TC21钛合金以其高强、高韧于一体的综合优异性能被广泛的应用在众多领域。而在高温变形过程中，合金组织经常会受高温及低应变速率的影响而聚集长大，使得组织晶粒粗化而影响性能。如何通过合适的手段来解决TC21合金热加工后依然保持良好的组织结构有着重要的意义。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，通过得到的数据来分析材料的变形情况。将压缩后的试样进行双重退火热处理以期得到综合性能较好的网篮组织，研究了双重退火中各级退火对显微组织的影响，具体的研究内容如下：（1）根据真应力-真应变曲线数据计算出热变形激活能Q值和流动应力的本构方程，算出的Q远大于纯钛和纯β钛合金的自扩散能，同时建立了TC21合金等温压缩过程中动态再结晶的动力学模型，并对模型进行了验证，结果表明建立的模型具有较高的精度。（2）本课题中，对经过等温压缩变形后的合金进行金相分析，结果显示，TC21合金对变形温度和应变速率比较敏感，在870~990℃进行压缩时，能够发现组织有发生再结晶、回复等软化机制的现象。初生相的组织含量和形貌受温度和速率的影响明显。（3）热处理时发现，压缩温度在双重退火热处理对高温变形后的TC21钛合金组织的影响中起着重要作用，当压缩速率不变时，升高压缩温度，显微组织开始转变为具有混合结构的双态组织；当变形温度达到β单相区，组织形貌转变为编织紧密的网篮组织。（4）升高第一次退火温度，初生相明显减少而次生相析出量增加，β转变组织中交错排列的次生条使得合金强度增大，塑性降低；第二次退火温度主要对合金的精细结构或亚结构有影响，随着第二次退火的升高，细小弥散的次生相不断长大粗化，合金强度不断降低。（5）综合研究发现，TC21钛合金在T50℃第一次退火能够消除高温压缩时产生的各种内应力，且组织接近网篮组织；在590℃附近进行的第二次退火中，得到了致密的二次相。