亚稳β型钛合金因其优异的综合性能,一直是钛合金领域研发的热点。目前商用亚稳β型钛合金的钼当量高,导致成本增加、冶炼困难、偏析严重以及时效响应慢等问题。因此,研究一种“临界钼当量和多元强化”的新型高强度亚稳β型钛合金Ti-3.5Al-5Mo-4V,具有重要的工业价值和科学意义。本文研究了具有两种不同初始β晶粒尺寸的Ti-3.5Al-5Mo-4V合金在500℃等温条件下的β→α相变动力学,基于X射线衍射分析提出了一种评估α相析出体积分数与时效时间之间函数关系的方法。并在此基础上,增加低温预时效处理,研究了单、双级时效中Ti-3.5Al-5Mo-4V合金的显微组织与力学性能的变化规律。结论如下:(1)Ti-3.5Al-5Mo-4V合金经850℃和1050℃固溶处理后,得到等轴状的单一β相。在500℃时效初期,α相在β晶界处析出。α析出相的体积分数随等温时效时间的延长先急剧增加,然后缓慢增加,最终达到平衡。在相同的时效处理下,经1050℃固溶处理析出α相的含量较高,尺寸较小。(2)建立了等温时效条件下β→α相变动力学模型,根据JMAK的动力学参数探讨了转变的不同相变机制。第一阶段的相变机制是一种混合相变类型(均匀形核和针状生长的α结构,晶界形核和α析出相的生长),而第二阶段则是由缓慢扩散控制的细小α析出相的生长。(3)合金经850℃和1050℃固溶处理后,通过在250℃、300℃及350℃下进行不同时间的预时效处理,析出了等温ω相。等温ω相的含量随着预时效时间的延长先增加而后降低,最终ω相消失。在相同的预时效温度下,Ti-3.5Al-5Mo-4V合金的硬度随预时效时间的变化趋势一致。(4)在500℃单级时效状态下,Ti-3.5Al-5Mo-4V合金的硬度随时效时间的延长急剧增加,当合金的硬度达到峰值后又有所下降。在较高固溶温度下,合金的硬度也较高。而在双级时效处理下,合金的硬度随着预时效时间的延长逐渐增加,在时效后期合金的硬度值基本保持平稳。(5)在双级时效处理下,次生α相随预时效时间的延长,由细长针状转变为短小针状,最后转变为不规则形貌。与单级时效相比,经过双级时效处理的次生α相得到了显著细化,且次生α相随着预时效时间的延长,细化效果越显著。在300℃预处理的双级时效工艺下,次生α相最为均匀细小。(6)双级时效处理可以有效提高合金的强度,但同时也会降低合金的塑性,在较高固溶温度下,合金的强度也较高。随着预时效时间的延长,合金的强度逐渐增加,塑性有所降低,合金的断裂机制由混合断裂逐渐转变为脆性断裂。