TC4钛合金由于其比强度高、塑性好、焊接性好、耐腐蚀好以及高温性能优良等特点,被广泛应用于生物医用、船舶制造及航空航天等领域。TC4钛合金在长期服役过程中受到交变载荷作用,容易产生疲劳失效致使其变形甚至断裂,而金属材料在冶炼过程中不可避免地存在微裂纹,当外加载荷超过某一临界数值时,裂纹即产生失稳扩展,因此,对TC4钛合金的断裂韧性及疲劳裂纹扩展速率进行较为精准的测量至关重要。TC4钛合金的疲劳裂纹扩展速率测量方法众多,目前常用的为柔度（COD）法,但此种方法不适用于高温环境下试样的测量,而直流电位（DCPD）法具有精度高、可通过计算机自动采集系统实现自动测量等优点,并可用于高温及腐蚀环境。因此,本论文以TC4钛合金为研究对象,采用直流电位法疲劳裂纹扩展速率测试系统,研究显微组织对TC4钛合金断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的影响规律,探讨TC4钛合金的疲劳裂纹在不同组织中的扩展机制,并与COD方法得到的结果相对比,为开发高温及腐蚀条件下的直流电位法测试系统提供基础与依据。本文采用 800℃×2 h（AC）、950℃×1 h（AC）+540℃×5 h（AC）、1020℃×1 h（AC）+940℃1 h（FC）+540℃×5 h（AC）三种热处理制度分别得到了 TC4钛合金的等轴组织、双态组织和片层组织。利用万能试验机对合金进行拉伸试验;在岛津EHF-F1液压伺服疲劳试验机上进行断裂韧性测试实验;在MTS810液压伺服疲劳试验机上分别采用DCPD法与COD法进行疲劳裂纹扩展速率试验,获得不同组织状态TC4钛合金的双对数曲线及Paris常数;利用激光共聚焦显微镜观察断口侧面疲劳裂纹扩展路径;利用扫描电子显微镜观察拉伸断口及疲劳断口形貌。研究结果表明:TC4钛合金在β相转变温度以下退火可得到等轴α组织;采用双重退火制度,部分初生α相转变为β片层从而形成双态组织;采用多重热处理制度可得到由原始β晶粒和内部α片层束组成的片层组织。等轴组织、双态组织、片层组织TC4钛合金的屈服强度、抗拉强度、断裂韧性依次升高,延伸率则依次降低,位错在片层界面容易塞积,使强度提高,而球形α相变形协调能力好,双态组织则兼具良好强度和塑性匹配。采用DCPD法测得的不同组织状态的TC4钛合金的da/dN-ΔK的曲线与COD方法基本吻合。尤其从稳定扩展区中Paris公式的模拟结果来看,对于三种组织的TC4钛合金,采用COD法与DCPD法获得的稳态裂纹扩展速率的数值均差别不大。同时,与COD法相比,DCPD法采点更密集,且适用于高温环境下试样的测量。采用COD法与DCPD法的测量结果均表明,片层组织的TC4钛合金具有较低的疲劳裂纹扩展速率和较高的门槛值,而双态组织疲劳裂纹扩展速率略低于等轴组织。等轴与双态组织的TC4钛合金疲劳断口起伏较小,疲劳主裂纹扩展路径较平直,疲劳裂纹可切过等轴α相或沿α相界面扩展。而片层组织的TC4钛合金中疲劳断口起伏较大,主裂纹改变方向可伴随着二次裂纹的诞生。不同位向的α片层束可阻碍裂纹扩展,裂纹被迫转向使扩展路径曲折,裂纹前端的闭合程度增加,疲劳裂纹扩展速率降低。