钛合金具有比强度高、抗高温蠕变性好等优异的综合性能,因而一直是航天航空、军事工业关键的支撑材料之一。钛合金铸件多采用立式离心铸造生产,因此,准确地掌握立式离心场下液态金属流动、传热及组织形成规律对获得高性能的钛合金铸件至关重要。本文采用宏微观相结合的元胞自动机方法CA法,对Ti6Al4V合金立式离心铸造凝固过程中凝固组织形成进行了数值模拟。首先,根据合金熔体质点在立式离心场下受力过程的特殊性,建立了立式离心场下熔体流动及凝固过程数学模型和计算方法。基于所提出的模型和计算方法,在流场、温度场计算基础之上,研究了凝固过程中各种工艺参数,如铸型转速、熔体过热度、铸型预热温度对凝固组织形成的影响。对立式离心场下钛合金组织模拟研究发现:立式离心场下铸件凝固组织主要以等轴晶形式存在,且钛合金铸件晶粒尺寸随转速的增加而降低;熔体过热度较低时,对凝固组织影响较小,随过热度的增大,过热度对凝固组织产生明显的影响,使组织粗化,粗大等轴晶区尺寸增大;铸型预热温度对凝固组织影响不大,随着预热温度增加,获得的凝固组织无明显变化。设计了立式离心铸造条件下组织模拟的试验铸件,并以Ti6Al4V合金在立式离心机上进行了实际浇注了试验。离心机转速分别为0、160和280(rpm)。获得了重力(0rpm)和离心条件下的组织的形成规律,并将模拟结果和试验结果进行了对比,结果表明数值模拟结果与试验结果基本吻合。