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随着我国航空航天技术的飞速发展,关键结构件服役环境也越来越苛刻,因而对其几何形状和力学性能同时提出了更高的要求。激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术基于计算机辅助设计,通过逐层堆积的原理可实现复杂结构零件的整体成形,且成形零件力学性能优于铸件标准,该技术有望在航空航天领域得到广泛应用。Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V(TA15)合金作为一种近α型钛合金,兼具了α型钛合金的热强性和可焊性与α+β型钛合金的工艺塑性,具备在高温下使用的能力,可在500℃高温下长时间工作,并广泛应用于航空航天工业。基于此,本文主要开展了SLM成形TA15合金的工艺优化,探索了工艺参数对微观组织、力学性能的影响,通过热处理方式来调控微观组织、力学性能并对比分析了不同粉末成形技术对微观组织、力学性能的影响。主要研究工作和成果如下:探索了SLM成形TA15合金的工艺参数,研究了不同激光功率对成形件微观组织、力学性能的影响。结果表明微观组织均由针状α’马氏体组成,随着激光功率的增大会出现少量孔隙,力学性能呈现逐渐降低的趋势。优化后的工艺参数为:激光功率230 W、扫描速度675 mm/s、铺粉层厚0.03 mm。该工艺条件下成形的TA15制件室温拉伸抗拉强度高达1422.07 MPa、延伸率9.5%,500℃高温拉伸抗拉强度可达990.2 MPa、延伸率15.6%。研究了不同的热处理温度对SLM成形TA15合金的相组成、微观组织和力学性能的影响。经过650℃、750℃、850℃、950℃、1000℃和1100℃的热处理之后,SLM试样中的针状α’马氏体逐渐消失,转化为板条状α相和β相,且晶粒逐渐增大。随着热处理温度的升高,室温和500℃高温抗拉强度均逐渐降低。室温拉伸的延伸率先升高后降低,在750℃的热处理下表现出最高的延伸率;500℃高温拉伸的延伸率表现出逐渐升高的趋势,当温度达到1100℃时延伸率有略微下降。结合室温和500℃高温拉伸性能的结果,得到最优的热处理工艺为:750℃保温两小时随炉冷却,该工艺条件下试样的室温拉伸和500℃高温拉伸的延伸率分别比未热处理试样的延伸率提高了55%和13.6%。研究了SLM、放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)、热等静压(Hot Isostatic Pressing,HIP)和铸造(Casting)四种技术对成形TA15合金的相成分、微观组织和力学性能的影响。结果表明,SLM成形TA15试样由针状α’马氏体组成,而SPS、HIP和Casting技术成形的TA15试样主要由粗大的板条状α相和β相组成,且SPS、HIP和Casting技术成形试样的晶粒大小均是SLM成形试样的十余倍。SLM试样的室温抗拉强度分别比SPS、HIP和Casting试样提升了48.2%、67.9%和53.6%,同时具有相对良好的延伸率;在其使用温度(500℃)附近也具有优异的强度和延展性组合,其抗拉强度分别比SPS、HIP和Casting试样高出75.3%、84.4%和51.8%。