TC21钛合金是一种高强、高韧、损伤容限型两相钛合金,在航空、航天、汽车等领域具有广泛的应用前景。锻造是钛合金结构件加工的主要工艺方法之一,不同的锻造工艺条件下,锻件的组织性能具有很大差异,因此对锻造工艺的研究具有重要的意义。本文在相关试验的基础上,利用有限元分析技术对TC21钛合金的热镦粗变形特性及大型锻件的锻造变形行为做了系统的研究,以期为大型零件的热模锻造工艺的制定提供理论依据和指导。本文的主要工作如下:首先对刚粘塑性有限元的理论进行了系统的研究,并使用Gleeble-3500试验机对新型钛合金TC21进行了等温恒应变速率的热变形实验,获得了该合金在不同温度和应变速率下的应力应变关系。在试验的基础上,建立了TC21钛合金等温镦粗成形有限元模型,并利用该模型对等温镦粗成形过程进行了数值模拟,获得了不同变形工艺参数对变形过程及位移载荷曲线的影响。其次,利用刚粘塑性有限元模型对TC21钛合金大型锻件的非等温锻造过程进行了有限元分析,获得了不同变形速度、变形温度、摩擦因子和模具温度条件下的等效应变场、温度场和等效应力场的分布规律,同时还研究了在不同变形条件下的位移载荷曲线。利用模拟获得的结果已较为成功地应用于某型飞机TC21钛合金框类零件的锻造工艺。最后,利用Yada组织预测模型,对钛合金锻件某飞机框结构特征部位的晶粒尺寸进行了预测,获得了不同变形条件下的晶粒尺寸分布,并对结果进行了分析,揭示了不同变形工艺参数对该零件晶粒尺寸分布的影响规律。