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针对铸造钛合金叶轮叶片内部缺陷多和成型质量差的问题，通过设计两种浇注系统，运用有限元方法对浇注系统进行数值模拟，研究浇注系统设计优化对精铸的充型和凝固过程中流场、温度场及缩孔缩松的影响，在最优设计基础上进行熔模精铸实验，同时对其铸件的微观组织和力学性能进行检测与分析。结果表明：在型壳预热温度400 ℃、浇注温度1730 ℃，浇注时间8 s条件下，模拟结果得到底注式浇注系统充型、凝固质量好，铸件内部无缺陷；顶注式结构充型流场紊乱，存在卷气现象，同时铸件内部缺陷较多，故底注式多冒口结构浇注系统优于顶注式结构；对底注式系统进行了实验验证，铸件显微组织致密，拉伸屈服强度、断面收缩率和硬度分别为785.5 MPa、25.5%和301.67 HBW，力学性能较好，表面精度较高，符合高品质钛合金铸件的要求。