TC4-DT钛合金是航空航天领域中应用最为广泛的损伤容限型钛合金之一。然而,在其生产实际中,该合金的开发应用仍然面临许多问题,如缺乏工艺、组织以及性能之间关系的系统性研究;裂纹扩展行为需要详细探讨以及缺失较为高效的断裂韧性预测模型。基于上述研究现状,本文以TC4-DT钛合金为研究对象,通过控制固溶处理温度与冷却速率对其进行多种热处理。首先,基于定量金相学研究了不同热处理工艺下合金的组织演变规律;其次,探索了不同组织特征对材料拉伸性能、冲击韧性以及断裂韧性的影响规律及机理;而后,借助先进表征手段揭示了不同组织特征下的裂纹扩展行为及机制;最终,尝试构建了TC4-DT钛合金的断裂韧性预测模型。本文将为TC4-DT钛合金的性能提升及进一步开发应用提供工程借鉴。本文的主要研究内容和结果如下:（1）基于不同热处理工艺制备出多种TC4-DT钛合金组织形态,探究了固溶处理温度及冷却速率对组织演变的影响。结果表明,在α+β两相区热处理时,随着固溶温度升高,等轴αE的体积分数逐渐降低,等轴αE的晶粒尺寸逐渐增大,片状αL的厚度逐渐增加。但是随着固溶温度升高,不同冷却速率下片状αL长宽比的变化趋势并不相同,水冷条件下,片状αL长宽比显著降低;空冷条件下,片状αL长宽比起初显著增大而后保持不变;炉冷条件下,片状αL长宽比保持不变。在β单相区热处理时,随着固溶温度升高,β晶粒尺寸线性增大;随着冷却速率的增大,片状αL的厚度显著降低而后保持不变,990℃和1010℃条件下的丛域尺寸逐渐降低,而1040℃空冷条件下的试样中丛域发生异常长大,这可能是由于有利取向αL快速生长而不利取向αL缺乏充足时间对丛域进行分割所导致的。（2）对比后发现,TC4-DT钛合金屈服强度和抗拉强度受冷却速率影响显著,而随固溶温度变化不明显。对于双态组织而言,合金伸长率受等轴αE的含量影响显著。对于片层组织而言,αGB与αL的相对大小、丛域尺寸及β晶粒尺寸均对合金塑性产生重要影响。（3）对各组织形态TC4-DT钛合金进行断裂韧性测试,发现:在对水冷试样提取条件值FQ和测量预制裂纹平均长度时遇到了困难,表现为力-位移曲线缺失直线段及试样不同位置处预制裂纹长度差别过大。经分析,其内部原因是钛合金本身具有较低热导率致使试样表面和芯部温度差异过大,以及试样淬火后导致材料发生马氏体相变致使材料表面发生晶格膨胀,最终使得材料表面存在残余压应力。依据现有规范提出了相应的解决方案。相较于双态组织而言,水冷和炉冷条件下,片层组织由于存在大量片状αL及缺失等轴αE,因此具备较高的断裂韧性,而空冷条件下,片层组织由于αGB较为平直,并且与αL厚度极为相近,因此断裂韧性不升反降。（4）通过表征手段发现,等轴组织以及双态组织中αE以及αL由于尺寸较小,对裂纹的偏折作用较弱,因此裂纹可以轻易绕过或切过α相进行扩展,最终导致裂纹扩展路径较为平滑。对于片层组织而言,β晶粒内部存在有大量的长而粗αL以及取向差异较大的丛域,其不仅能够通过塑性变形以及相界开裂消耗裂纹尖端的应力集中,而且能够通过偏折效应阻碍裂纹扩展,故裂纹扩展路径呈现“Z”字形。（5）研究发现,七种常见的分形维数与裂纹扩展路径曲折度以及断口粗糙度无明显相关性。因此,不能单纯地将分形维数作为裂纹扩展路径粗糙度或者曲折度的替代参数。尝试构建了多种断裂韧性预测模型,经对比发现,通过冲击韧性评估材料断裂韧性较为有效。