对Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe(Ti-35421)合金进行了不同工艺的固溶时效处理，研究了热处理后的组织演变规律与力学性能。结果表明：经不同温度固溶+540℃时效后，随着固溶温度的升高，初生α相板条变短变粗，体积分数减少，针状次生α相体积分数增加，Ti-35421合金的强度增加，塑韧性减小，拉伸断口表面韧窝数量减少、尺寸变小，逐渐出现微孔和空洞；经775℃固溶+不同温度时效后，随着时效温度的升高，针状次生α相变短变粗，次生α相间距增大，合金的强度减小，塑韧性增加，拉伸断口表面韧窝逐渐变大变深，微孔和空洞逐渐消失。当热处理工艺为775℃/1 h/AC+560℃/16 h/AC时，Ti-35421合金的抗拉强度为1125 MPa,屈服强度为1024 MPa,延伸率为5.5%,冲击吸收功为36.3 J,具有良好的强塑韧性匹配。