亚稳β钛合金因具有其高的比强度及在固溶+时效处理后获得较好的强度与塑韧性匹配,使其在航空航天领域具有广阔的应用前景。航空航天领域使用的高强β钛合金管材由于加工困难、生产周期长、效率低、成本高等种种原因,管材的研究及生产应用比较少,一些科研机构及企业虽然能够提供满足性能要求的少量样品,但批量应用的高强钛合金管材仍然需要依靠国外进口,严重制约了我国自主研发的高强钛合金管材在我国航空航天领域的广泛应用。本文在西北有色金属研究院生物材料研究所关于商业用钛合金Ti5563管材研究的基础上,进一步对其轧制工艺和热处理性能进行深入研究。其中,在轧制各道次间进行固溶软化处理,提高冷轧管材塑性,通过时效处理对轧制后管材的力学性能进行调控,使其成为强度与塑韧性匹配良好的成品管材。试验中使用有限元模拟软件simufact对管材轧制过程进行了模拟,并利用光学显微镜、扫描电镜以及X射线衍射分析仪等,系统研究了热处理对合金管材组织以及力学性能的影响。主要得出以下结论:(1)通过对不同工艺参数管材轧制过程的有限元模拟发现Q值、摩擦条件以及送进量对管材轧制过程及轧后管材的表面质量有重要影响。Q值增加使得最大轧制力增加,轧机负荷增加,壁厚不均匀度将降低;摩擦系数越小管材表面质量越好,但当摩擦系数达到0.3以后,再过分追求更高的摩擦条件对管材表面质量的改善意义不大;送进量越大,最大轧制力越大,壁厚不均匀度越大、轴向延伸系数越小。试验发现当送进量大于8mm时,轧制力增大的速率最大,在轧制后管材的表面出现褶皱。(2)采用计算机模拟优化后的工艺参数进行实际轧制实验,得到了表面光滑,壁厚均匀的成品管材,说明计算机模拟结果可以指导实际生产。(3)冷轧后管材分别经850℃、800℃和750℃固溶处理后,冷变形晶粒发生再结晶生成的等轴晶粒。相变点以上固溶组织为单一 β相,相变点以下固溶时β基体上弥散析出大量片状以及等轴的初生а相。相比冷轧态管材,850℃和800℃固溶后材料的强度值平均降低100MPa,屈服强度可达到730Mpa。因此,固溶处理有利于冷轧后管材的软化。(4)850℃固溶后管材分别经520℃、540℃和560℃,时效8h后其抗拉强度和屈服强度均可达到1000Mpa以上,冷轧后直接进行540℃、4h时效处理,合金抗拉强度和屈服强度均可达到ll00Mpa,且延伸率可达8.5%以上,实现强度和塑性较好的匹配。研究发现,时效温度越高,次生а相尺寸越大,数目越少,材料的强度则相应的降低。