相的析出强化作用,次生α相数量和尺寸直接影响合金的强度和塑性,塑性与强度呈负相关。通过热处理制度的优选获得不同强度级别的强度-塑性-韧性匹配。抗拉强度在1241MPa,延伸率在8.5%时,合金的断裂韧性最高为80.5MPa·m1/2。抗拉强度为1350MPa,延伸率在6%时,合金的断裂韧性为65MPa·m1/2,抗拉强度为1525MPa延伸率为3.5%时,断裂韧性可达54.1MPa·m1/2,基本在55MPa·m1/2以上,满足高强高韧钛合金的标准。