近些年钛合金精密铸件在航空航天、体育医疗等领域受到越来越多的关注。钛合金精密铸造具有铸件尺寸精确、组织致密、材料利用率高等优点，但是由于存在铸造组织粗大以及铸造缺陷（如疏松、缩孔、夹杂）等缺点，所以其室温力学性能稍差。　　本文研究了模壳预热温度和热等静压工艺对大尺寸薄壁TC4铸件组织和力学行为的影响。实验结果显示模壳温度从400℃升高到600℃，铸件组织尺寸逐渐增大，且铸件中心位置的组织比边部位置组织尺寸大，厚区比薄区组织尺寸大。较低的模壳预热温度有益于制备尺寸细小的铸造组织，但同时铸造缺陷会增多。热等静压工艺能够有效地消除缺陷，增加原始β晶粒间的结合力，同时会进一步粗化铸造组织。热等静压工艺可以改善铸件的塑性。　　铸件表面由于冷却速率快，组织尺寸细小，其显微硬度高于铸件内部。总的说来，拉伸强度和硬度随模壳预热温度升高而降低。热等静压工艺可以大幅提高铸件的断裂韧性，断裂机制从沿晶断裂为主转变为穿晶断裂为主。热等静压态铸件的断裂韧性随模壳温度升高而升高，这主要与模壳温度升高，集束尺寸增大导致裂纹路径变得更为曲折有关。同理，铸件的裂纹扩展速率随模壳温度升高而降低，经热等静压后，扩展速率又进一步有所降低。　　利用白光相干法观察疲劳裂纹尖端塑性区，结果表明，与锻造、粉末冶金组织相比，铸造组织的塑性区边界较为曲折，这主要是由集束组织的粗大且不均匀引起。随着ΔK增大，裂纹尖端塑性区尺寸增大，但塑性区内的变形程度并没有增加。利用网格法对塑性区内不同集束的塑性变形量进行测量，晶体取向有利于位错滑移的集束内变形量大。　　表面铸造缺陷，如疏松、缩孔等，倾向于‘吸引’疲劳裂纹扩展。当裂纹扩展经过此类缺陷时，扩展速率会显著增大，但是缺陷并不影响塑性区的大小。利用X射线三维成像仪对试样内部裂纹及缺陷进行观察，结果显示，在试样内部疲劳裂纹也总是尽量穿过可以穿过的缺陷。缺陷附近的裂纹路径将会发生偏折，远离缺陷位置的裂纹路径变为平直。当疲劳裂纹遇到缺陷时，一种方式为裂纹穿过缺陷，另一种方式为缺陷萌生出新裂纹，然后与主裂纹桥接。铸造缺陷是否会萌生新裂纹取决于应力强度因子、主裂纹长度及缺陷尺寸等。　　本文还对比研究了TC4合金铸造、锻造及粉末冶金态的组织及力学性能。结果显示，铸造组织在断裂韧性及抗裂纹扩展能力方面具有明显优势。