TC4钛合金是目前应用最广泛、用量最多的一种两相钛合金。两相钛合金因合金成分、变形和热处理工艺过程的不同,其组织形貌、晶粒尺寸和结构会存在差异,采用适当的热变形工艺可以使合金的显微组织形态发生变化。多向锻造技术是大塑性变形的一种代表性工艺,在多向锻造变形中锻造方向不断的发生改变,使试样的三个轴向不断的被压缩和拉长,以达到改善合金显微组织的目的。本文采用有限元模拟和物理实验相结合的方式,利用有限元模拟的方法对TC4钛合金多向锻造的变形行为和变形规律进行揭示和研究。在变形温度为700℃、应变速率为0.001s-1的条件下,在Gleeble-3500热模拟实验机上对TC4钛合金进行多向锻造实验,并结合现代测试分析手段研究了合金显微组织的演变规律。利用Deform-3D有限元数值模拟软件,分析合金多向锻造过程中的损伤值、最大主应力、等效应力、等效应变和变形载荷的变化,揭示了变形温度、变形速率和锻造工步对多向锻造变形的影响。模拟结果表明:降低变形速率和提高变形温度有利于变形后合金损伤值的降低。提高变形速率和降低变形温度会导致变形后合金最大拉应力和最大压应力的增加。变形速率的增加、变形温度的降低以及锻造工步的增加会导致变形后合金的等效应变值增大。平行于压缩轴和垂直于压缩轴方向上各点的最大主应力和等效应变分布都存在差异,合金变形不均匀。变形载荷的变化规律是变形温度和变形速率共同作用的结果,可以通过降低变形速率和提高变形温度的方法适当降低变形载荷。物理实验结果表明:第一工步多向锻造时的流动应力应变曲线表现出动态再结晶特征。第二工步多向锻造时的流动应力先迅速增加然后几乎保持恒定。第三工步多向锻造时的流动应力一直增大,初始阶段增大速率较大,达到一定变形量后增大速率变小并保持恒定。三工步多向锻造变形后,合金中心部位片层组织的晶间α相和晶内α/β集束均消失,变形后组织发生转变出现了尺寸较大的片状α相,原始组织中的晶内β板条断裂成不同长度的小板条。越靠近边缘部位处合金发生转变的程度越小,晶界处会优先发生组织转变。通过高倍扫描组织观察,原始片层组织变形后出现了弯折和断裂的现象,并发现了等轴α晶粒。片层组织TC4钛合金组织球化过程为:热变形导致片层弯折或受局部剪切应力作用而形成亚晶界,会使片层表面出现凹槽;由于β相的扩散使β相楔入α片层内导致大片层断裂分离成小片层;小片层的界面发生扩散迁移,使表面能最小,形成等轴组织。