知識片段：Ti175合金組織演變

標題：SLM成形Ti175合金組織演變機理與研究結論

知識類型：產品技術資料

SLM成形Ti175合金沉積態組織存在顯著區域異質性，核心源于熔池中心與邊緣的冷卻速度差異：熔池中心區域冷卻速率較慢，形成寬度2.0~5.7μm的粗大板條狀α'馬氏體；熔池邊緣與已凝固區域接觸，冷卻速率急劇升高，生成寬度0.6~1.8μm的細針狀α'馬氏體，且該區域晶粒取向雜亂，存在高密度位錯與殘余應力集中。相變分析表明，熔池內部α'相嚴格遵循Burgers取向關系，繼承母相β晶粒取向，而熔池邊緣部分區域偏離該取向關系，晶格畸變明顯，沉積態合金整體織構強度較弱，僅存在微弱絲織構。

經960℃×1h熱處理后，Ti175合金熔池不同區域呈現差異化組織演變規律：熔池邊緣區域因初始高密度位錯與殘余應力提供充足驅動力，優先發生靜態再結晶球化，形成尺寸不超過2.0μm的等軸α晶粒，晶粒內部最大取向差由8°降至3°左右，位錯密度大幅降低，殘余應力有效釋放；熔池內部初始位錯密度與殘余應力水平較低，無足夠再結晶驅動力，僅發生Ostwald熟化主導的板條粗化，板條α相厚度增至4.0~6.5μm，保留原始板條形態，晶粒內部取向差無明顯變化。

硬度測試結果印證組織演變規律，沉積態熔池邊緣細針狀α'馬氏體區域顯微硬度約370HV，高于熔池中心粗大板條狀α'區域（約350HV），源于細晶強化與位錯強化的協同作用；熱處理后組織均勻性提升，硬度梯度縮小，組織穩定性顯著增強。熔池邊緣晶粒靜態球化分為兩個核心階段：一是曲率驅動端部遷移，針狀α相沿曲率梯度擴散，降低表面能；二是殘余應力驅動亞晶界演化，小角度晶界通過位錯滑移與攀移逐步轉變為大角度晶界，實現晶粒等軸化，本質是通過位錯運動降低系統界面能，達到穩定低能組織狀態。

本研究最終得出三大核心結論：其一，SLM成形Ti175合金熔池中心與邊緣冷卻速率差異，導致組織呈現明顯異質性，邊緣區域的高密度位錯與殘余應力是后續再結晶球化的核心驅動力；其二，960℃熱處理可實現熔池邊緣區域晶粒靜態球化，中心區域僅發生板條粗化，殘余應力耦合高溫熱處理是實現無預變形球化的關鍵；其三，晶粒球化遵循曲率驅動擴散與殘余應力驅動亞晶界演化雙階段機制，該機理為SLM成形高溫鈦合金組織與性能的精準調控提供了核心理論依據，可有效解決強塑性不匹配難題，推動Ti175合金在航空航天熱端部件的增材制造工程應用。