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TA15属于高铝当量近α型钛合金,具有比强度高、密度小、耐腐蚀性强和焊接性能良好等特点,在航天航空领域得到了广泛的应用。然而,TA15钛合金热加工窗口窄,成形难度大。本文针对大型航空薄腹板锻件用TA15钛合金材料,拟采用热模拟试验机上进行热模拟压缩实验,研究TA15钛合金的高温热变形行为;采用有限元数值模拟技术对大型薄腹板锻件成形工艺参数(锻造温度、模具温度和锻造速度)进行研究;通过数值模拟和试验测量研究锻件在不同退火温度下的残余应力大小以及分布规律。主要研究结果如下:(1)通过热模拟压缩实验研究了 TA15钛合金高温热变形行为,并建立了包含Arrhenius 项的 Z 参数本构方程:σ=165.29ln{(Z/8.228×1021)1/4 3145+[(Z/8.228×1021)2/4 3145+1]1/2}。TA15变形温度范围在750℃～980℃,应变速率为0.1s-1时,初生α晶粒随着变形温度的增加而减小。由新生α晶粒形成的“项链状”组织的宽度和厚度随着变形温度的增大而增大。TA15应变速率在0.001s-1～1s-1范围,变形温度为900℃时,α晶粒随着应变速率的增加而减小。TA15变形温度为950℃,应变速率为0.1s-1～1s-1时,变形程度为50%的α晶粒比变形程度为10%的α晶粒小。TA15钛合金合理的热变形工艺参数范围为:变形温度在850℃～980℃之间,应变速率在0.01～O.1s-1之间。(2)采用数值模拟技术对锻件的锻造温度、模具温度和锻造速度进行了研究。结果表明:锻造成形力随着锻造温度(810、860、910和960℃)的升高而降低;锻造成形力随着模具温度(250、300、350和400℃)的升高呈现出上下波动的变化趋势;变速锻造能有效的降低锻造成形力。通过工艺优化,选取锻造温度为960℃,模具温度为300℃,初始速度为25mm/s的非匀变速锻造工艺时,锻造压力可以控制在7万吨左右,满足锻件成形工艺要求。采用数值模拟研究结果对锻件进行了试制。锻件在8万吨压机上的成形效果满足锻件成形工艺要求。(3)采用数值模拟对锻件的残余应力大小及分布规律进行了研究。在800～900℃去除残余应力退火时,锻件残余应力随着退火温度的升高而降低,退火后的残余应力减小幅度较大且分布更加均匀。锻件两侧的X方向残余应力为拉应力,其两侧之间的中间区域X方向残余应力为压应力。利用小孔法对退火后的锻件进行残余应力测量和研究得到,锻件表面测量点在850℃退火后的X方向残余应力分布在-107～-25.7MPa之间,其正面残余应力大于背面残余应力。