随着航空结构设计理念的转变,先进钛合金已逐渐向具有优异综合力学性能的损伤容限型钛合金方向发展。TC4-DT是我国自主研发的中强高韧损伤容限型钛合金,作为主承力构件已在先进航空航天领域得到广泛应用。激光立体成形技术由于能够实现高性能复杂形状零部件快速、近净成形而在材料加工领域展现出独特优势,近年来得到迅猛发展。然而,激光立体成形TC4-DT钛合金由于晶内亚结构尺寸细小、编织混乱,导致其强度高而塑性低,尤其是和损伤容限性能直接相关的裂纹扩展速率亟待改善。基于此,本文开展了激光立体成形TC4-DT钛合金晶内亚结构调控方法研究,揭示了不同亚结构特征组织在拉伸以及裂纹扩展过程中的强韧化机理,以期为实现高强韧化激光立体成形TC4-DT钛合金构件的制造奠定材料科学基础。主要研究内容及结论如下:(1)研究了两种典型工艺参数制备激光立体成形TC4-DT钛合金时晶内亚结构特征。结果表明,与CO2激光沉积相比,半导体激光沉积可以获得具有面心立方结构的α/β界面相,从而同时提高激光立体成形TC4-DT钛合金的拉伸强度以及塑性。界面相的形成主要是由于快速冷却过程中,钒在α/p界面前沿偏析形成钒原子富集层,从而在化学驱动力的作用下促进了 α/β界面相的形成。拉伸过程中α/β界面相可显著阻碍位错的运动,减小位错有效滑移距离。同时,α/β界面相中形成变形孪晶,通过“孪生诱发塑性”效应改善塑性。(2)研究了不同沉积策略下(沉积区横截面积)激光立体成形TC4-DT钛合金晶内亚结构特征。大尺寸沉积条件下由于具有良好的散热行为,沉积试样内部冷却速率较快,从而得到细密网篮组织。而小尺寸沉积过程中,由于显著的热积累,β晶粒内部形成了具有强烈变体选择倾向的粗大集束魏氏组织。晶界魏氏α集束以界面失稳生长机制向晶内生长,且生长的α集束与其形核基底晶界α之间保持着相同的取向关系。(3)研究了三重后热处理对激光立体成形TC4-DT钛合金晶内亚结构特征的影响。获得了由等轴α、超细次生α片层和残余β相组成的晶内显微组织。与沉积态组织相比,在强度略微降低的情况下(～20-30MPa),显著改善了拉伸塑性(延伸率提升到25.1%)。激光立体成形过程中局部的快冷快热诱导了 α片层内部形成位错网络。在亚临界退火过程中,位错亚晶和末端物质迁移机制共同导致了激光立体成形TC4-DT钛合金板条组织球化。拉伸过程中,等轴α相中形成的低位错密度通道结构及发达剪切带,是其获得超高塑性的主要原因。(4)建立了激光立体成形TC4/TC4-DT钛合金晶内亚结构选择图谱,图谱预测显微组织与实测显微组织特征基本一致。在较低的能量密度以及较大的沉积尺寸下,试样内部形成针状α’马氏体。随着能量密度的升高或沉积试样尺寸的减小,晶内亚结构逐渐过渡到网篮组织→粗大集束魏氏组织。(5)基于晶内亚结构选择图谱,选择合适的激光工艺策略,实现了全集束魏氏组织试样制备,从而显著提高了激光立体成形TC4-DT钛合金的裂纹扩展抗力。与典型工艺策略下网篮组织相比,集束魏氏组织在Pairs区存在明显的拐点,在拐点前(Pairs-I区),da/dNⅠ=1.78E-14·(△K)7.01253,拐点后(Pairs-Ⅱ 区)da/dNⅡ=1.54E-7·(△k)3.240767。(6)揭示了不同晶内亚结构特征组织在拉伸以及裂纹扩展过程中的损伤断裂机理。明晰了影响激光立体成形TC4-DT钛合金力学性能的主要显微组织参数,建立了显微组织-屈服强度定量预测模型。对于网篮组织,对拉伸性能以及裂纹扩展速率起支配作用的主要显微组织参数是晶内α片层厚度。对于集束魏氏组织,对拉伸力学性能起主要贡献的是α集束尺寸;对裂纹扩展速率而言,在Pairs-I区,α片层厚度以及α集束尺寸均对裂纹扩展路径具有显著的影响,而在Pairs-II区,裂纹扩展路径对α片层不敏感,控制裂纹扩展的主要显微组织因素是α集束。