TA15钛合金作为我国重要的结构钛合金和损伤容限型钛合金,在航空航天和军工等领域得到广泛应用。但TA15钛合金需要经过一系列复杂的形变热处理和热处理,才能获得组织均匀、力学性能优异的半成品或零件。国内外学者关于TA15钛合金的热变形行为、热处理工艺、组织与性能的影响因素以及亚结构、显微织构演化等方面已经做了大量研究,但是为了达到对TA15钛合金显微组织与力学性能的精确控制,满足日益严苛服役条件的要求,系统而深入地对其热变形机制、亚结构和微观取向演化规律,热处理过程中的亚稳相分解机制、显微组织和织构演化规律,以及组织性能定量分析、智能优化等方面进行研究具有重要的理论意义和工程价值。本文基于TA15钛合金恒应变速率等温压缩实验和真空退火热处理实验,采用多种现代材料表征技术和相关定量计算理论相结合的方法对其热变形和退火热处理过程中的相变、再结晶行为、微观取向变化、亚结构演化和组织演变过程进行了定性和定量研究,全面揭示了其高温变形机制和退火热处理强韧化机制,研究结果可以为制定合理的热变形和热处理方案提供理论基础。基于响应面法建立了热变形参数与显微组织特征参数之间精确的预测模型,深入研究了热加工工艺参数对显微组织特征参数的影响规律,揭示了钛合金宏观热加工工艺参数和微观组织之间的深层次关系,并对热加工工艺参数进行了多目标可视化优化和验证,获得了在当前工艺方案下具有良好综合力学性能的三态组织和具有高损伤容限性的片层组织的工艺参数范围。本文研究结果对于揭示钛合金本质特征、优化加工工艺参数、预测和控制钛合金显微组织、提高钛合金产品性能具有重要意义。