使用Gleeble-3800热模拟试验机对TA5钛合金进行等温恒应变速率压缩，研究其在变形温度为850~1050℃、应变速率为0.001~10 s-1和最大变形量为60%条件下的高温热变形行为；建立了引入物理参量的应变补偿本构模型，并根据DMM模型得到了加工图。结果表明：TA5钛合金为正应变速率敏感性和负变形温度相关性材料；考虑物理参量的应变补偿本构模型具有较高的预测精度，其相关系数R为0.99，平均相对误差AARE为8.95%。分析加工图和观察微观组织，发现失稳区域(850~990℃，0.05~10 s-1)的主要变形机制为局部流动；稳定区域(870~990℃，0.005~0.05 s-1)的主要变形机制为动态回复和动态再结晶。TA5钛合金的最佳热加工工艺参数范围为870~990℃和0.005~0.05 s-1。