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随着人口老龄化速度的加快,人们对生物医用材料的需求将与日俱增。而生物医用材料以骨科产品的需求最大,其选材主要以金属及合金为主。生物医用钛合金作为第三代金属植入材料,因其良好的生物相容性、无毒等优点正逐渐替代第一代的不锈钢及第二代的Co-Cr合金。Ti-Nb-Zr-Ta系作为新型医用β-型钛合金,其耐磨性、生物相容性等性能明显优于传统的α+β型钛合金,且其弹性模量明显低于α+β型钛合金,有效缓解了应力屏蔽效应。有鉴于此,本文以生物相容性更加优异的Ti66.23Nb22.53Zr4.59Ta1.65Si5(at.%)合金为研究对象,将铸态合金进行高温轧制+再结晶退火处理,结合SEM、SEM-EDS、EBSD、XRD等材料分析方法,系统研究了轧制比、再结晶退火时间对其微观组织与力学性能的影响,旨在通过探索热加工参数对材料的微观组织结构的影响,进而改善该合金的力学性能。首先,通过对制备的铸锭组织及性能研究发现,其微观组织由粗大的β-Ti树枝晶基体,以及分布于树枝晶边界的网状和晶内的球状颗粒(Ti,Zr)2Si相组成;其拉伸及压缩性能均表现出较高的脆性,断口呈现出典型的沿晶断裂。对轧制态试样微观组织、晶粒取向及力学性能研究发现,β-Ti沿着轧制方向发生变形,且晶粒内形成小角度取向差的亚晶粒;且随着轧制比(30%、50%和70%)增大,β-Ti晶粒变形度增大,从而形成更小尺寸的亚晶;同时形变晶粒逐渐呈现出择优取向,形成较强的织构;晶界的网状(Ti,Zr)2Si析出相逐渐被分割。另外,随轧制比增大,其屈服强度和压缩断裂强度有逐渐增大的趋势,试样断裂方式由沿晶脆性断裂逐渐转变为塑性断裂;而弹性模量则随轧制比增大呈现出先减小后增加的趋势,这主要归因于晶粒取向、晶粒尺寸及晶界效应的共同作用。其次,对轧制比为70%的轧制态试样进行不同时间再结晶退火处理,通过退火组织、晶粒取向及力学性能研究发现,轧制后的变形晶粒在再结晶退火过程中重新形核并以亚晶合并形式长大。且随着退火时间延长,再结晶晶粒数量逐渐增多,然而晶粒的尺寸并未发生显著变化,这主要归因于(Ti,Zr)2Si金属间化合物阻碍晶粒长大的作用,同时还发现,轧制形成的择优取向在退火处理后有所消除。由于(Ti,Zr)2Si相的强化作用,再结晶退火后试样最高压缩强度、屈服强度与轧制态试样相差不大、但塑性显著提升。而退火态试样的弹性模量相对于轧制态略有所升高,这主要归因于晶粒取向、晶界、缺陷的共同影响作用。最后,将不同轧制比的轧制态试样在900℃进行4h退火处理,对其微观组织、晶粒取向及力学性能研究发现,轧制比为30%的试样由于变形量较低,轧制时形成的亚晶尺寸较大,亚晶内的位错较少,经退火处理后晶粒内的位错以滑移和攀移模式迅速消失。而轧制比为50%试样经退火处理后,大量变形晶粒处于亚晶合并的初始阶段,因此在变形晶粒内可观察到明显的残存亚晶界。轧制比为70%的试样经大变形后其晶粒内储存有较高的应变能,经再结晶退火后,变形晶粒的再结晶程度高,晶粒尺寸较为均匀。且轧制比为50%及70%的退火态试样,因受残存变形晶粒及再结晶晶粒择优取向生长的影响,其长径比明显高于轧制比为30%的试样。综上所述,轧制处理在有效降低铸态试样弹性模量的同时大幅度提高了强度。在退火时间、轧制比和(Ti,Zr)2Si的影响下,退火试样仍保持与轧制试样相当的强度,弹性模量略有升高,塑性大幅度提升。获得的块体钛合金试样弹性模量为24.4-28.9GPa,与人骨的弹性模量相匹配,这将为钛合金在医疗领域的广泛应用起到积极推动作用。