增材制造（3D打印）钛合金零件的热处理工艺对微观组织及疲劳性能的影响

摘要

增材制造钛合金零件因其复杂几何适应性与轻量化潜力，在航空航天及生物医疗领域应用日益广泛。然而，成形过程中的快速凝固与热循环导致非平衡微观组织形成，显著影响其疲劳服役性能。本研究系统考察不同热处理制度对激光粉末床熔融成形TC4钛合金试样微观组织演化与高周疲劳行为的影响。通过调控退火温度、保温时长及冷却路径，观察α+β两相区热处理对晶界α相分布、β相含量及片层结构尺度的调控规律；结合疲劳极限测试与断口形貌分析，揭示组织特征参数与裂纹萌生位置、扩展速率之间的内在关联。结果表明，适中温度的双重退火可协同优化强度-韧性匹配，并显著提升疲劳寿命；而过高温热处理虽促进β相溶解，却诱发粗大晶粒与弱化晶界，反而降低抗疲劳能力。研究为增材制造钛合金构件的热处理工艺定制化设计提供了实证依据。