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激光增材制造技术是通过CAD数据采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除-切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。作为一种典型的金属增材制造技术,凭借高效、高性能的优势,成为钛合金复杂零部件直接成形的重要手段,目前已成为激光加工技术中备受瞩目的技术,在飞机制造、重型机械等领域中均有广泛的应用。本文采用4kW光纤耦合半导体激光器对TC4钛合金进行了激光增材制造试验。主要研究了激光功率、扫描速度、送粉速度对沉积层表面形貌、熔高及熔宽的影响规律,在获得单道最佳工艺参数的基础上,通过改变搭接率进行多道试验,获得了表面良好、满足工艺要求的沉积层。采用最佳工艺参数,制备了拉伸试样,并对试样进行不同温度的正火处理,采用万能拉伸试验机对最佳工艺参数下的试样进行拉伸试验。通过金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)对沉积层的组织结构及相组成进行了分析,主要获得如下结论。试验结果表明,单道沉积时的最佳工艺参数为激光功率P=2200W、扫描速度Vs=800mm/min、粉盘转速Vp=0.9r/min,通过搭接试验确定搭接率为50%。对试样进行正火处理,试验结果表明,在960℃及以下正火温度的显微组织为网篮组织,且随着正火温度的升高,组织明显粗化,α相有序性降低;当正火温度为990℃时,显微组织为魏氏组织。随着正火温度的增加,XY方向和Z方向上的拉伸强度与屈服强度均呈现下降趋势,且XY方向拉伸强度明显高于Z方向的拉伸强度,但Z方向的塑性明显优于XY方向上的塑性。XY方向和Z方向上的微观断口形貌均布满韧窝,为延性断裂。在上述最佳工艺参数及正火处理(加热温度810℃、保温时间2h、空冷)条件下获得最佳力学性能为XY方向的拉伸强度921MPa、屈服强度917.3MPa、伸长率12.8%、断面收缩率27.5%,Z方向的拉伸强度906.1MPa、屈服强度900.2MPa、伸长率15.8%、断面收缩率49.3%。采用上述最佳工艺参数直接成形了尺寸为570mm×470mm×210 mm的大型TC4钛合金结构件,经正火处理后,显微组织为网篮组织、拉伸强度为904.17Mpa、屈服强度为900.13MPa、伸长率为12.5%、断面收缩率为42.5%。与锻件的国家标准值相比,激光增材制造TC4钛合金经正火处理后的综合性能明显优于锻件,满足了客户的实际需求。