增材制造是《智能制造2025》战略规划中的一项重要组成部分。其具有加工效率高、响应时间短、自动化集成度大等特点,广泛运用于航空航天、深海装备、生物医疗和国防军事等领域。其中,选区激光熔化技术是目前使用最为广泛的增材制造技术,其可直接获得高尺寸精度、高致密度、高力学性能的金属成形件。但在成形过程中,熔池内部极大的温度梯度和冷却速率导致成形实体温度分布极不均匀,引起成形实体的膨胀或收缩,产生的过程中热应力影响微观组织演变,继而影响成形件质量。因此,揭示成形过程中成形实体热历程变化和微观组织演变对成形件质量有着重要意义。本研究选取Ti-6Al-4V合金作为研究对象。首先,利用移动高斯面热源并考虑材料热物理性能随温度变化的影响建立半无限大区域内多道单层直线往复扫描下温度场分布预测解析模型。通过温度历程提取,探究激光工艺参数对热历程变化的影响。其次,将温度场等效为外载荷施加在力学模型内并基于格林函数法建立点体载荷的热应力解析模型预测成形过程中由不均匀加热引起的热应力,根据模型预测值进行分析研究热应力分布规律。最后,通过试验法分析微观组织演变特点并建立晶粒演化模型。根据Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov（JMAK）理论,利用负指数方程预测的相变动力学建立加热过程中晶粒生长模型,通过推广的经典反应动力学方程建立冷却过程中晶粒细化模型。将晶粒尺寸预测值与试验值进行分析对比并利用晶粒演化模型研究不同激光工艺参数下晶粒尺寸变化。主要结论如下:在选区激光熔化成形钛合金过程中,激光功率和扫描速度对熔池冷却速率影响均呈现正相关。基板预热温度对热历程及熔池冷却速率变化影响不显著,但会影响峰值温度从而诱发相变。成形过程中,增大扫描速度,成形件内部的峰值应力会增大。在应力释放阶段,低速扫描状态下成形件内部会释放更多应力。当增大激光功率,其峰值应力同样会增大,高激光功率下其应力会得到更多释放。当激光功率为200W扫描速度为1000mm/s时,钛合金成形件微观组织中存在极少的残余β相,体积分数约占0.188%,成形件表面平均晶粒尺寸约2.2μm。当扫描间距由110μm调整至140μm时,成形件中残余β相体积分数约占0.388%,微观组织中的马氏体长度和宽度显著增大,长宽比显著大于扫描间距为110μm时。此外,采用棋盘式扫描,会获得更为均匀细小的马氏体且成形件的相组织均为α相。研究表明扫描速度对晶粒细化作用更为明显,平均晶粒尺寸随扫描速度增大而减小。