知识片段：Ti175合金组织演变

标题：SLM成形Ti175合金组织演变机理与研究结论

知识类型：产品技术资料

SLM成形Ti175合金沉积态组织存在显著区域异质性，核心源于熔池中心与边缘的冷却速度差异：熔池中心区域冷却速率较慢，形成宽度2.0~5.7μm的粗大板条状α'马氏体；熔池边缘与已凝固区域接触，冷却速率急剧升高，生成宽度0.6~1.8μm的细针状α'马氏体，且该区域晶粒取向杂乱，存在高密度位错与残余应力集中。相变分析表明，熔池内部α'相严格遵循Burgers取向关系，继承母相β晶粒取向，而熔池边缘部分区域偏离该取向关系，晶格畸变明显，沉积态合金整体织构强度较弱，仅存在微弱丝织构。

经960℃×1h热处理后，Ti175合金熔池不同区域呈现差异化组织演变规律：熔池边缘区域因初始高密度位错与残余应力提供充足驱动力，优先发生静态再结晶球化，形成尺寸不超过2.0μm的等轴α晶粒，晶粒内部最大取向差由8°降至3°左右，位错密度大幅降低，残余应力有效释放；熔池内部初始位错密度与残余应力水平较低，无足够再结晶驱动力，仅发生Ostwald熟化主导的板条粗化，板条α相厚度增至4.0~6.5μm，保留原始板条形态，晶粒内部取向差无明显变化。

硬度测试结果印证组织演变规律，沉积态熔池边缘细针状α'马氏体区域显微硬度约370HV，高于熔池中心粗大板条状α'区域（约350HV），源于细晶强化与位错强化的协同作用；热处理后组织均匀性提升，硬度梯度缩小，组织稳定性显著增强。熔池边缘晶粒静态球化分为两个核心阶段：一是曲率驱动端部迁移，针状α相沿曲率梯度扩散，降低表面能；二是残余应力驱动亚晶界演化，小角度晶界通过位错滑移与攀移逐步转变为大角度晶界，实现晶粒等轴化，本质是通过位错运动降低系统界面能，达到稳定低能组织状态。

本研究最终得出三大核心结论：其一，SLM成形Ti175合金熔池中心与边缘冷却速率差异，导致组织呈现明显异质性，边缘区域的高密度位错与残余应力是后续再结晶球化的核心驱动力；其二，960℃热处理可实现熔池边缘区域晶粒静态球化，中心区域仅发生板条粗化，残余应力耦合高温热处理是实现无预变形球化的关键；其三，晶粒球化遵循曲率驱动扩散与残余应力驱动亚晶界演化双阶段机制，该机理为SLM成形高温钛合金组织与性能的精准调控提供了核心理论依据，可有效解决强塑性不匹配难题，推动Ti175合金在航空航天热端部件的增材制造工程应用。