钛合金因其具有高的比强度、良好的塑性及韧性、优异的耐腐蚀性以及高温稳定性,从而受到航天航空、海洋工程以及石油化工等领域的青睐。为了满足各领域对于钛合金的性能要求,新型钛合金的研制以及对现有钛合金性能潜力的充分挖掘便成为了当前研究热点。本文以现有TC4钛合金为研究对象,通过采用热处理强化的手段来提升TC4钛合金力学性能,从而充分挖掘其使用性能,扩展其使用范围,研究结果对于TC4钛合金力学性能的提升具有重要的实际应用价值。本文首先对TC4钛合金材料的成分以及相变点温度进行了实测,在此基础上制定了固溶处理工艺以及时效处理工艺,通过采用XRD、SEM、TEM以及力学性测试等手段,探究了固溶处理过程中的固溶温度、固溶时间以及冷却方式对于微观组织及相成分的影响,分析了时效处理过程中时效温度和时效时间对于微观组织以及力学性能的影响,得到了TC4钛合金固溶-时效热处理过程中的析出强化机制。其次,开展了固溶处理过程中加热阶段和连续冷却阶段的相变行为研究,分别研究了不同加热速率对于加热过程中α→β相变行为的影响以及不同冷却速率对于冷却过程中β→α或β→α′相变行为的影响,并基于修订的JMA模型建立了加热过程中的相变模型。最后,开展了时效处理过程中加热阶段和保温阶段的相变行为研究,分别探究了不同加热速率对于加热过程中α′马氏体分解行为的影响以及不同时效温度对于时效保温过程中α′→α+β相变行为的影响,并基于JMA模型建立了保温阶段的相变模型,同时绘制了时效温度下的TTT曲线。