本文分别采用石墨铸型和熔模型壳在不同浇注条件下浇注了BT20钛合金铸件，分别在α+β两相区和β单相区内采用不同的冷却速度对铸态组织进行热处理，对比分析了铸态与热处理态石墨型铸造与熔模铸造BT20钛合金的微观组织，并进行拉伸力学性能测试。随浇注温度的升高，α片层间距增大，不同方向的α集束变少；随铸件壁厚的增大，α相形貌也出现相同的变化规律，采用石墨型低温浇注的铸件的薄壁部分由于冷却速度快，α片层间距最小为1μm，晶内α相取向多，相互交织，呈现出网篮状特征，采用熔模型壳浇注的铸件组织中，α片层间距较大，且在两较大的α片层之间有许多取向一致，长径比较大的短棒状形貌α相，在较高温度下浇注的熔模型壳铸件的厚壁部分，α片层间距最大，达到了3.16μm。低温浇注的石墨型BT20钛合金铸件，具有较高的抗拉强度和屈服强度，分别为986MPa和915MPa，延伸率为4.23%；相同条件下的熔模铸件虽然抗拉强度和屈服强度较低，分别为889MPa和807MPa，但具有较高的延伸率，达到了为5.71%；铸件的力学性能随浇注温度及壁厚的减小而降低。采用不同工艺对两种铸型浇注的铸件进行热处理，在两相区内空冷和淬火时，随温度增加，α片层长度减小，宽度增大，呈短棒状或等轴状，且β转变组织含量增多；炉冷时，随温度升高α片层间距增大，β相含量几乎没有变化。在970℃保温后空冷时，β转变组织中开始析出少量针状α相，随空冷时加热温度的升高，针状α相含量增大。1080℃保温时已处于石墨型铸件和较高温度浇注的熔模型壳铸件的β单相区，在该温度空冷后的组织为网篮组织，主要由针状α相和残余β相组成，而较低温度下浇注的熔模型壳铸件组织中还有少量等轴状初生α相。铸态BT20钛合金在970℃以上保温后淬火，组织中没有形成马氏体，而是在基体上形成一种宽度约为2μm的棒状α相。在940℃保温后炉冷时，铸件力学性能变化不大，随炉冷温度升高，力学性能降低；在两相区内空冷和淬火对力学性能的影响规律相似，随温度升高，抗拉强度和屈服强度先升高后降低，延伸率随温度的升高而降低。热处理对熔模型壳铸件试样影响更大，经空冷或淬火后，抗拉强度和屈服强度都大幅提升，延伸率略有降低。在β单相区内空冷，可以得到较高的抗拉强度、屈服强度和延伸率，综合力学性能最好。