研究了激光熔化沉积硼变质TC4钛合金材料在不同应变幅值下的低周疲劳性能。结果表明,激光熔化沉积硼变质TC4样件在0.8%~1.0%应变幅值下的低周疲劳性能与退火态锻件相当。通过对比分析固溶时效态激光熔化沉积硼变质TC4与退火态TC4锻件的微观组织、低周疲劳性能可以发现,当经受高于1.0%的应变幅值时,固溶时效态激光熔化沉积硼变质TC4的网篮组织比TC4退火态锻件的双态组织具有更好的抵抗裂纹扩展的能力。此外,固溶时效态激光熔化沉积硼变质TC4钛合金在各种应变幅值下均发生了不同程度的循环软化行为。最后采用扫描电镜对固溶时效态激光熔化沉积硼变质TC4钛合金的低周疲劳断口形貌进行了观察,并研究了低周疲劳失效过程中裂纹的扩展过程。

在TC4粉中加入不同含量的硼粉进行激光增材制造试验,研究了硼对激光增材制造TC4钛合金微观组织及力学性能的影响。结果表明:添加微量硼可以有效细化原始柱状晶和晶内的板条α相;当硼的质量分数为0.05%时,原始β柱状晶的生长被限制,柱状晶的宽度明显减小;当硼的质量分数为0.1%时,原始柱状晶大量转变为等轴晶,晶内板条α集束的尺寸减小;对比没有添加硼的激光增材制造TC4,TC4-0.05B的塑性明显提高,但强度的变化不明显;沉积态和固溶时效态TC4-0.05B力学性能的各向异性都较小。

针对激光熔覆沉积TC4钛合金力学性能较低,不能达到锻件标准且力学性能各向异性较大的问题,通过机械搅拌预制不同硼含量的TC4粉体,使用预制粉体进行激光熔覆沉积实验,以达到调控微观组织、提高综合力学性能的目的。结果表明:当硼质量分数为0.050%时,沉积态TC4钛合金的力学性能均超过锻件标准,屈服强度和抗拉强度分别为1049 MPa和1136 MPa,延伸率和断面收缩率分别达到11.50%和33.5%,但塑性各向异性高达30%以上;经过950 ℃×1 h/空冷+500 ℃×4 h/空冷固溶时效热处理后,综合力学性能进一步提高,在保证强度的同时,延伸率和断面收缩率分别达到16.70%和37.3%,且各向异性小于5%。