Ti6Al4V钛合金具有比强度高,抗蚀性能优异,高温抗蠕变性能和无磁性等优良的性能,已经在航天航空工业和化学工业中得到了广泛的应用。与传统焊接方法相比,电子束焊接技术因具有高能量密度、焊接变形小及生产效率高等优点,成为先进焊接技术发展的重要研究方向之一。本文研究了TC4钛合金电子束焊接接头的微观组织形貌,进而探究了焊缝及热影响区不同区域的组织特征及晶粒生长规律;通过焊接热模拟试验模拟焊缝和热影响区,研究了冷却速度等因素对TC4钛合金热影响区晶粒尺寸和组织转变的影响规律;通过不同的热处理,研究了加热温度、冷却速度及保温时间对钛合金晶粒长大及组织的影响。TC4钛合金电子束焊接焊缝主要生成粗大的初生β柱状晶,焊缝顶部柱状晶沿熔合线向顶部生长,中部柱状晶垂直熔合线向焊缝中心对称生长,焊缝的柱状晶尺寸从顶部到底部依次减小;焊缝柱状晶内以针状马氏体组织为主,马氏体尺寸受β柱状晶大小的影响,从顶部到底部逐渐减小。采用Gleeble3500热模拟试验机对TC4钛合金进行焊接热模拟实验研究发现:TC4钛合金热模拟中心均温区的晶粒严重长大,原始β晶界清晰可见,中心区域发生马氏体相变,主要为针状α′马氏体;边缘区域沿原始β晶界向晶内形核生长,形成片层状α组织;随着冷速的增大,α相逐渐减少,β晶界逐渐被破坏,晶内生成短小、纵横排列的针状α′组织,片层和针状组织越细小。XRD标定发现母材和热模拟区域的衍射峰分别与纯钛密排六方α和α′相偏移一个角度后重合。钛合金母材硬度较低,随着冷却速度的提高,显微硬度逐渐提高,但马氏体α′相的强化效果并不明显。TC4钛合金不同热处理工艺的研究发现:在970℃下进行保温冷却,由于加热温度稍低于β相转变温度,α相并没有完全转变为β相,不同冷却方式下的组织均含有初生等轴α相;在相变温度以上加热保温,炉冷和空冷由于冷却速度较慢,转变的α相比较粗短,生成魏氏组织,冷却速度越慢α相越粗大,水冷下主要获得针状马氏体α′组织。