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钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性强和机械性能好等优良特性,被广泛的应用在航天航空等高技术领域。然而中国航空用钛合金的研究起步较晚,长期主要依靠进口来维持航空工业的生产需求,随着国产钛合金工业生产的快速发展,实现钛合金强韧化是当前要解决的重大问题。传统热处理由于存在温度过高和保温时间过长导致晶粒粗化的问题,无法实现钛合金的超高强韧化。高密度脉冲电流处理工艺具有升温速度快、脉冲处理时间短和节约能源等优点,在阻碍裂纹扩展、促进再结晶和相变等众多方面效果显著。因此,本文以不同初始态TC4钛合金为研究对象,采用脉冲电流处理与传统热处理相结合的工艺来提高合金的抗拉强度和塑性,并分析了脉冲电流及时效处理对不同初始态TC4钛合金组织及性能的影响,探索出一种获得高强度TC4钛合金的新型热处理工艺方法,本文主要研究结果如下:(1)通过对轧制退火态TC4钛合金进行不同温度的固溶处理,获得等轴组织和双态组织,随着固溶温度的升高,初生α相向β相转变的比例逐渐增加,初生α相的体积分数减少。(2)随着固溶温度的升高,TC4钛合金的抗拉强度提高,延伸率增加。850 ~℃固溶态、900 ~℃固溶态和950 ~℃固溶态TC4合金的抗拉强度依次为1024 MPa、1085 MPa和1128 MPa,延伸率依次为13.3%、18.4%和21.5%。(3)脉冲电流处理有效地降低了六方马氏体向β相转变的相变热力学势垒,六方马氏体的溶质含量较高,优先向β相发生转变,并且在短时间内形成了较多的β相形核位点,形成β稳定元素富集区,有效的细化了β晶粒,将更多的β相保留至室温,晶粒得到明显的细化,900 ~℃固溶态TC4钛合金经脉冲电流参数优化后平均晶粒尺寸由5.0μm细化至2.8μm。850 ~℃固溶态、900 ~℃固溶态和950 ~℃固溶态TC4合金经脉冲电流参数实验优化后的最佳抗拉强度依次为:1219 MPa、1205 MPa和1215 MPa,对应延伸率依次为:14%、17.2%和16.8%。较未经脉冲电流处理的对应固溶态TC4钛合金抗拉强度依次提高了19.0%、11.3%和7.7%。(4)对经脉冲电流处理的不同固溶态TC4钛合金进行时效处理后,组织内部亚稳态的六方马氏体在时效过程中发生了剧烈分解,析出弥散的(α+β)相,同时针状次生α相在原始β晶界处析出,有效地提高了合金抗拉强度。不同脉冲电流参数处理850 ~℃固溶态、900 ~℃固溶态和950 ~℃固溶态TC4钛合金进行时效处理后,经过脉冲电流参数优化,TC4钛合金的最佳抗拉强度依次为:1348 MPa、1455 MPa和1315 MPa,对应延伸率依次为:12.5%、14.2%和14.6%。与未进行脉冲电流处理的对应固溶初始态TC4钛合金抗拉强度相比依次提高了31.6%、34.1%和16.6%,与进行对应传统固溶+时效处理的TC4钛合金抗拉强度相比依次提高了20.2%、22.0%和5.4%。(5)对900 ~℃固溶态TC4钛合金进行脉冲电流局部多点离散强化处理,随着脉冲电流作用时间的增加,合金基体区组织无明显变化,强化单元体组织中等轴α相含量先增加后减少,β转变组织含量增加,氧元素含量先增加后降低,氢元素含量增加。经时效处理后,次生α相含量增加,六方马氏体发生剧烈分解,析出弥散(α+β)相,氧元素含量增加,氢元素含量降低。经过实验参数优化,脉冲电流80 ms局部单排多点离散强化处理的TC4钛合金最佳抗拉强度为1331 MPa,延伸率为12.9%。