钛合金锻件作为一种重要的航空航天用承力结构件,工业中一直以来对其就提出了很高的性能和精度要求。但是在实际工程应用中,钛合金锻件在热处理后往往存在综合性能不达标、残余变形大等问题,特别是对于大尺寸复杂结构锻件而言更是如此,显著降低了锻件的精度和质量,甚至是报废,给企业造成巨大的经济和信誉损失。因此研究钛合金锻件综合性能不达标和残余变形大等共性问题,对钛工业的发展而言是具有重要意义的。本文以某国产TC18钛合金及锻件为研究对象;首先采用金相试验研究了TC18钛合金在两阶段退火过程中的组织转变特点,同时通过热处理工艺试验并结合温度场数值模拟分析了TC18钛合金锻件综合性能不达标的原因。结果表明:在经过840℃/2h,FC→750℃/2h,AC+620℃/6h,AC这一典型两阶段退火热处理后,TC18钛合金的塑性是完全合格的。由于尺寸效应引起的锻件不同部位在各个阶段的保温时间差异是导致锻件综合性能不达标的主要原因之一。其次为了更加系统掌握该国产TC18钛合金的组织转变规律,本文采用高温共聚焦显微镜对其840℃的长时间保温过程、以及连续加热和冷却过程进行了原位组织观察。结果表明:TC18钛合金在840℃保温时,组织中的次生α相和长条状的初生α相会先于等轴初生α相发生α→β相变;大约在保温30min后,α相停止转变成β相。当保温时间在30min～60min范围内时,合金组织基本不发生变化,组织稳定性很好,因此可以将锻件各部位的保温时间控制在此范围内,以消除因尺寸效应引起的锻件各部位在热处理后的组织及性能差异。而当保温时间超过60min后,组织中α相的含量和尺寸逐渐增加,并在保温95min时达到峰值。但当保温时间超过95min后,组织中α相的含量和尺寸又会有减小的趋势。此外,在连续加热过程中,晶界α相和初生α相都是从650℃左右开始发生转变,其中晶界α相在700℃～750℃之间转变程度最为剧烈,而初生α相在720℃～750℃之间反而有长大的趋势。在连续冷却过程中,β晶界在800℃左右开始析出平直的晶界α相;当继续冷却到770℃和650℃时,分别在β晶界和β晶内开始析出短棒状的次生α相。最后为了研究该国产TC18钛合金锻件残余变形大的原因,本文通过ANSYS软件对锻件的多流程热处理过程进行了数值模拟。模拟结果表明:单纯的热处理作用并不会引起锻件大的变形,而热处理前的顶出过程才是造成锻件在热处理后残余变形较大的主要原因。通过三点式炉内校直法,可以有效地控制锻件变形。本论文的研究结果为某企业锻件的质量优化提供了有效的指导作用,并为其它类似产品的质量控制提供了解决思路。