以TC4钛合金球形粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备TC4钛合金拉伸试样厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法对比研究沉积态、退火态及固溶时效态试样的显微组织及力学性能,并对固溶时效后特殊β转变组织的形成机制进行了讨论。结果表明:去应力退火处理对钛合金的组织与性能影响不大;经两相区固溶时效处理后,初生α相体积分数大幅度下降,部分初生α相呈颗粒状;固溶处理后会生成细针状的马氏体α’相,针状α’相间的β相呈连续状薄层,后续的时效处理则使β相进一步分解成非连续的散点状,与组织中次生α相组成特殊的β转变组织;由于固溶时效态试样组织中存在较多细小相造成位错塞积使强度明显提高,塑性大幅下降;固溶时效处理后试样显微硬度明显升高;沉积态与两种退火态试样断口表面都存在大而深的韧窝,为延性断裂,固溶时效态断口表面存在较小韧窝和撕裂棱,为半解理半延性断裂。