TC21钛合金属于两相（α+β）钛合金,其韧性、强度和损伤容限性较其他合金高,且焊接性能优良,在航空航天领域被广泛应用,如用于制造飞机接头、连接框、发动机外壳等承力件。航空涡轮盘双性能化是航空发动机大推重比和高可靠性的迫切需求。TC21钛合金压气机涡轮盘上形成双组织分布（轮盘部位等轴组织、叶片部位片层组织）,可使涡轮盘具有双性能效果。涡轮盘轮盘部位等轴组织可由其片层组织动态球化而获得,因而研究TC21钛合金片状组织动态球化行为具有重要的实际意义。本文使用Gleeble-3500型热模拟压缩机对TC21钛合金进行了变形温度为830～920℃、应变速率为0.001～1 s-1及应变量为0.36～1.20的等温恒应变速率热模拟压缩实验,分析了合金高温热变形行为,构建了合金流变应力本构模型（引入物理参量和Arrhenius两种方法）。分析了热变形参数对TC21钛合金片层组织动态球化的影响,研究了合金片层组织动态球化动力学,并建立了动态球化动力学模型。此外,利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等技术研究了 TC21钛合金片层组织动态球化机理。主要的研究结果如下:研究了 TC21钛合金高温变形行为,构建合金高温流变应力本构模型。通过研究发现,流动应力随变形温度升高而减小,随应变速率增加而增大。合金流动应力曲线呈现出与其内部发生片层组织球化有关的动态软化特征。合金在（α+β）两相区变形激活能为705.3 kJ/mol,其热变形机制主要是由片层组织球化支配。分别采用引入物理参量法和Arrhenius方法构建了合金流变应力本构模型,两种本构模型流动应力预测值均与实验值吻合较好。前者相关系数R=0.996,平均相对误差E=6.18%;后者相关系数R=0.992,误差大于10%的数据点占所有数据点的7.26%。引入物理参量法比Arrhenius本构模型精度略高。研究了合金在热变形过程中的片层组织球化演变,构建了合金片层组织球化动力学模型。结果表明,随变形温度升高和应变速率降低,片状组织球化体积分数升高,球化晶粒尺寸增大。变形温度低于860℃和应变速率高于0.1 s-1时,球化体积分数较低,不超过40%,球化效果不明显;变形温度为890～920℃、应变速率低于0.01 s-1时,合金片层组织球化程度较高,球化晶粒长大不明显,变形组织较均匀、细小;变形温度接近（α+β）/β相变点（955℃）,应变速率低于0.01 s-1时,球化晶粒会发生粗化。合金片层组织球化动力学曲线呈现“S”型特征。采用Avrami动力学模型建立了片层组织球化动力学方程为:（?）,其中,（?）。误差分析表明,其相关系数R=0.95,模型计算值与实测值较为接近,所建立的片层组织球化动力学方程具有较高的精度。研究了合金片层组织动态球化机理。结果表明,合金片层组织球化优先发生在α片层交叉处和原始β晶界附近。片层α相球化是α相内动态再结晶与α相相界迁移共同作用的结果。α相内会出现亚晶和形变孪晶,诱发片层α相球化。α相相界会发生晶界迁移和β相楔入,促使α片层分割成晶粒串而形成球化晶粒。