对锻造态的Ti-6Al-6V-2Sn两相钛合金棒材进行了高温形变热处理实验,处理工艺包括880℃/1.5h加热+50%热变形后快速水冷和三种温度下的时效热处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电子万能试验机对不同温度时效热处理的显微组织、相成分、拉伸性能和断口形貌进行了分析。结果表明:Ti-6Al-6V-2Sn钛合金高温形变热处理后的组织为初生αp相、析出的次生αs相和残余β相;随着时效温度的升高,α相中的α稳定性元素Al含量差异不大且比较稳定,而β相中的β稳定性元素含量则随之逐渐增高,尤其是V元素的含量增加比较明显;与此同时,析出的次生α相逐渐粗化,合金的强化效果也逐渐降低。不同温度时效处理后的拉伸断口均为典型的杯状断口,缩颈现象明显。热变形量为50%的合金在580℃/4h时效后的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到1209 MPa、1143MPa和15.5%,获得了最佳的强塑性匹配。