TC21合金是由我国西北有色金属研究院研制的一种新型高强度、高韧性和高损伤容限α+β型钛合金。目前,TC21合金已广泛应用于飞机机翼接头部件、机身连接架、发动机接头以及具有高强度和耐久性要求的关键承载部件。但TC21合金的室温变形抗力大,且室温塑性差,这也限制了TC21合金的进一步应用。热氢处理技术是利用氢作为钛合金的临时合金元素,来改变钛合金的组织结构,从而改善钛合金的力学性能。但是现有的热氢处理工艺比较复杂,且对钛合金塑性的提升有限,因此,本文将通过连续多步热氢处理工艺来提升TC21合金的室温塑性。本文研究了不同置氢温度下TC21合金的吸氢热力学行为,并得到相应的热力学参数。利用OM、XRD和TEM等材料分析测试方法对连续多步置氢TC21合金的微观组织和相组成进行分析,得出不同热氢处理工艺对TC21合金的微观组织和相组成的影响规律。通过室温压缩实验和显微硬度实验,分析了不同热氢处理工艺和不同压缩速度对TC21合金室温力学性能的影响,得出有利于TC21合金室温塑性成形的热氢处理工艺参数和室温塑性成形工艺参数。结果表明:TC21合金在不同置氢温度下的吸氢特性不同,TC21合金在连续多步热氢处理过程中的平衡氢压随着H/M的增加而增大;当TC21合金中的H/M相同时,平衡氢压随着置氢温度的升高而增大;当平衡氢压相同时,TC21合金中的H/M随着置氢温度的升高而减小。TC21合金的吸氢PCT曲线在550℃-750℃范围内可以分为三个阶段,随着置氢温度的升高,第二阶段会逐渐缩短。在550℃-750℃范围内,TC21合金的吸氢PCT曲线第二阶段中对应的熵变为-131.18J/（K·mol）,焓变为-54.68 k J/mol。随着置氢温度的升高,Sieverts常数逐渐减小。置氢温度和置氢步数对TC21合金的显微组织及相组成有显著的影响。随着置氢温度的升高,TC21合金中α2相和δ氢化物的含量先增加后减少。当置氢温度为800℃和850℃时,连续置氢7步TC21合金中δ氢化物的含量减少了,且较软的β相成为了主要相。随着置氢步数的增大,TC21合金中α?马氏体的含量先增加后减少;TC21合金中δ氢化物的含量先增加后减少最后又增加;TC21合金中α相的含量显著减少;TC21合金中β相的含量显著增加。当置氢步数为7和9时,850℃置氢TC21合金中存在大量的β相。当压缩速度为200mm/min时,置氢温度和置氢步数对TC21合金的室温压缩性能有显著的影响。随着置氢温度的升高,置氢TC21合金的加工硬化现象逐渐减弱,软化现象逐渐增强。置氢TC21合金的极限变形率随着置氢温度的升高先减小再增大。当置氢步数大于1时,随着置氢步数的增大,850℃置氢TC21合金的加工硬化现象减弱,软化现象增强。随着置氢步数的增加,850℃置氢TC21合金的极限变形率先减小再增加最后再减小。当置氢步数为7时,850℃置氢TC21合金的极限变形率相比于原始TC21合金增加了93.96%。根据TC21合金的连续多步热氢处理实验、微观组织分析和室温压缩实验的结果,确定了有利于TC21合金室温塑性成形的连续多步热氢处理工艺参数和室温塑性成形工艺参数:置氢温度为850℃,置氢步数为7步和9步,室温压缩实验的压缩速度为100mm/min和200mm/min。