亚稳β钛合金不仅具有高强度和优异的抗疲劳性能,而且能够兼具较好的韧性,因此被广泛应用于航空发动机、飞机零部件等航天领域。具备优良综合性能匹配的钛合金逐渐成为关注的重点,探究其微观组织与力学性能之间的联系显得尤为重要。本文以TB8钛合金为研究对象,运用SEM、XRD、EBSD以及TEM等手段表征其微观组织的演变规律,利用拉伸试验和断裂韧性试验表征微观组织对力学性能的影响,分别研究了固溶处理、单级时效处理和降序双级时效处理后的组织状态和性能的变化,探究热处理工艺、微观组织与力学性能之间的关系。合金经过固溶处理后,α/β两相区固溶后的组织由初生α相和β晶粒构成,β单相区固溶后的组织由单一β晶粒构成。初生α相的数量和β晶粒的尺寸都受到固溶温度的影响。随着固溶温度的升高,组织中初生α相的数量逐渐减少,β晶粒逐渐长大。当温度到达830℃（β区）时,初生α相完全消失,β晶粒的尺寸达到最大。随着初生α相数量的逐渐减少,合金的强度逐渐降低,塑性逐渐增加。拉伸断裂模式属于微孔聚合型韧性断裂,断口形貌均以韧窝为主体,随着塑性的增大,韧窝的数量逐渐变少且密度变得稀疏。合金经过单级时效处理后,合金显微组织析出了大量的次生α相,次生α相的尺寸受到时效温度的影响。随着时效温度的升高,次生α相逐渐聚集长大粗化、分布浓度逐渐降低。随着次生α相的长大,合金的强度呈降低趋势,塑性和断裂韧性呈增加趋势,拉伸断口呈穿晶断裂以及沿晶断裂混合的断裂模式,且以韧窝为特征的穿晶断裂逐渐成为主导。而断裂韧性断口形貌为典型的韧性断裂特征。合金经过降序双级时效处理后,分别研究了双级时效温度对固溶态合金以及固溶温度对双级时效态合金组织和力学性能的影响。一方面,当固溶过程相同时,在520℃一级时效中析出次生α相的基础上,合金在200℃-400℃二级时效中析出了更为细小的次生α相。随着二级时效温度的升高,次生α相的分布浓度逐渐增加,合金的强度持续增大,合金的塑性和断裂韧性持续降低。拉伸断口呈现沿晶断裂与穿晶断裂混合的断口形貌,随着次生α相分布密度的增加,脆性断裂表现逐渐突出。断裂韧性断口形貌都是以韧窝为主的韧性断裂。另一方面,当一级时效和二级时效过程相同时,随着固溶温度的升高,次生α相的含量和宽度呈现增加的趋势,对应的强度呈先增大后减小的趋势,塑性和断裂韧性呈现先减小后增大的趋势。并且双级时效合金的裂纹扩展路径的曲折度先降低后增大,这与断裂韧性的变化相对应。断口形貌越粗糙,裂纹扩展路径越曲折,则断裂韧性就越高。经750°C两相区固溶和双级时效后,合金的强度、塑性和断裂韧性能达到最佳匹配,断裂韧性最高可达103 MPa·m1/2,相应的抗拉强度为1334 MPa,延伸率为8.25%。经790°C两相区固溶和双级时效后,合金能获得较高的强度,抗拉强度最高可达1456 MPa,相应的延伸率为4.25%,断裂韧性为78.4 MPa·m1/2。经830°C单相区固溶和双级时效后,合金的强度和塑性能达到最佳组合,拉伸强度为1409MPa,延伸率为6.25%,断裂韧性为80.2 MPa·m1/2。