钛合金密度低、强度高、耐腐蚀，广泛应用于航空航天、生物医药等领域。而其中Ti6Al4V几乎占据了全球钛合金产品市场的一半。而定向能量沉积（DED）是一种基于同轴送粉的激光增材制造技术，能够逐层加工出近净形状的产品[3]，在Ti6Al4V合金产品的制造中具有很大的应用潜力。然而，激光增材制造的Ti6Al4V由于在凝固过程中形成了母相β柱状晶，其力学性能存在各向异性。为了改善微观组织，研究者们提出了许多方法，比如添加合金元素、调整定向能沉积的工艺参数、引入层间机械功、同步轧制、超声冲击等等，但都具有一定局限性。最近有一种很有前途的混合增材制造技术，集成了层间超声冲击强化(UIP)和定向能量沉积（DED），已被证实可用于生产Inconel 718零件。同时，原位UIP和热处理(固溶+时效)相结合可以显著促进再结晶细化，提高力学性能。这些方法都为改善各向异性提供了思路。在前人研究思路的基础上，本研究试图通过层间UIP和后续的热处理对定向能沉积Ti6Al4V合金的组织进行优化，从而降低力学性能的各向异性。论文思路如下：利用层间UIP产生塑性变形，破坏母相β柱状晶粒的外延生长；
为了获得球状α相，设计了热循环处理，通过α和β相之间的反复转变来控制初生α相的再结晶行为。
设计固溶+时效流程，使β相转变为α+β片层。
证明层间UIP与后续热处理相结合，可以有效提高定向能沉积Ti6Al4V合金伸长率和降低力学性能各向异性。
注意，本论文中，层间UIP处理的具体方法是每DED沉积4层就施加一次UIP，如此交替进行。
本论文使用了OM、SEM、TEM等手段表征微观组织。
我们先看一下只用DED沉积，没有施加层间UIP，也没有热处理的样品的微观组织，如下图图a、b、c。图a是垂直方向的截面金相，图b是水平方向的金相，可以明显看出来母相β晶粒是柱状晶，晶粒沿构建方向外延生长，穿透了多个沉积层。图c可见分布在母相β晶界处与晶粒内的细长α/α’界面。
上图中，图d、e和f是DED+热处理得到的组织，图d可以看见热处理后仍可见母相β柱状晶形貌，说明热处理不能改变凝固的柱状晶粒。但晶界处α相明显断裂粗化，晶内α相也变得粗短。而DED+UIP的组织见图g和h，UIP的塑性变形破坏了母相柱状晶生长，但仍有细长α/α’界面。经热处理后，α相的粗化程度比DED+热处理的还更高，纵横比更低。为了更清楚地观察微观组织，我们放到SEM下观察，如下图。DED和DED+UIP的组织分别为图a和c所示，可见垂直交错分布的针状α/α’马氏体，后者稍微细密些。而它们经过热处理后，分别如图b和d，得到了α+β组织，亮的是α相，暗的是β相。其中，DED+UIP+热处理样品（图d）的初生α相的比例和球化程度更高。为了观察位错等精细组织结构，使用TEM来进行进一步表征。下图中的图a-c对应DED样品，可以看到样品中的α/α’板条，选区电子衍射（SAED）符合α/α’相结构，板条中可见许多位错，板条间则为富V的β相。而DED+UIP样品为图d-f，与DED样品不同，α/α’板条之间几乎没有β相，板条宽度也较小，部分板条出现破裂。由于UIP引入了变形，使得DED+UIP样品中的位错、孪晶、剪切面更多，α球化所需的“热开槽”位点增多，“边界分裂”更明显，因此球化程度更高。另外，本研究也测量了UIP引入的压应力，这一点也对球化有利。最后不同样品的水平和垂直方向的力学性能测试表明，DED+UIP+热处理降低力学性能的各向异性，如下图。
定向能量沉积Ti6Al4V合金经层间UIP和热循环、固溶时效处理后，得到了由球状α相和细小α+β片层组成的双态组织。
层间UIP通过强化局部剪切增加亚晶界，促进了热循环过程中初级α相的球化，提高α相体积分数和球度，从而提高塑性。固溶+时效可形成细小的α+β片层，有利于提高强度。
层间UIP破坏了先前-β晶粒的外延生长，在热循环过程中晶界α/α’相由连续晶界变为间歇晶界，削弱了微观组织和力学性能的各向异性。YS、UTS和EL的各向异性分别为1.3%、0.5%和4.7%。
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