ZTC4（Ti–6Al–4V）是一种中等强度的α+β型铸造钛合金,具有良好的综合性能,同时具有良好的铸造性能和焊接性能,是目前应用最广泛的钛合金,在航空航天、船舶、生物医疗等领域都得到大量的应用。钛合金铸造主要应用于不能进行冷加工、热加工或加工难度大的复杂结构件,具有尺寸精度高、成本低、性能优异等特点。然而,钛合金精密铸造存在薄壁铸件成形困难,晶粒组织粗大、不均匀等问题。为提高钛合金铸造的成形能力问题,本文研究了ZTC4合金反重力铸造工艺对充型能力、凝固特性的影响,并对铸造工艺、组织与性能之间的关系进行了讨论。铸件组织决定着铸件的性能,而铸态组织是由铸造合金从液态至固态的热历史决定的。通过控制钛合金凝固过程的热历史,可以有效控制钛合金铸造组织,从而对铸件力学性能进行调控,提高组织的均匀性。本文研究了ZTC4合金凝固过程中不同温度进行恒温处理对组织演化的影响,探讨了组织演化机理,并研究了恒温处理对ZTC4合金的反重力铸造的影响规律。同时,本文通过热处理方法对铸件组织和性能进行了进一步的调控。主要研究内容和结论包括:（1）研究了ZTC4合金凝固过程中在不同温度的恒温处理对组织演化的影响,发现冷却过程中在950℃⁹70℃之间的温度范围内进行一定时间的恒温处理,以较快的速度冷却（大于150℃/min）,可得到小长径比的粗片层和平行细片层组成特殊双态组织。在此基础上,讨论了特殊双态组织的形成机理,发现恒温处理过程中,由于元素扩散,初生α片层不断粗化;在Ostwald熟化机制、边界分裂机制和热沟槽效应的作用下,初生α片层和晶界α发生分解,碎断成一定长径比的α片层。随后的冷却过程中,由于恒温处理过程中V元素在β基体中的富集,以及晶界α、初生α能够提供大量的形核质点,以及较大的冷速,形成了由细小片层组成的小尺寸的集束。（2）采用数值模拟与工艺实验相结合的方法,研究了ZTC4合金反重力充型及凝固过程中的多物理场演化,探讨了模壳预热温度、铸件截面尺寸以及热等静压对铸件组织和性能的影响,确定了ZTC4合金反重力铸造工艺参数:浇注温度1760℃,模壳预热温度300℃和650℃,充型压力60kPa,升压速度9kPa s^-1。（3）采用CAFé模型研究了反重力铸造过程微观组织演化,对实验得到的晶粒结果进行了测量,并对不同直径的铸件试棒进行了室温力学性能测试。发现与普通重力铸造相比,反重力铸造铸件更为致密,强度和塑性均有提高;随铸件截面尺寸的增加,铸件的晶粒度增加,铸件抗拉强度、屈服强度和塑性呈降低趋势;模壳预热温度较高时,所获得试棒铸件的强度稍微降低,塑性稍微增加。（4）将凝固过程恒温处理对ZTC4合金反重力铸造组织和性能的影响规律进行了研究,在850℃和900℃时分别进行了30min恒温处理,获得了合格铸件。恒温处理条件下的铸件,经热等静压处理后,其强度和塑性均出现提升,并且不同截面尺寸的铸件,其性能趋于一致。其中,室温抗拉强度约为850MPa,屈服强度约为800MPa,而延伸率均大于10%。（5）研究了热等静压、β固溶时效处理、α+β固溶时效处理以及自定义热处理条件下ZTC4铸件的组织变化及对应的力学性能。不同模壳预热温度条件下获得的铸件,经热等静压和β固溶时效处理,其强度和塑性均达到了较高的水平:抗拉强度均值为1023MPa,屈服强度为960MPa,延伸率为11.8%;经热等静压和α+β固溶时效处理,其平均力学性能低于β固溶处理:抗拉强度均值为962MPa,屈服强度为899MPa,延伸率为7.9%。而经过在β相区和α+β相区依次进行固溶处理,然后进行时效处理,可以对铸件的性能进一步进行调控,其性能介于β固溶时效处理和α+β固溶时效处理之间。