亚稳高强β钛合金具有强度高、耐腐蚀性好和高温抗氧化性能等优点,常被用于飞机结构件和发动机的制造。随着飞机的更新换代,对钛合金的性能需求越来越高,对其组织与性能之间的研究显得尤为重要。以TB8（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si）亚稳β钛合金为研究对象,对其经冷轧后的退火处理组织变化,多重时效处理后的组织性能,以及不同组织状态对合金断裂行为的影响进行了研究,以优化其实际生产加工中的热处理工艺。对TB8钛合金冷轧薄板高温退火再结晶晶粒长大行为进行了研究。合金经高温退火处理后,再结晶晶粒趋于等轴化,退火温度相同时,晶粒尺寸随保温时间的增加而增大。保温前期,晶粒生长速度较快,后期晶粒尺寸变化不明显,生长速度缓慢。退火时间相同,合金的再结晶晶粒尺寸随退火温度的升高明显增大。对平均晶粒尺寸D和保温时间t进行了晶粒长大指数的线性拟合,在不同温度下,晶粒尺寸的对数随时间的对数而变化,最终计算得合金的晶粒长大指数（n）随温度变化的范围为0.236-0.607。对平均晶粒尺寸D与绝对温度T进行拟合,得到晶粒表面激活能为Q=625k J/mol,远大于常用钛合金的晶粒长大激活能。研究了不同时效处理工艺对TB8钛合金冷轧薄板组织和性能的影响。合金经高温预时效处理（590℃-680℃）后,条状次生α相在基体上析出,随着时效时间的延长,条状α相体积分数逐渐提高,尺寸增大。高温预时效处理时间相同时,合金中条状次生α相随温度的升高数量减少,尺寸增大。合金经低温再时效处理后,小尺寸的点状或针状α相在基体中未析出区域形核并长大。当低温再时效温度较高时,针状的α相会在很短时间内从基体中析出,当温度较低时,点状α相要经过较长的保温时间才会析出,随着时间的增加,点状α相逐渐长大为针状α相。当针状α相生长到一定尺寸时,时间对其尺寸的影响不再明显。合金经650℃/4h高温预时效处理后的强度为790MPa,延伸率为15.6%。合金的强度随着低温再时效温度的升高与时间的延长显著提高,延伸率略有下降,强度最高达到1140MPa,延伸率下降为11.8%,合金得到了强化,获得良好的力学性能。合金经低温再时效处理析出的不同尺寸的次生α相会使合金强度大幅提高且塑性的损失较小。通过对合金进行维氏硬度的测试,与高温预时效处理相比,合金低温再时效处理后合金的硬度值显著提高,但是低温再时效温度的变化对合金的硬化程度影响不明显。研究了不同形貌及数量的α相对合金断裂行为的影响,合金为退火组织时,由于初生α相析出的数量少,对合金的强化效果较弱,在拉伸的过程中,随着应力的增大,滑移线的数量不断增多,裂纹沿着水平应力与滑移方向45°角扩展,断口为等轴韧窝,合金以穿晶断裂的方式失效。合金为不完全时效组织,由于条状次生α相在基体中大量析出,α相密集处多出现微裂纹,与退火组织相比,滑移线的数量大大减少,断口为韧窝和解理台阶,合金以穿晶和沿晶混合的方式断裂。合金为完全时效组织时,随着拉伸应力的不断增大,密集的α相阻碍了晶粒的滑移,滑移线并未在基体中出现,断口中出现光滑平台,以穿晶和沿晶的方式断裂。