以TB18钛合金工程应用为目标制定最佳β热处理工艺，研究了β热处理后的组织特征对力学性能的影响。研究结果表明，TB18钛合金β热处理后晶粒尺寸较小（≤100μm）时，合金具有优异的强度和塑性，增大晶粒尺寸，合金强度和塑性均降低。当晶粒尺寸约为200μm时，合金具有较好的强度–塑性–韧性匹配。TB18钛合金经β相区固溶处理缓慢冷却会形成连续晶界α相（α_(GB)），严重降低塑性，建议TB18钛合金大锻件的整体β热处理应采用相应的快速冷却手段，避免形成连续α_(GB)。TB18钛合金析出强化效应随析出相含量的增加而提高，随析出相尺寸的增大而降低，合金塑性呈现相反的变化趋势。当β热处理后析出相充分析出，并保持一定的片层尺寸时，TB18钛合金能够获得良好强度-塑性-韧性匹配。