Ti-6Al-4V是最常见的航空金属之一,广泛应用于航空航天、生物医学、海洋装备及汽车制造等工业领域。它是一种比较昂贵的合金,在传统的减法制造中,为了达到最终的零件几何形状,需将80%以上的原材料加工消耗,造成了极大的浪费。增材制造（Additive Manufacturing）通过三维模型直接逐层制造实体,这一工艺可以快速、精确地制造出形状复杂的零件,同时也可以解决传统制造方式中原材料的浪费问题。这些独特的优势使得这一技术的应用越来越广泛,但是3D打印的零件存在组织不均匀,综合力学性能不足等问题,这也严重限制了增材制造技术的未来发展。本文主要研究工艺参数、热处理（Heat Treatment）和超声表面滚压处理（Ultrasonic Surface Rolling Treatment）对选区激光熔化制造的Ti-6Al-4V合金显微组织、材料硬度、拉伸性能和抗疲劳裂纹扩展行为的影响。研究课题的目标是通过优化工艺参数,减少零件的孔隙与裂纹缺陷,提高零件的成型质量;通过优化后处理工艺,改善组织,细化晶粒,生成梯度结构的表面层,提升零件的力学性能。首先探索合适的设备加工参数,制造出成型质量良好的试样;然后研究不同的热处理温度、时间、冷却方式对材料的显微组织和力学性能的改善效果;最后结合超声表面滚压技术,进一步细化材料表面的晶粒,并制造梯度变形层,消除表面缺陷,从而提高材料表面力学性能。采用光学显微镜（Optical Microscope）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope）、透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope）等材料学分析方法研究了不同参数、不同工艺对TC4合金宏观成型形貌、微观显微组织的影响,并结合力学性能测试设备（维氏硬度计、纳米压痕仪、拉伸试验机、疲劳裂纹扩展设备）的测试结果,明确了组织与性能之间的内在联系。研究结果对生产高性能TC4合金增材制造零部件具有积极的指导意义。主要研究结果如下:（1）零件加工过程中裂纹的形成主要分为主裂纹萌生、裂纹扩展、次裂纹萌生、裂纹终止四个阶段。调整支撑设计、基板预热、扫描策略等加工工艺,可以降低工件成形过程中的残余应力,从而有效消除裂纹缺陷的产生。较低的激光能量密度会导致零件的致密性差,较高的能量密度会导致零件表面过度熔化,成型困难,也会导致零件内部产生较大的残余应力,从而发生开裂现象。优化激光功率、扫描速度、扫描间距等加工参数,可以改善零件内部的组织结构,从而有效降低零件的孔隙率。（2）选区激光熔化的TC4合金微观组织呈现为:与沉积方向平行的200-300μm的柱状β晶粒;宽度小于1μm相对于彼此以0°、30°、60°和90°的特定角度倾斜的细针状α’组织;聚集在马氏体板条边界的纳米级亚晶粒。样品的XRD图谱未显示β相峰,其各元素分布均匀,未发生明显的元素偏析现象。样品的维氏硬度数值在大于3k N的压力下趋于稳定,测试得出样品的维氏硬度为360HV（±10HV）,纳米硬度在445 HV-495 HV区间内,杨氏模量在120 Gpa-140Gpa范围内,屈服强度均值为1280MPa,极限抗拉强度均值为1430MPa,断裂应变均值为3.8%。同时发现,样品的疲劳裂纹扩展门槛值:ΔK0=3.5343 Mpa.m0.5,疲劳裂纹扩展速率:da/d N=6.9307×10-11（ΔK）2.8745。在恒幅2k N,加载频率10HZ,应力比0.1条件下,裂纹扩展长度为0.7a/w,应力循环次数均值为LC=138300。综合来看,与锻件相比,SLM零件表现出高强低塑的特性,抗裂纹萌生能力较强,但抗裂纹扩展性能不足。（3）在SLM热处理过程中,细小的针状α’组织对微观结构的演变具有显著的限制作用。当在不同温度下进行低转变点热处理时,观察到晶粒尺寸随温度升高而缓慢增加,α/α’板条尺寸与加热温度密切相关。仅当加热温度超过900°C时,α薄片宽度的增长才变得明显（大于4μm）。冷却速率没有显著影响热处理的SLM Ti-6Al-4V合金的机械性能。对于炉冷和空冷样品,在950°C/2 h/AC热处理后,可获得最佳的拉伸性能,该样品具有高的屈服强度（超过1 GPa）,高的极限抗压强度（约1.1 GPa）的和良好的延展性（约12.5%）。同时可以预见短时效热处理提高了材料的疲劳寿命,其应力循环次数LC=202755,比SLM试样高了46.6%。（4）设计的长时效热处理引起了α相和β相体积分数的振荡,与循环的缓慢冷却处理协同作用,使α相通过外延生长而球状化。由此产生的双态微观组织使延展性显著提高（断裂应变率为16%±0.6）,同时保持了高强度（屈服强度为908±10MPa）,同时使零件的疲劳裂纹扩展性能也明显增强(门槛值ΔK0=8.5632Mpa.m0.5,应力循环次数LC=335614)。（5）超声滚压能够细化SLM成型的TC4零件的表面组织,随着滚压力与滚压次数的增加,材料的变形层逐渐增厚（从200μm到540μm）,表面维氏硬度逐渐增加（最高比SLM试样高了173%）。材料的屈服强度也从1270 MPa增加到了1510 MPa（与未处理的样品相比,增加了18.90%）,同时提高了材料的抗疲劳裂纹扩展性能(门槛值ΔK0=7.7526 Mpa.m0.5,应力循环次数LC=284898),但是也带来了塑性的下降（仅为SLM样品的72.36%）。（6）超声表面滚压处理对热处理后的SLM Ti-6Al-4V合金的拉伸强度和极限屈服强度影响有限,同时导致了延伸率的下降。值得注意的是950℃/2h/AC HTed+USRPed试样的屈服强度和延伸率均达到了锻造合金的相应水平,同时试样的抗疲劳裂纹扩展能力也优于锻造合金。从实验数据可以发现,HT和USRP可以提高材料的疲劳寿命,HT+USRP工艺甚至可以使材料的疲劳寿命超过锻造合金的相应水平。