电子束快速成形(EBRM)是以电子束为热源、金属丝材为送给原料的3D打印技术,该技术具有成形速度快、可加工尺寸大、复杂构件近净成形无需磨具等优点,近些年来在国内外受到了越来越多的关注。本文以EBRM制备的TC4合金为研究对象,利用扫描电镜、电子背向散射衍射、透射电镜和X射线衍射仪等实验方法,系统地研究了沉积态、热等静压(HIP)和退火后合金的显微组织,织构和室温力学性能。通过原位/准原位拉伸等实验手段,研究了TC4合金在单向加载条件下的塑性变形和断裂行为。结合理论计算的方法分析了引起EBRM制备TC4合金力学各向异性和变形不均匀性的主要因素,建立了合金的显微组织与力学性能之间的关系,为EBRM制备TC4合金的力学性能一致性控制提供基础及依据。EBRM制备的TC4合金存在近似平行于Z方向的原始β柱状晶粒,且柱状晶具有<100>β//Z方向的丝织构。柱状晶宽度尺寸随着沉积高度的增加在初始阶段迅速增加,后续晶粒的宽度尺寸增加变缓。柱状晶内为细小的α板条组织,由于合金在不同沉积高度上所经历的热循环次数不同,α板条沿着Z方向呈现出梯度的变化。合金具有典型的转变α相织构。随着合金沉积高度的增加,合金织构类型不变,但织构强度有所增加。α板条呈现出一定规律性的空间取向分布,计算表明,α板条的生长方向在X-Z面上的迹线与X方向的夹角主要分布在～50°和～130°附近的范围内。HIP和两相区退火处理并未明显地改变合金的柱状晶形貌和织构类型,但晶内的α板条发生了明显的改变。随着退火温度的升高,合金的织构强度有所增加。沉积态合金的变形以柱面滑移为主,伴随部分基面滑移和少量的锥面滑移。多数滑移线为沿着α板条方向,并呈现出平直的形貌,大部分滑移线不易穿过α板条。经HIP后,合金是以柱面和基面滑移为主,伴随少量的锥面滑移。滑移线较为均匀地分布在各α板条内,并呈现出大量的交滑移和多系滑移。大多数滑移线也被限制在α板条内。对于两相区退火的合金,滑移线优先沿着初生α板条形成。合金的断裂行为受α板条的晶体取向和空间取向的影响,其中α板条的空间取向起到更为主要的作用。当α板条具有较大柱面滑移Schmid因子,同时α板条的宽面与拉伸最大切应力的方向一致时,裂纹容易在此处形核并沿着α板条发生扩展,原始β晶界可以有效地阻碍裂纹的扩展。由于沉积态合金中熔合不良缺陷的取向和分布特征,使得Z方向拉伸试样的强度,塑性和冲击韧性明显降低,而缺陷对其它取向试样的力学性能影响相对较小。对于沉积态合金,随着沉积高度的增加,试样的抗拉强度和塑性有所升高。经过HIP后,合金中的孔隙缺陷被消除。随着沉积高度的增加,合金的强度略有下降。退火温度对合金力学性能影响显著,在两相区退火时,随着退火温度的升高,细化的α板条使得合金的强度和塑性增加,当退火温度位于β单相区时,合金的塑性有所下降。对于HIP和两相区退火的合金,在X/Y-Z面上合金存在室温拉伸的各向异性,试样X/Y-Z-22.5/45具有较高的强度和较低的塑性;而Z方向的试样具有最好的塑性和最低的强度。在X-Y面上合金表现出近似地室温拉伸各向同性。α板条的晶体取向和空间取向是引起合金拉伸性能各向异性的主要因素。当应力方向平行于X-Y面或与X-Y面呈45°夹角时,EBRM成形的TC4合金存在明显的变形不均匀性。计算结果表明,当应力平行于X-Y面时,应力加载轴在X-Z面投影的方向与<100>β的最小夹角θ靠近0°时,该原始β晶粒具有较好的变形能力,而当夹角θ靠近45°时,原始β晶粒的屈服强度较高,变形能力较差。对于当应力与X-Y面呈45°夹角的试样,原始β晶粒的变形能力与在X-Y面上的试样相反,即当夹角θ靠近45°时,原始β晶粒具有较好的变形能力,而当夹角θ靠近0°时,原始β晶粒的变形能力较差。