钛合金具有高比强度、耐蚀性和优良的高温性能等优异的特点，成为继钢和铝之后的第三大金属材料。许多研究仍然在致力于改善其性能。钛合金被广泛应用于航空航天，船舶制造等领域。TC6合金是一种能够在450℃长期使用的双相(α+β)型钛合金，具有良好的高温强度。钛合金的使用性能由组织结构所决定，而组织结构取决于合金的成分、热加工和热处理手段。　　长期以来，针对TC6合金组织和性能的研究工作主要集中在工艺试验上，针对TC6合金的热加工和热处理时的相变理论方面的研究仍显不足。而通过对相变理论研究，控制合金的组织结构，从而根据使用目的设计合理的热加工或热处理工艺已经成为材料研究和应用的主要思路。因此本文研究TC6合金的等温相变行为和热加工行为，建立TC6合金等温相变模型和热加工过程中的本构方程，根据等温相变行为的研究结果，设计并实施双重热处理工艺以有效的控制TC6合金的组织结构，为合金的热加工或热处理工艺提供理论依据。　　根据本文的研究目的，提出本文的研究内容。本文主要进行三方面的研究，首先是TC6合金的等温相变行为研究。此部分研究利用热力学计算获得合金相图，以及温度对各相元素分布的影响。利用金相法测定合金的β转变温度。设计实验研究在β相变点以下不同温度时，TC6合金的等温相变行为。建立各个温度的等温相变动力学模型。　　本文研究内容的第二部分为TC6合金组织结构设计。根据等温相变行为的研究结果，设计并实施双重热处理工艺。通过对金相组织的定量分析，获得热处理工艺参数对TC6合金中α相和β相的复合结构的影响规律。　　本文研究内容的第三部分为TC6合金热变形行为研究。设计并实施不同温度和不同应变速率下的热压缩实验。通过实验结果的分析获得TC6合金的软化行为。利用阿累尼乌斯方程进行热压缩过程中动力学分析。进一步建立流变应力与应变量、应变速率和变形温度的本构方程并与实验结果进行对比。　　利用软件模拟、热处理实验、热压缩实验、光学金相等多种计算和实验手段，本文获得了大量研究成果。　　本文通过实验测得研究所使用的TC6合金的β相变点为985℃。通过热力学计算研究了对合金中各相随温度相变的各项基本热力学参数。利用相图计算获得了温度对各相元素的影响。由相图模拟获了温度对各相元素的影响。当保温温度高于β相变点时，合金将会出现层片状的α相组织。而低于β相变点时，始终有一部分初生α相保持不变，通过热力学和动力学研究发现α相含量随着温度升高逐渐减少，而β相含量相反。当温度高于750℃时，相转变速度较快。如果在α+β两相区长期保温，α相尺寸将会增大，但含量持续减少直至达到相转变平衡点。本文研究了750℃到β相变点之间合金的等温转变动力学，通过微观组织定量分析测得相转变平衡时间。研究结果表明750℃、800℃、850℃、900℃、950℃时相转变平衡时间分别为180min、150min、125min、90min和80min。建立了各个温度的等温转变动力学模型，绘制了TC6合金的TTT曲线。　　根据等温转变动力学的研究结果，本文进一步设计并实施了两相区双重热处理工艺，定量分析TC6合金在不同热处理工艺下α相和β相的含量和形态。研究结果表明两相区双重热处理工艺能够有效的调节TC6合金中α相的含量和形态以及β相的含量。通过第一次热处理能够有效的控制初生α相的含量。随着一次热处理温度的升高，初生α相含量逐渐减少，且减少的趋势随着温度升高而加快。二次热处理温度和时间能够进一步影响等轴α相含量，经过二次热处理后，等轴α相含量有所升高。二次热处理还可以有效调节次生的条状α相和β相的含量。通过双重热处理对各相的调节，能够达到根据应用需求制定不同热处理工艺的目的。　　本文还通过热压缩实验研究了TC6合金的热变形。热压缩实验的变形温度从750℃到900℃之间，每50℃为一间隔。应变速率分别为0.001s-1，1s-1，0.1s-1。应变量为40％。实验结果发现,流变应力与变形温度成反比例关系而与流变速率成正比例关系。存在一个临界应变，此时流变应力达到峰值。当应变增加，流变应力降低。随着应变速率增加，流变应力从峰值达到稳态的临界应变也增加。据此研究了TC6合金的软化行为。此外，进行了TC6钛合金的等温压缩试验。计算了900℃时流变应力的稳定值，该温度范围内其对应变速率非常敏感。TC6钛合金的峰值应力和稳态应力受等温变形温度和应变速率的影响很大。当变形温度上升与应变率降低时，峰值应力和稳定压力下降。在α+β相区的表观活化能估算约为414.86千焦/摩尔。通过阿仑尼乌斯方程建立了流变应力与应变量、应变速率和变形温度的本构方程。计算结果和实验数据之间的误差合理，计算和实验所获得的流变应力之间的平均差值小于10％。