在立式离心力场下,精密铸造成形钛合金复杂构件具有十分独特的优势。而深入揭示立式离心力场下钛合金缺陷形成与演化规律,对制备优质铸件,优化铸造工艺,降低实验成本,缩短生产周期均具有重要的理论意义和实用价值。因此,本文采用理论分析、相似物理模拟和实验研究相结合的方法,深入分析了立式离心力场下合金熔体渗流补缩流动,并藉此探讨了合金熔体凝固成形过程中缩孔缺陷形成与演化规律;此外依据凝固热动力学原理,给出了立式离心力场下合金熔体中气泡和夹杂的形成及运动规律;最后系统地研究了凝固铸件显微组织和力学性能变化规律。通过这些研究给出了减小或防止钛合金立式离心铸造缺陷的措施。首先,针对现有计算合金熔体渗流补缩流量的传统线性达西定律的局限性,根据渗流流体力学理论,给出了立式离心力场下适合于所有雷诺数情况下,计算合金熔体渗流补缩流量的广义达西定律。依据相似物理模拟理论和广义达西定律,给出了物理模拟钛合金熔体渗流补缩流动时需要满足的条件。按照此条件,物理模拟研究了钛合金熔体渗流补缩流动规律,物理模拟研究表明:随着补缩时间和旋转速度的增加,补缩过程中渗流流体的体积逐渐增大;当模拟流体粘度以及模拟枝晶的多孔介质孔眼数减小时,补缩过程中渗流流体的体积也相应增加。依据前面的广义达西定律以及渗流补缩流动规律,结合凝固收缩理论,给出了立式离心力场下合金熔体凝固成形过程中,缩孔形成条件和体积判据。同时对离心铸造缩孔缺陷进行了物理模拟研究。为了验证缩孔理论分析以及物理模拟的准确性,实际浇注了离心铸造构件,得出缩孔缺陷形成规律与理论分析和物理模拟相吻合的结论,说明了理论分析和物理模拟的正确性。开展了立式离心力场下合金熔体中气泡和夹杂的形成及运动规律研究。提出了合金熔体中气体溶解度的梯度分布规律及离心力场下气泡形核需要满足的条件,推导了立式离心力场下气泡的形核功、临界形核半径以及形核率公式。并根据传质理论,对气泡长大过程进行了分析。通过对气泡和夹杂在立式离心力场下的受力分析,给出了离心力场下合金熔体中气泡和夹杂的运动规律,结果表明:气泡和夹杂的运动速度均随着旋转速度和离心半径的增加而增大。采用相似物理模拟的方法,对立式离心力场下钛合金熔体中气泡和夹杂的运动规律进行了实验研究,实验结果和理论分析相吻合。对立式离心力场下合金熔体凝固成形铸件的显微组织以及力学性能进行了深入的分析,给出了相应的拟合关系式。结果表明:随着离心半径和离心旋转时间的增加,晶粒尺寸变小,层片间距得到细化,力学性能得到提高。旋转速度增加,晶粒尺寸减小,性能提高,偏析加剧。晶粒尺寸和层片间距随铸件模数增加而增大,显微硬度降低。同时探讨了立式离心铸造显微组织和力学性能梯度性分布规律,初步建立了立式离心铸造条件下铸件的工艺参数与显微组织和力学性能之间的相互关系。