现阶段航空器结构件对钛合金高强高韧力学性能的要求越来越严苛,所以高强高韧钛合金的相关研究一直备受人们的关注。而本文的研究对象为一种新型的亚稳β钛合金,目前对其研究不足,包括其相变过程的研究以及大棒材的热处理,组织、性能关系等,因此对其进一步的研究就显得尤为重要。本文系统研究了该合金在β相区固溶时的晶粒长大动力学,等温时效过程中的组织演变规律、时效硬化特性及相变动力学,并对单相区和两相区固溶时效后的合金力学性能进行比较,对合金的强韧性进行匹配,优选了热处理工艺。经过本文的研究后,得到了以下的主要结论:从晶粒尺寸稳定性这个角度来说,合金适宜的固溶温度区间在890℃以下。合金的生长指数随着温度的升高而增大,其值范围在0.22～0.39之间。890℃以上固溶会引起生长指数剧增。合金的晶粒长大激活能随着保温时间的延长而增加,其值在 46.2～100.6 kJ/mol 之间。从合金适宜的时效温度进行考虑,合金在450～600℃中高温度时效均有较高的时效响应速度故适宜的时效温度在450℃以上。400℃时效时晶内析出的α相相对于晶界处的α相更均匀弥散;500℃时效时,α相的形貌变化过程为“点成线,线成片”的特点,经过长时间的时效,α相尺寸趋于均匀化;600℃时效时,晶界处的α相的析出速度和析出密度大于晶内且此时α相的生长方向为垂直于晶界向晶内延伸。合金时效的温度窗口较为宽泛,时效强化效应好,具有热处理强化的可操作性,是理想的结构材料。用JMA方程可以准确描述合金鼻温温度（520℃）等温时效相变动力学。在β相区进行固溶时效处理时,原始β晶粒尺寸对时效态合金的强度影响不大,β晶粒尺寸在150～210 μm范围时,合金的断裂韧性受晶粒尺寸的影响较小,而β晶粒尺寸的范围在240～326 μm之间时,断裂韧性随着晶粒尺寸的增大而减小。固溶时效于两相区时,随着固溶温度的升高,初生α相的体积分数逐渐减少,同时α相的长宽比减小同时合金的断裂韧性有所提升。综β相区固溶时效处理可以实现合金良好的强韧性能匹配,而α/β相区固溶时效处理则强塑性能匹配较好。同时给出了合金在各强度级别强韧性匹配最佳的热处理制度。