钛合金以其优良的高比强度和抗高温蠕变性能在航空航天领域得到了广泛的应用。氢处理钛合金是促使其加工性能和力学性能得到改善的一种特有的热处理方式。氢处理多采用固态渗氢,而对合金锭的研究通常始于凝固。随着计算机技术的发展,对铸件凝固过程的微观组织模拟,可以降低消耗,作少量实验既可预测铸件的凝固组织和推断其力学性能,又可获得主要的工艺参数与铸件凝固组织的定量关系。因而数值模拟成为液态置氢钛合金凝固过程组织演化研究的有效手段。本论文对Ti-6Al-4V合金液态置氢凝固过程中组织演化建立了合理的数学模型,并提出了置氢量与最大形核密度的关系式。并基于所建立的模型,采用宏微观相结合的元胞自动机方法,对在有/无自然对流、不同过热度和不同置氢量的Ti-6Al-4V合金凝固过程组织演化进行了模拟。模拟结果显示:液态置氢能细化Ti-6Al-4V组织,而且随着置氢量的增加,组织更加细小;自然对流作用可以使得组织更加细小;在较小过热温度内,Ti-6Al-4V合金组织为粗大的柱状晶组织,且随着过热度增加,明显增大。过热度超过一定的值,组织有细化的趋势;液态置氢有利于等轴晶的形成,且等轴晶区域随置氢量的增大而增大。本文设计了在水冷铜坩埚真空感应炉和真空非自耗电弧炉内不同工艺条件的液态置氢实验,并详细研究了在非自耗电弧炉内进行的Ti-6Al-4V合金液态置氢实验,分别获得了在相同加热时间,不同加热电流I=100A、150A、200A和250A下和固定加热电流为I=100A,不同加热时间t=20s、25s和30s的置氢为1.28at%的两组合金铸锭以及加热时间为20s的Ti-6Al-4V合金铸锭。结果显示:在高过热度下,Ti-6Al-4V合金组织为粗大的柱状晶,且过热越大,组织越细小;在低过热度下,增加过热时间,Ti-6Al-4V合金组织的等轴晶区会逐渐扩大;相同条件下,液态置氢会使得Ti-6Al-4V合金组织由粗大的等轴晶转变成细密的柱状晶。通过实验结果与模拟结果对比,两者基本吻合。