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TC4合金(Ti-6Al-4V)是一种中等强度的α+β型双相钛合金,以其优异的综合性能,被广泛应用于航空航天等领域,而采用传统方法进行TC4合金的加工成形,具有成本高、周期长,技术难度大等缺点。采用高能束快速成形技术可以实现金属零件的近净成形,为钛合金零件的加工成形提供了一种高效、快捷的新途径。本文通过开展同步送粉激光直接沉积成形(Direct Laser Fabrication, DLF) TC4合金和电子束熔丝沉积成形(Electron Beam Freeform Fabrication, EBF) TC4合金的实验研究,揭示了高能束快速TC4合金的组织形成及演变规律。通过开展电子束熔丝沉积成形TC4合金的热处理和搅拌摩擦加工(Friction stir processing, FSP)实验,探索改善EBF成形TC4合金组织,提高材料综合力学性能的途径。得出的结论如下：1.采用两种高能束快速成形技术成形的TC4合金件,均由沿沉积高度方向且穿过多个沉积层生长的粗大柱状晶构成。柱状晶的生长方向受热流影响较大,出现了偏离竖直方向的现象。基体材料对DLF成形TC4合金的晶体生长存在一定影响,但影响范围较小,仅在靠近基板的最初的1-2个沉积层。由于在成形过程中存在高能束的热循环作用,沿成形件的沉积高度方向,周期性的出现明、暗区,并且两个区域的均由网篮组织构成,仅在片层厚度上存在差异。明区组织是由暗区的网篮组织受热而造成α片层粗化转变而成；明、暗过渡区的组织具有魏氏组织特征,该区域是合金由β相区缓慢冷却而形成的,而较慢的冷却速度是由热循环造成的。DLF成形的TC4合金硬度为335-370HV,抗拉强度935MPa,屈服强度860MPa,伸长率6.5%,达到美国Ti6Al4V激光成形标准(AMS499A),强度达到锻件标准(ASTM B381-05),但塑性略低于该标准。EBF成形的TC4合金硬度为310-352HV,抗拉强度为845MPa,屈服强度为770MPa,伸长率为6.9%,塑性达到了激光成形标准(AMS499A),但强度略低于该标准。2.EBF成形TC4合金经退火处理后,组织有粗化现象,力学性能变化不明显,强度略有提高,塑性略微降低；经固溶处理后,合金的强度显著提高,但塑性均出现了不同程度的下降现象。在960℃/1h WC+520℃/6h AC合金中α片层出现了断裂和球化现象,使合金强度升高的同时塑性降低较少,合金的抗拉强度为925MPa,屈服强度835MPa,伸长率5.0%。3.经FSP加工后,EBF成形的TC4合金组织显著细化,合金强度显著提高,超过锻件标准(ASTM B381-05),但塑性降低明显；通过改变加工参数可以控制FSP加工区内的热输入量,进而控制FSP加工区内显微组织的形成。在100/25和150/50加工参数下,FSP加工区的热输入量较小,温度低于β转变温度,FSP加工区内的合金主要发生了动态回复和动态再结晶,FSP加工区由细小的等轴α晶粒组成;在200/75加工参数下,FSP加工去热输入量近一步升高,温度达到β转变温度附近,p晶粒迅速长大,冷却后FSP加工区合金由片层状α+β组织和等轴α晶粒。在300/100加工参数下,FSP加工区的热输入量最高,温度高于p转变温度,发生了α相向β相的转变,β晶粒迅速长大,冷却后FSP加工区合金转变为片层状α+β组织。