本文通过(α+β)两相区到β单相区的淬火热处理,调控了 α+β两相钛合金中β相稳定性。结合OM、XRD、SEM、EPMA和TEM等先进表征技术,系统研究了不同β相稳定性对Ti-3Al-5Mo-4.5V(TC16)合金显微组织、力学性能及其变形机制的影响,为指导两相钛合金成分、显微组织及力学性能设计等提供理论研究基础。研究结果表明,随着淬火温度的升高,TC16合金β相中元素Mo的含量从8.729(wt.%)减少到4.904;元素V的含量从6.659减少到4.281;α稳定元素Al的含量从2.043增加到2.857,从而导致β相稳定性减小,表现为钼当量从13.19减小到7.77。β相稳定性对合金的相组成产生影响。合金分别在两相区(700℃、750℃和800℃)和单相区(880℃)淬火时,随着淬火温度的升高,相组成依次为:α+β、α+β+ω、α+β+ω+α”和α",且初生α相的体积分数从51.6%减小到0,初生α相的形貌由针状和板条状混合组织演化为球状组织。当合金在700℃淬火时,β相足够稳定,从高温淬火时,没有马氏体相变发生;当合金在800℃和880℃淬火时,淬火α”马氏体形成,基体β相与析出的淬火马氏体之间的晶体取向关系包括:[111]β//[110]α"、[100]β//[100]α"和[-110]β//[00-1]α”;当合金在750℃和800℃淬火时将形成淬火ω相,并且随着β相稳定性减小,ω相从一种非相称的ω相结构(d0002ω/d222β=0.637)转变为理想相称的ω相结构(d0002ω/d22β=0.667)。随着淬火温度的升高,TC16合金中β相稳定性降低,β相的变形机制由位错滑移转变为应力诱导马氏体相变。当合金在750℃淬火时,β相的主导变形机制为应力诱导马氏体相变、{332}<113>β变形孪晶和{112}<111>β变形孪晶。β相变形机制的不同导致了合金力学性能的差异。随着淬火温度的升高,合金的屈服强度先降低后升高,表现为由673MPa减小到343MPa,然后增加到607MPa。700℃淬火处理后得到的合金的加工硬化行为与其它淬火温度处理后合金的加工硬化行为有明显的差异,并且随着初生α相体积分数从38.8%减小到0,其最大加工硬化率值从14000MPa减小到3000MPa。