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TC4钛合金目前在航空航天、汽车、生物医疗等领域受到重点关注,对于形状复杂的结构件,当前主要通过锻造/铸造+机加工及粉末冶金的方式获得,造成合金利用率低、生产成本高、周期长。采用激光立体成形技术制备TC4合金正符合对航空航天飞机零部件设计中效率高、周期短、柔性化、性能好的要求。然而,激光立体成形TC4钛合金由于其快速凝固,原始β晶粒内部细长针状α分布特点,造成其呈现高强低塑的特点。要使得激光立体成形TC4钛合金零件能在航空航天领域大范围内使用,研究的重点在于如何通过调控其微观组织来改善合金强度高、塑性低的特点,基于此,本文通过在低Al、V含量TC4中添加纯Ti的方式,微调合金中Al、V含量,设计出Ti-5.6Al-3.8V、Ti-5.3Al-3.6V、Ti-5.0Al-3.4V三种钛合金,研究其组织的变化规律及材料的常规室温性能,在此基础上优化合金成分,并针对优化后的激光立体成形Ti-5.6Al-3.8V和Ti-5.3Al-3.6V合金进行亚临界退火加固溶时效处理,研究热处理后晶粒及相的演化规律及其对材料硬度、强度性能的影响,为实现强度高、塑性好的近TC4合金零部件的制备奠定理论基础。取得的主要研究成果如下:1.Ti-5.6Al-3.8V、Ti-5.3Al-3.6V、Ti-5.0Al-3.4V钛合金柱状晶均垂直于扫描方向生长,晶粒平均宽度约600~700μm。随着Al、V含量的等梯度递减,不同成分钛合金晶粒的平均宽度变化很小。沉积材料由Ti-5.6Al-3.8V转变为Ti-5.3Al-3.6V时,β晶内α板条的平均宽度几乎不变;但Al含量再次降低至5.0wt%、V降低至3.4wt%时,α板条尺寸变化较大,由平均约0.91μm增加至平均1.26μm,表明激光立体成形三种钛合金原始β晶内α相尺度变化并非随Al、V含量的递减而线性变化。2.相同工艺参数下,随着Al、V含量的等梯度递减,三种钛合金的硬度在减小;屈服强度和抗拉强度在下降,延伸率在显著增加(从平均约9.9%增加至14.0%),可见其拉伸性能随Al、V含量的递减呈非线性变化;在该工艺参数下激光立体成形Ti-5.6Al-3.8V和Ti-5.3Al-3.6V钛合金的室温拉伸性能达到锻件标准,用于后续的热处理研究。3.选择优化后的激光立体成形Ti-5.6Al-3.8V和Ti-5.3Al-3.6V钛合金进行亚临界退火加固溶时效处理,热处理后柱状晶尺度未发生明显变化;但晶粒内部α板条的平均宽度、平均长宽比发生显著改变,α板条的平均宽度由0.9μm明显增加至约5μm,长宽比由9显著减小至约4.5,但α相体积分数热处理前后几乎不变。4.两种钛合金热处理后硬度减小;强度略有降低(仅约25MPa);延伸率显著增加(从沉积态的10%~11%增加至12%~17%)。结果表明激光立体成形低Al、V含量的TC4和近TC4钛合金热处理后,在不牺牲合金材料强度的同时能提高钛合金的塑性。