钛及钛合金具有较高的比强度、耐蚀性和良好的生物相容性,被广泛应用于航空航天、海洋船舶、医疗等领域,但是钛材加工性能较差,原料成本较高,限制了其应用范围。借助热机械粉末固结法高效率、可连续、低成本的特点可生产低成本高性能的钛合金。本文对合作企业攀枝花市梦梦科技有限公司采用东北大学先进粉末冶金材料与技术团队开发的新型热机械粉末固结成形工艺制备的近静成形的Ti-6Al-4V（TC4钛合金）零件的材料微观组织和力学性能进行评价,重点研究了零件热处理前后成分不均匀性对材料的微观组织和力学性能的影响。本研究对热机械粉末固结法工艺参数调整具有指导意义。研究发现在挤压锻方式制备的样品中存在尺寸在200 μm左右的椭圆形的合金元素富集区域,根据EDS分析结果,这些区域是坯体中铝钒中间合金颗粒所在区域,主要由混粉过程不均匀造成,元素富集区域的片层较窄,硬度较高,而其他区域的片层较宽且存在不连续现象,硬度较低。材料中不同区域之间组织形态和显微硬度的差异造成了挤压锻方式制备的喇叭口状工件的上、下部分和顶盖状工件的屈服强度分别为934、861和919 MPa,抗拉强度分别为1044、992和1010 MPa,断裂延伸率分别为7.9%、6.7%和8.3%,由此可见喇叭口状工件的上、下部分和顶盖状工件中TC4钛合金的强度基本达到铸锭冶金TC4钛合金的本征强度,但拉伸塑性明显低于铸锭冶金TC4钛合金的本征拉伸塑性（断裂延伸率一般为10%以上）。经过700℃真空脱氢退火处理后,喇叭口状工件的上、下部分和顶盖状工件样品仅发生了低浓度、小范围的合金元素扩散,材料中高浓度的合金元素富集区域并没有消除。喇叭口状工件上、下部和顶盖状工件退火后强度稍有降低（屈服强度:885～893 MPa,抗拉强度:960～991 MPa）,拉伸塑性没有升高,反而稍有降低（断裂延伸率:6.7%～7.4%）。研究结果显示,退火后喇叭口状工件上、下部和顶盖状工件中元素分布不均匀的现象并没有消除,因此退火态材料发生变形时仍存在软硬相协同变形效应,而退火过程在材料中产生了界面强化的效果,提高了不同区域的硬度,所以材料的断裂延伸率因为软相硬度的提高而略有下降,同时强度也因为退火后片层宽化而稍有降低。经过955℃/4 h均匀化处理加炉冷后喇叭口状工件的上、下部分的V元素含量较少区域的片层连续性得到改善,有助于使变形更加均匀,因此均匀化处理后的喇叭口状工件的上、下部分的断裂延伸率相比热处理前提高了 20%左右,分别达到了 10.7%和8.1%,但由于片层变宽,对应的强度下降了 10%左右,屈服强度分别为813和804 MPa,抗拉强度分别为904和897 MPa。而顶盖状工件均匀化处理后V元素含量较少区域的片层连续性未得到明显改善,同时片层发生宽化,使其强度和断裂延伸率相比热处理前都有所下降,顶盖状工件的屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率分别为845 MPa、934 MPa和7.2%。相同热处理条件下不同样品之间片层连续性的差别主要与取样工件成形时变形量有关,变形量越大的部分合金元素扩散效果越好,在初始材料中片层不连续区域的片层连续性得到更大程度的改善。对于同样存在元素分布不均匀现象的挤压棒样品进行了均匀化处理然后分别进行了空气内冷却和随炉冷却。热处理前的样品的强度和塑性与挤压锻样品接近,屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率分别为891 MPa、1006 MPa、8.2%。经过955℃/2 h均匀化处理和空冷的样品的屈服强度和抗拉强度为863 MPa、1004 MPa,断裂延伸率提高到了12.1%。经过955℃/4 h均匀化处理和炉冷的样品的屈服强度和抗拉强度为852 MPa、961 MPa,断裂延伸率为17.2%,相比热处理前的样品,强度仅下降了 4%,但断裂延伸率提高了 110%,获得了优异的综合性能。主要原因可以归结于均匀化处理消除了材料中合金元素分布不均匀性,避免了由元素分布不均匀导致的组织不均匀,同时随炉冷却过程中产生的β转变组织对α相产生了背应力强化作用,热处理后α片层宽化产生了粗晶韧化作用。