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TC4钛合金是目前航空航天领域应用最广泛的钛合金,对于形状较为复杂的大型整体结构件,主要采用“锻造+数控加工”或“分体制造+焊接”者及螺栓连接等方法,这使得材料利用率低、制造成本高且生产周期长。电弧增材制造技术能够实现较复杂钛合金结构的无模具、快速成型。然而,传统的焊接电源热输入量大,电弧增材制造钛合金易形成外延生长的β柱状晶粒。冷金属过渡（Cold metal transfer,CMT）焊接电源具有热输入量低、熔滴过渡稳定等优势,将CMT焊接电源应用于增材制造技术,可实现大型结构件制备的低成本、高效率和高灵活性。本文以应用最广泛的TC4钛合金为研究对象,重点研究CMT电弧增材制造TC4钛合金宏微观组织演化规律、微观组织调控的方法以及降低力学性能各向异性的举措,主要的研究内容和结果如下:1.送丝速度大于4.0m/min时,获得的TC4钛合金均呈现外延生长的粗大β柱状晶粒,且在β晶粒的晶界上会形成块状αM相,块状αM相织构强度偏高,最大值达到36.8。送丝速度小于3.0m/min时,通过调整合适的焊接速度,在热输入量小于1350J/cm时,连续生长的β柱状晶粒消失,得到宏观形貌为非等轴不规则的β晶粒。设计了七组热输入量接近的不同小送丝速度下阶梯试验,得出送丝速度3.0m/min、焊接速度0.48m/min下原始β晶粒剖面面积最小。该参数下TC4钛合金微观组织特征为:第一层以针状马氏体α?相为主。完成第二次沉积后,在第一层下部会形成层带结构,层带结构白亮区无明显晶粒存在。在第五层沉积试样中,第四个层带结构的白亮区有细长的α+β相析出,经历五次热循环作用后,微观组织的变化规律趋于稳定。2.在送丝速度3.0m/min、焊接速度0.48m/min下制备的阶梯式样,魏氏体组织区α相按β→αGB→αWGB→αWM→αS的顺序析出;马氏体组织区α相按β→α’→αWM的顺序析出。在该参数下连续沉积制备的CMT电弧增材制造TC4钛合金沉积态宏观下是非等轴不规则大小的β晶粒,织构强度有所降低,最大值16.2。微观α相组织主要有魏氏体组织、马氏体组织和层带结构组成。3.固溶时效处理（Solution+Aging treatment,SA）对α相均有粗化现象。固溶炉冷（Furnace cooling,FC）试样中,αWGB在930℃会出现球化、在900℃出现熔断现象,αWGB在870℃保持原有形貌。α?在930℃和900℃出现团聚现象,在870℃会在原位基础上析出形成片层状;马氏体内部析出的αWM宽度依次变小。固溶空冷（Air cooling,AC）试样中αWGB均保持原有形貌的基础上粗化,马氏体区的α?在930℃和900℃出现团聚现象,在870℃保持了原有形貌;马氏体内部析出的αWM宽度依次变小,且在870℃析出不充分。经比较,CMT电弧增材制造TC4钛合金在870℃,1h/FC+600℃,2h/AC下热处理各区域微观组织较均匀。4.沉积态下的拉伸性能存在各向异性,层带结构的存在、微观α相组织的不均匀性是造成力学性能各向异性的根本原因。对比固溶时效处理（SA1:800℃,1h/FC+600℃,1h/AC;SA2:870℃,1h/FC+600℃,2h/AC）和时效处理（Aging treatment,AT:600℃,2h/AC）拉伸结果得出抗拉强度随热处理温度的升高而降低,但塑性随温度升高变好。在AT试样中,抗拉强度最高,但延伸率低于标准值。在SA1、SA2试样中,抗拉强度和延伸率均能达到锻压件的标准值。对三组热处理状态的各向异性进行了评估,延伸率的各向异性表现显著高于抗拉强度和屈服强度,在SA2试样中表现出最低的各向异性。5.在热处理的AT、SA1、SA2试样中,纤维区的韧窝依次由大变小、由浅变深,剪切唇区的断口由准解理特征向大小一致的韧窝形貌转变。SA1和SA2试样中发现孔洞主要聚集在β晶界和αGB相附近、α板条的内部。三种热处理条件下断口附近α板条宽度与抗拉强度和屈服强度满足Hall-Petch关系。在SA1、SA2试样中观察到垂直于载荷方向的拉伸裂纹,在裂纹尖端会形成较大的塑性区以松弛应力,并推迟主裂纹产生,故固溶实现处理后的材料表现出较高的塑性。