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钛合金由于低密度、高比强度及良好的耐蚀性使其在航空航天、船舶和兵器等领域获得了广泛应用。随着现代航空飞行器对承力构件性能的要求越来越高，提高结构钛合金性能已成为研究热点。本文以高强钛合金为研发目标，设计了新型高强钛合金成分。借助光学显微镜、扫描电镜、XRD、显微硬度计和拉伸实验机等测试手段，研究分析了热变形和热处理工艺对三种钛合金组织和性能的影响。主要研究内容及结论如下：从合金化原理及β钛合金设计原则出发，设计了三种新型Ti-Al-V-Mo-Cr-Zr-Fe-Nb系钛合金，1#、2#和3#合金的钼当量分别为21.0、19.0和14.2。采用真空自耗熔炼技术，将三种合金按设计成分进行三次熔铸，三次熔炼后合金的成分分布均匀，与理论设计成分相符，杂质含量均低于标准。铸态合金的晶粒比较粗大，晶粒大小约为800~1200μm，合金中相含量随着钼当量降低而增多。采用计算法、连续升温金相法和差热分析法三种方法，得出1#、2#和3#的相变点分别为705±5℃、720±5℃和785±5℃。累计变形量为60%粗锻后，合金中析出大量初生相，粗锻棒材横截面边部相含量比中部的多且细小。经过精锻，合金中初生相含量明显减少。对比三种合金锻态组织发现，3#合金中初生相含量比1#和2#的多，表明在相同锻造条件下，钼当量低的合金，初生相含量多。三种合金经800℃热轧，其组织主要为细小“扁状不规则”的β晶粒相，2#和3#合金分别含有颗粒状相和针状相。测得1#，2#和3#合金的抗拉强度分别为890MPa、957MPa和861MPa，延伸率分别为20.0%、27.0%和17.5%。对比发现，2#合金的拉伸性能比1#和3#的好。通过不同固溶+时效热处理后，1#，2#和3#合金的抗拉强度分别为1412.8MPa、1428.5MPa和1404.5MPa，延伸率分别为8.5%，10.16%和11.92%。该结果表明对于所设计的三种合金，通过制定合理的热处理工艺，抗拉强度均能达到1400MPa以上，延伸率不低于8%。相比1#和3#合金，2#合金的强度与塑性匹配性较好。