本文利用显微-CT、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、纳米硬度和拉伸试验等技术研究了电子束增材制造(Electron Beam Melting,EBM)生物钛合金(Ti-6Al-4V)宏微观组织结构和力学性能。结果表明:第一,EBM钛合金的致密度高达99.5%。内部缺陷以球形孔、细长孔、未熔粉末为主,随着建造方向的变化,细长孔表现出较强的方向性,即孔长轴方向垂直于建造方向。孔分布存在尺寸效应,在大尺寸样品中以球形孔为主,反之以细长孔为主。合金的组织复杂多样,整体上是以与建造方向平行的柱状晶和网篮组织相间分布为主,在α相之间又存在亚结构柱状相和纳米尺寸的球形β相。针状α相中的晶界主要由孪晶界(Σ13b和Σ11b晶界)组成,α相的织构随机分布,α和β之间满足Burgers取向关系(Orientation relationship,OR)。第二,单一的热处理方式没有明显改善内部缺陷,热处理后的显微组织仍然是以由α(α′)团簇组成的近似平行于建造方向的柱状晶组成,但是柱状晶的宽度随着温度的升高略有降低,α板条的宽度也随着温度的升高逐渐增加;热处理后仍以α相为主,但有些a-b的取向关系偏离了Burgers OR,三种状态的样品具有相似的晶界取向差分布,都以取向差为60°左右的晶界,尤其是以Σ13b的孪晶界为主。第三,EBM Ti-6Al-4V合金的纳米硬度在接近基板的位置变化较大,但随着建造高度的增加逐渐接近有周期性的起伏,整体硬度在2~5GPa。拉伸试验结果表明,水平建造方向具有最好综合力学性能,其次是竖直建造方向,与建造方向成45°方向力学性能最差。拉伸断口形貌分析发现水平建造方向的样品发生的是晶间韧性断裂,45°和竖直建造方向上的样品发生的是韧-脆性混合断裂,经后续850℃退火后塑性明显改善。