● 摘要
TB6（Ti-10V-2Fe-3Al）钛合金作为一种高可靠性、高结构效益和低制造成本的近β强韧钛合金，具有比强度高、断裂韧性好、淬透性好等优点，广泛用于飞机机身、机翼、架、梁、襟翼滑轨等结构件，在波音757客机、波音777客机、空客A-380客机等民用飞机，及超山猫直升机，歼八战斗机，B-1B轰炸机等军用飞机上得到装机应用。然而TB6钛合金由于强度较高、铸造过程中锻坯易发生Fe元素偏析及锻造工艺窗口比较窄，采用传统锻造+机械加工的工艺制造大型复杂零件存在难度大、材料利用率低、周期长、成本高等问题。
激光增材制造技术是一种变革性的数字化先进制造技术，相对于传统制造工艺，具有工序少、柔性高、用材少、周期短、成本低等优势。激光成形作为激光增材制造技术的一种，可以通过激光熔化合金粉末逐层沉积，由零件的CAD 模型直接一步完成高性能“近终形”复杂金属零件的快速成形制造。本文利用激光成形技术制造出了尺寸为300mm×300mm×35mm的TB6钛合金厚板状试样，在研究激光成形TB6钛合金沉积态组织及力学性能基础上，研究了热处理过程中的固态相变行为和热处理参数对合金组织和力学性能的影响，讨论了热处理工艺、固态相变、显微组织及力学性能之间的的关系，探索了三级热处理新工艺，结果表明：
1. 激光成形TB6钛合金宏观组织：搭接区为贯穿多层的大柱晶；非搭接区为交替分布的指节状小柱晶和等轴晶。显微组织：β基体中密集分布细小短棒状α相，其中α相长度约1-5μm，宽度约0.3-0.5μm。沉积态强度较低，塑性较好
2. 采用固溶时效处理时，激光成形TB6钛合金固态相变行为、组织特征和拉伸性能与热处理工艺有关。具体为：
a)相变点以下固溶淬火发生β→β亚稳转变，随后时效发生β亚稳→α+β转变，析出弥散次生α相。显微组织中初生α相为短棒状，次生α相呈无规则分布的弥散状。固溶温度升高，初生α相含量减少，次生α相含量增多，强度升高，塑性降低；时效温度升高和时间延长均导致次生α相粗化，强度降低，塑性升高。
b)相变点以上固溶淬火发生β→β亚稳+α″转变，随后如采用高温时效发生β亚稳→α+β和α″→α+β，α相弥散分布在β基体中；如采用低温时效发生α″→β→ω转变。高低温时效后显微组织均有马氏体特征，无粗大α相。强度相对相变点以下提高，塑性降低。
3. 采用双重退火处理时，由于采用空冷，主要发生α→β和β亚稳→α转变，组织和力学性能随双重退火工艺不同而变化：
a)第一级退火温度相变点以下，初生α相呈叉型形貌，针状次生α相按伯格斯取向关系分布。第二级温度升高，次生α相粗化，强度升高，塑性降低。
b)第一级退火温度相变点以上，无初生α相，β基体中为密集网状α相。相对于第一级温度相变点以下，强度和塑性明显提高。
4. 采用三级热处理得到一种特殊显微组织，其α相有三种形态：粗大的叉形αp相，短棒状次生αs1相，及弥散分布的αs2相。
5. 双重退火态合金在强度相当条件下相对于固溶时效态合金具有更好的塑性。这是由于双重退火态合金晶内和晶界强度差异较小、协调变形能力强，而固溶时效态合金晶内由于弥散分布的次生α相致使晶内强度远高于晶界强度，协调变形能力差。