中文摘要：

电子束快速成形是高性能复杂TiAl基合金构件近净成形的技术前沿和未来发展方向，在航空航天、汽车等领域有巨大的潜在应用。而成形过程应力变形、开裂及残余应力等问题是阻碍该技术实用化的关键。本项目致力于复杂TiAl构件电子束快速成形应力松弛机理研究，探索应力释放的新方法，解决变形、开裂、残余应力水平高的问题，为高性能复杂TiAl基合金电子束成形及应用奠定坚实的理论基础。本项目拟采用弯曲应力松弛试验，研究塑性变形时应力、应变、温度、应变速率的关系，结合热弹塑性有限元理论，考虑应力松弛影响，建立电子束快速成形及伴随退火热处理温度/应力场耦合模型。在对简单试件充分验证基础上，展开复杂TiAl合金构件电子束快速成形应力松弛模拟研究，分析伴随退火热处理工艺对应力变形及残余应力影响，揭示复杂TiAl合金构件电子束快速成形应力松弛机理，为高性能复杂TiAl合金构件电子束快速成形提供理论指导。

结论摘要：

TiAl 基合金被公认是发动机叶片、涡轮盘等高温重要构件的理想材料，具有广阔的应用前景。目前采用常规工艺难于实现复杂TiAl 基合金构件的高性能精确成形，而电子束快速成形技术采用电子束选区熔化金属粉末，通过逐层堆积实现三维实体零件制造，具有快速、无模具、近净成形的优点，是高性能复杂TiAl 基合金构件近净成形的技术前沿和未来发展方向。 本项目针对复杂7Nb-TiAl合金构件电子束成形，主要开展应力松弛机理及组织调控研究，探索应力释放及循环热处理组织细化的新方法，解决复杂构件成形变形、开裂、残余应力水平高的问题，并进一步提高力学性能。取得重要结果如下 1. 7Nb-TiAl合金电子束快速成形应力松弛主要与成形温度密切相关，根据不同成形温度应力松弛机制有所区别900℃以下位错运动控制机制占主导，900℃~1000℃位错运动和扩散相结合机制占主导，1000℃以上回复及再结晶阶段机制占主导。在1050℃成形，通过回复及再结晶使应力得到充分松驰，残余应力小于100MPa； 2.发展了随形退火处理成形工艺方法，通过在成形过程中释放热应力，防止应力累积，实现复杂TiAl 叶片的电子束快速成形，变形控制在±0.3mm以内； 3. 7Nb-TiAl合金电子束快速成形组织与快速凝固及循环热处理固态相变密切相关。高Nb-TiAl合金快速冷却发生b凝固，连续冷却得到细小α相。在后续在α+γ相区进行多次快速循环热处理，从a相得到细小的α2+γ交截团簇TiAl基合金组织为细小团簇全片层(FL)组织，其形态具有锯齿状晶界、高度交截，团簇平均50μm； 4.发展了电子束成形组织调控方法，通过在成形过程中进行b凝固及循环热处理，得到50μm细小的α2+γ交截团簇TiAl基合金组织，力学性能得到提高，强度达到560MPa。 熔化-堆积成形不可避免的存在应力应变及组织演化，电子束快速成形应力松弛及组织调控研究具有较高的科学价值。通过以上研究掌握伴随退火及循环相变技术，对TiAl 基合金及TiSi、MoSi等其它高温脆性材料的工程应用具有现实意义。