电子束增材制造技术目前成为社会关注新型智能制造方向,对于众多结构复杂、工艺繁琐的结构件生产制造相比其他方法拥有极大优势。深入了解电子束熔丝制造过程中的熔池内熔液流动与温度变化规律,可以进一步探索结构件凝固过程中微观组织的形成机理,预测不同工艺参数下对组织影响,为后续构件改进和工艺优化打下良好基础。本文选用数值仿真的方法对电子束增材制造过程中基板与熔池温度场、流场和熔池边界组织生长进程进行研究,为理解电子束熔丝制造过程和进一步优化工艺提供的理论支撑。本文主要内容如下:采用旋转体高斯热源模型及有限元法对于电子束熔丝增材制造过程中温度场和流场变化进行模拟研究。首先建立电子束熔丝制造过程物理数学模型,然后进一步将建立的模型部分参数转化为可直接带入工艺参数的变量,研究了不同工艺参数（束流密度和送丝速度）下熔丝过程中温度场、流场等宏观尺度下物理场的变化规律。发现束流密度越大、送丝速度越快,则熔池最高温度越高,最高可达3162K,而且熔池形貌尺寸也随之增大。制造过程中,熔池内部温度梯度会随着节点位置而发生改变。在流场分析中发现制造过程中出现涡流状况,涡流强度随着打印进程不断增加,强涡流区域中心位于打印前沿方向范围内,并且涡流中心高度保持不变。同时研究不同工艺参数影响实验,了解打印过程中流场和温度场的变化与工艺参数内禀关系。根据Ginzburg-Laudau方程变分形式对电子束增材制造过程的熔池边界处微观晶体生长演化深入研究。首先建立微观组织生长相场三个基本控制方程,然后利用宏观温度场计算得到熔池边界位置温度梯度散度,设定为稳态熔液,将计算结果代入建立模型中进行模拟分析,进而了解和探究初生晶体生长和演变的规律,同时选取不同边界,讨论了不同界面下晶体凝固形貌随时间的变化情况。模拟结果表明随着凝固过程的推进,胞状晶和柱状晶竞向生长,柱状晶在取得前沿熔液区域后,沿相熔池中心区域生长,同时生成枝晶臂,若生长遇到阻碍,枝晶臂将会与胞状晶或者其他枝晶臂融合,形成微小熔池为第二相形成提供溶质。对比分析实验结果和模拟结果,从相邻位点内晶体初始形核和紧跟的竞向生长的角度出发,分析电子束熔丝熔池边界处凝固组织生长过程中的竞向生长现象;同时基于模拟结果和实验分析,揭示了晶体竞向生长机理,基本解释熔池内凝固过程中竞向生长的微观组织演变过程。推测晶粒竞争生长机理为胞状-柱状晶在初始同向邻位生长,在凝固前沿存在较大温度梯度和Nb富集,柱状晶转变过程中,枝晶晶粒生成枝晶臂横向生长,或者朝向熔池中心方向生长,并阻碍相邻胞状晶生长,形成底部胞状晶区,中部形成较为明显的柱状晶。