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钛合金是非常重要的轻质航空结构材料，具有良好的低温性能以及耐热性能，同时具有耐腐蚀性能好、高比强度等比较明显的特点。TC21钛合金正是为了满足现代航空飞机损伤容限特性的要求而进行设计研发的新一代材料。本课题以TC21钛合金作为实验研究对象，主要从材料的本构关系及其热加工图两个方面对其进行研究。首先，本论文运用Gleeble-3500热模拟试验机对TC21钛合金试样（在变形温度为870℃～990℃，应变速率为0.001s-1～10s-1的变形条件下）进行等温压缩变形试验，以试验所得数据作为研究该材料的基础，选定一种基于BP算法的人工神经网络方法创建TC21钛合金的本构关系。其结果表示，这种训练模拟方法有很高的预测精度，并且能非常好的描述该材料热力学参数之间的非线性关系，从而为TC21钛合金今后更深一步的研究和发展提供良好的数据资源。其次，利用基于动态材料模型原理的Prasad和Murty判据分别绘制出TC21钛合金的热加工图，并对比分析Prasad和Murty塑性失稳判据准则的优缺点。通过观察这两种判据下的热加工图，可以看出流变失稳区会随着变形温度、应变速率和应变的变化而产生改变；此外还对TC21钛合金在热变形中产生的组织演变和其变形机制进行分析说明。最后，经过严格的模拟和实验，得出TC21钛合金在生产热加工中较为适合的变形条件为870℃～990℃、0.001s-1～0.25s-1。而得出该材料在870℃～990℃之间发生热变形，在这个变形范围内的应力～应变曲线呈现出流变软化现象。另外，TC21钛合金在热加工中发生流变失稳的变形条件大致为以下4个区域：①870℃～990℃、0.25s-1～10s-1，②950℃～985℃、0.1s-1～0.25s-1，③885℃～910℃、0.001s-1～0.0045s-1，④927℃～990℃、0.001s-1～0.0025s-1。