本课题采用真空感应熔炼的方式，对BT20钛合金进行重力浇注，利用XRD、SEM、纳米压痕仪等仪器测试手段，研究了合金熔体与三种铸型的界面反应情况，考察了壁厚条件对界面反应的影响，对界面反应的机理以及影响因素进行了探讨，同时讨论了界面反应层在BT20合金β相区炉冷、β相区空冷、两相区空冷、两相区炉冷时的变化情况。XRD分析表明在铸型表面有TiO、TiO₂、Ca₂TiSiO₆等相的形成，合金熔体与铸型在界面处发生了元素互扩散反应，其中O与Ti的变化趋势非常明显。界面脆性α层由氧化物稳定相层、氧固溶层以及Si等间隙元素的富集区层组成，且铸件不同部位的界面反应层厚度并没有明显的差别，即铸件上的位置效应不明显。合金熔体对铸型的机械冲刷作用，有助于激活惰性涂层中的原子，使涂层与熔体之间发生元素扩散。不同铸型材料会影响界面处的元素扩散程度，相同壁厚条件下，ZrO₂陶瓷型壳下的扩散程度最大，其次为锆英砂型，ZrO₂涂层锆英砂型扩散程度最小。壁厚对界面反应也有显著影响，相同铸型条件下，30mm厚铸件的元素扩散程度以及反应层厚度最大，其次为20mm厚铸件，10mm铸件的反应程度最轻。纳米压痕分析结果表明界面处的弹性模量、硬度值、应力载荷均大于基体，界面处的纳米压痕值大小与元素扩散程度相对应。BT20钛合金不同相区热处理后的界面反应层与铸态相比，间隙原子偏聚区数量较多，且比较粗大。当基体组织在不同相区冷却发生相应的转变时，脆性α层的组成并没有发生改变；反应层在不同相区热处理过程中均发生氧的扩散，其余元素随距界面距离的增加，其含量几乎与铸态下相同，其中β相区炉冷下氧的扩散程度最大，而两相区空冷下的界面处氧含量最高，且两相区空冷下界面处的弹性模量、硬度值以及应力载荷值最大。反应层内各组分含量以及纳米压痕值的大小除与元素在金属晶格内的固溶度相关外，还与其在不同相区、不同转变速度下，元素的自扩散程度、空位过饱和度以及析出相、溶质偏聚区的尺寸有关。