钛合金具有较好的动态强塑性匹配,被应用于导弹战斗部领域。北京理工大学自主研发β20C钛合金经过适当热处理获得超细等轴晶组织具有优良的动态强塑性匹配,但其形成机制须深入研究,热处理工艺的稳定性仍待提高。本文基于相场方法开展对β20C钛合金热处理微观组织演变过程的研究,实现了对显微组织演变的模拟,达到控制微观组织形成的目的,获得主要的工艺参数对微观组织形貌影响的规律,为优化工艺及参数提供理论依据。(1)基于相场方法建立了β20C钛合金热处理微观组织演变过程的相场模型。利用Thermo-Calc热力学软件计算了熵、吉布斯自由能、驱动力等热力学参数。建立了一种关于β20C钛合金相界面迁移率的计算方法,分别通过1013K、1153K保温实验获得了α/β相界面迁移率,结合实验结果得到了其相界面迁移率与温度的关系。(2)通过与两种典型热处理过程实验结果优化分析,得到了准确模拟β20C钛合金热处理微观组织演变过程的相场模型,通过将模拟结果与实验结果进行对比,验证并优化了所建立的相场模型。在此基础上,对双退火热处理工艺进行微观组织模拟,最后模拟结果与实验结果相含量分别为63.66%和61.00%,最大差值为4.19%;典型热处理工艺的相场模拟结果和实验得到的相组成随时间变化的曲线较吻合,最后得到的α相含量分别为54.20%和51.50%。(3)基于β20C钛合金相场模型研究了热处理工艺参数的影响规律,研究了不同升温速率和不同的保温温度对β20C钛合金微观组织的影响规律,通过耦合浓度场研究了升温过程中Al元素的扩散分布情况。