研究了不同热处理工艺对TC20钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明：TC20钛合金经过两相区固溶+时效处理后得到双态组织，通过控制固溶冷却方式以及时效温度可调整初生α相含量以及次生α相含量和尺寸，改善其强度和塑性的匹配。采用940℃/1 h/WQ+700℃/30 min/AC+550℃/6 h/AC三重热处理工艺，在保证强塑性较佳匹配的同时，可以有效解决棒材直线度问题。