本文所研究的电子束快速成形技术(Electron Beam Rapid Manufacturing—EBRM）是一种从三维CAD模型出发，利用电子束作为热源，熔化金属丝材，层层堆积制造金属零件的新型增材制造技术。由于无需模具、节省材料、机械加工量小，是一种适合航空、航天大型复杂钛合金结构的高效、低成本先进制造方法。以往的研究集中于基础理论、成形工艺及应用，显微组织特征与力学行为规律方面缺乏系统的研究。本文以TC4钛合金为研究对象，以提高综合力学性能为目的，围绕着显微组织及力学行为特征、化学成分对组织性能的影响、热处理对组织性能的影响开展了系统的试验研究和分析；并在此基础上通过对EBRM制造的TC4钛合金性能测试，验证了力学性能综合调控方法的效果。　　首先，通过对EBRM成形TC4钛合金宏观和显微组织的分析，详细阐释了EBRM成形TC4钛合金金相图片中层状现象的显微组织本质。其显微组织基本特征可概括为定向生长的柱状晶和“三区两线”组织，即热影响区、循环梯度组织区、均匀组织区、熔凝线和循环梯度组织区层带间界限。分析了在EBRM成形过程多重交变热循环的叠加作用下显微组织的形成演化机制。对EBRM成形制备的TC4钛合金进行了基础力学性能测试，发现显微硬度与材料显微组织高度相关；拉伸性能具有明显的各向异性。同时发现，去应力退火对性能没有明显影响；热等静压处理对消除微观缺陷、提高疲劳性能能够起到明显作用。　　其次，根据电子束成形过程中合金元素的烧损现象，研究Al、Fe、B、Y等化学元素对显微组织和力学性能的影响。Al和Fe元素的变化对电子束成形TC4高低倍组织未发现有明显影响；B或Y尤其是二者同时加入后，柱状晶宽度会显著降低，但不会改变柱状晶沿堆积增高方向的生长。Al含量在5.7％以下时，随含量增加，强度明显增加，超过5.7％以后材料强度增加不明显甚至会有少许降低；Fe元素含量在0.28％以下时，三个方向的抗拉强度及屈服强度均随Fe含量的增加而显著增加，超过0.28％时，强度增加不明显。由于B元素易在在晶界析出，使界面脆化，拉伸塑性显著降低；Y元素会在合金中形成接近弥散分布的Y化物，对柱状晶长大有阻碍作用，强度塑性也可获得较好的匹配。　　再次，考察了热处理温度、冷却方式对EBRM成形TC4钛合金中α相的形态、尺寸以及含量的影响，并建立了热处理与力学性能之间的关系。研究发现，随着固溶温度提高，条状初生α相的体积分数会减少，长宽比降低；超过α+β/β相变点以后，初生α相完全消失；在相同固溶温度下，冷速增加，初生α相的体积分数会减少，β转变组织中条状或针状α相厚度减小。在相变点以下，固溶温度对拉伸性能没有明显影响；在相变点之上固溶，电子束成形TC4的强度显著增加，塑性降低明显；固溶处理后冷却速率增加，材料拉伸和屈服强度均增加，但塑性变化较小。　　在以上研究的基础上，采用优化的合金成分和热处理工艺进行性能试验，对性能调控方法进行了验证。结果表明，经化学成分优化及热处理调控的EBRM成形TC4钛合金拉伸性能较未经处理的电子束成形态性能有了明显提高。综合性能与锻件实测值相当，优于TC4铸件。