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对电子束冷床炉熔铸的TC4钛合金扁锭，通过3个火次轧制获得了不同厚度的板材，研究了不同退火温度（750、780、810和850℃）对板材显微组织和力学性能的影响。结果表明，一火轧制板材的显微组织破碎不充分，提高退火温度未能明显改变初生α相的形态，二火、三火轧制后原始片层组织逐渐完全破碎，等轴状初生α相比例相应提升，随着退火温度的升高，二火板材初生α相逐渐球化，三火板材初生α相在780℃开始逐渐长大，次生α相均呈现出增厚变宽的趋势。综合分析认为，一火板材在810℃、二火板材在840℃、三火板材在750℃退火后，获得了较好的强度和塑性匹配；通过对相应合金板材断口形貌分析，室温断裂机制和高温断裂机制均为典型的韧性断裂。