研究背景与问题

在当前航空、航天、医疗、电子等领域，轻量化和一体化制造成为提高产品性能、降低成本的关键需求。激光粉末床熔融成形（LPBF）技术作为一种新兴的增材制造技术，凭借其制造精度高、材料利用率高等优势，逐渐成为实现轻量化和一体化制造的重要途径。然而，LPBF成形过程中TC4钛合金的微观组织、缺陷以及疲劳与断裂韧度等性能问题，成为了制约该技术进一步发展的瓶颈。本文针对这些问题，系统地开展了研究。

研究方法

本研究采用激光粉末床熔融成形技术对TC4钛合金进行制备，通过优化工艺参数和热处理方式，对LPBF成形TC4钛合金的微观组织、缺陷以及疲劳与断裂韧度等性能进行系统研究。具体方法包括：采用光学显微镜、扫描电子显微镜等观察微观组织；采用能谱仪、X射线衍射等分析元素成分和晶体结构；采用疲劳试验机、冲击试验机等测试疲劳与断裂韧度。

核心结果

本研究发现，LPBF成形TC4钛合金的微观组织主要由α相和β相组成，且随着冷却速度的增大，β相的析出形态由针状转变为颗粒状。此外，LPBF成形TC4钛合金的疲劳性能与微观组织、热处理方式等因素密切相关。通过对工艺参数和热处理方式进行优化，LPBF成形TC4钛合金的疲劳性能得到了显著提高。同时，LPBF成形TC4钛合金的断裂韧度也随着热处理方式的优化而得到提升。

结论与意义

本文通过对LPBF成形TC4钛合金的微观组织、缺陷以及疲劳与断裂韧度等性能的研究，揭示了LPBF成形过程中TC4钛合金的性能影响因素及其机理。研究结果表明，通过优化工艺参数和热处理方式，可以有效改善LPBF成形TC4钛合金的微观组织、疲劳与断裂韧度等性能。这对于提高LPBF成形TC4钛合金的应用性能，推动该技术在航空、航天、医疗、电子等领域的应用具有重要意义。此外，本研究还为LPBF成形其他钛合金提供了参考依据，具有一定的理论意义和应用价值。