本论文以TC17合金(Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo)为研究对象,系统研究了 β斑在工业级铸锭、实验室小型铸锭和定向凝固样品中的基本特征,提出了影响β斑形成的凝固条件和工艺参数,进一步明确了凝固过程中β斑形成机制和形成规律,为熔炼过程中控制此类偏析产生提供技术参考。对TC17合金工业级铸锭和锻棒中的β斑进行了系统分析表征。结果发现:工业级铸锭和棒材中β斑的成分特点均为富Cr和Zr、贫Mo,相变点比基体低15℃～35℃;工业级铸锭中的β斑形状不规则,呈散点状分布于铸锭锭头心部位置;大棒材中β斑形貌与铸锭差异较大,表现为异常长大的β晶粒。通过定向凝固实验,研究了 TC17合金不同凝固速度条件下溶质分配和固液界面形貌的变化规律。结果表明:随着凝固速度的增加,固液界面形貌从平面结构转变为胞晶结构再过渡到枝晶结构;平面界面失稳和胞枝转变的临界速度分别约为15 mm/h和30 mm/h;偏析方式由宏观偏析转变为胞晶间或枝晶间的局部偏析,在凝固组织中分别形成宏观偏析β斑和通道状β斑。结合相率分析,β斑的形成实质上是凝固过程中Cr和Zr元素正偏析、Mo元素负偏析的结果。通过真空自耗电弧炉(VAR)熔炼TC17合金实验锭,模拟在实际VAR中β斑的形成过程,研究其形成规律。结果表明:当熔池搅拌作用很弱时,β斑与铸锭中的晶粒形貌存在明显对应关系,等轴晶区出现不规则形状β斑,冒口区出现通道状β斑,柱状晶区无β斑出现;无稳弧搅拌情况下,凝固速度(R)控制β斑形成,温度梯度(G)决定β斑形成后形貌,实验锭中β斑产生的临界凝固速度约为 4.3×10-4 m/s。研究了稳弧搅拌、熔炼次数等VAR熔炼工艺参数对β斑形成的影响规律。结果表明:VAR过程中稳弧搅拌驱动熔池内液相流动,促进了柱状晶向等轴晶转化,搅拌破坏了β斑与铸锭晶粒形貌的对应关系;稳弧搅拌利于枝晶前偏析液相的流动汇聚,并在柱状晶向等轴晶过渡过程中形成偏析通道,凝固形成块状β斑;采用收弧工艺可以减小熔池深度,抑制冒口区心部不规则β斑的形成;随着熔炼次数和铸锭直径逐次增大,熔池深度增大,冷却速度降低,β斑的尺寸和形成倾向增大。总结了不同凝固条件下β斑的形貌特征与分布规律,将β斑归纳为四种类型:宏观偏析β斑、通道状β斑、不规则β斑和块状β斑。提出了四种β斑可能的形成机制:G较高R极低的凝固条件下,溶质元素充分扩散形成宏观偏析β斑;低R和高G条件下,柱状晶枝晶间距增大,溶质元素在枝晶间偏析形成通道状β斑;低R和高G条件下,等轴晶沉积和等轴晶晶内偏析均形成不规则β斑;稳弧搅拌促进柱状晶枝晶前沿液相流动和偏聚,形成块状β斑。最后,通过相应的理论模型和实验对形成机制进行验证,为工业实践VAR过程中限制β斑形成提供实验依据。