采用激光选区熔化成形了Inconel 625合金试样，研究了激光功率和扫描速度对合金孔隙的影响，制备了存在大尺寸圆形孔隙缺陷（key-hole模式下）、小尺寸圆形孔隙缺陷（conduction模式下）和不规则孔隙缺陷的拉伸试样，通过815 ℃高温拉伸试验探讨了孔隙类型对合金抗拉强度及塑性的影响。结果表明：孔隙类型对合金815 ℃高温抗拉强度及塑性有较大影响。其中，不规则孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为374 MPa，塑性为5%；大尺寸圆形孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为364 MPa，塑性为31%；小尺寸圆形孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为363 MPa，塑性为37%。当不规则孔隙向小尺寸圆形孔隙转变时，高温抗拉强度约降低3%；当大尺寸圆形孔隙向小尺寸圆形孔隙转变时，高温塑性约提升19%。在各类815 ℃高温拉伸试样断口纵截面中均发现了大量的沿晶界扩展的高温失塑裂纹，这是合金失塑的主要原因。孔隙缺陷处的位错塞积造成较大的应力集中，阻挡了位错滑移和合金的塑性变形，使合金更易发生断裂。

通过激光立体成形得到了Inconel 718合金沉积态和固溶态试样,研究了时效温度及时效时间对δ相尺寸、形貌和体积分数的影响。结果表明,沉积态试样δ时效处理时,δ相首先在枝晶间的Laves相周围以短针状的形态析出,不形成长针状的穿晶δ相;固溶态试样δ时效处理时,在890 ℃下长时间时效处理可形成穿晶的δ相,而950 ℃下时效处理时δ相只在晶界处以短棒状析出。固溶态试样δ相析出的孕育期延长,且时效结束后形成的δ相体积分数较小。沉积态和固溶态试样中δ相的析出表观激活能分别为1917 kJ·mol ^-1和1867 kJ·mol ^-1。

2060铝锂合金是新一代铝锂合金中具有更低密度及更高强度的典型代表。利用高功率光纤激光填充ER2319焊丝对2060铝锂合金进行了对接试验, 借助光学显微镜、扫描电镜、显微硬度测试、拉伸性能测试等手段研究了焊缝形貌和组织特征及焊缝的力学性能等。研究结果表明, 焊接稳定性在一定程度上影响焊缝的宏观成形, 在合理的焊接工艺下, 焊接功率P＝3 kW与填丝速度w＝3 m/min保持不变, 随着焊接速度的增加, 焊缝整体的晶粒尺寸呈现变小的趋势, 枝晶臂由繁多变得简单, 等轴枝晶的二次枝晶逐渐减少甚至消失; 焊缝的平均硬度达到95.7 HV, 抗拉强度达到了345 MPa,分别为母材2060合金的63.0%和65.1%; 焊缝的熔合线附近区域是接头的最薄弱环节, 拉伸断裂沿熔合线从焊缝的下部向上扩展, 断口表现为沿晶界的韧脆混合断裂, 焊缝下部的韧性优于焊缝的上部。

高Al＋Ti镍基高温合金由于具有良好的高温强度及耐腐蚀性能而被广泛应用于航空发动机的热端零部件, 然其服役环境恶劣, 在长期使用过程中极易发生损伤。激光增材修复技术因其可以实现对损伤构件复杂几何形状和力学性能的高效恢复, 已逐渐成为航空航天及民用燃机发动机热端部件修复的一条重要技术途径。不过, Al＋Ti含量高也意味着合金在激光作用过程中具有较高的开裂敏感性, 易于导致修复失效。系统地介绍了国内外具有代表性的激光增材制造/修复高Al＋Ti镍基高温合金过程中液化开裂的最新研究进展, 指出其目前存在的问题和今后主要的研究方向。

通过改变试样在热处理过程中的升温速率，研究了升温速率对激光立体成形（LSF）GH4169合金再结晶过程的影响，分析了升温速率对再结晶形核位置、再结晶晶粒长大速率和再结晶晶粒分布的影响。结果表明要使得试样发生再结晶则升温速率必须高于某一临界值，升温速率过低造成的材料内部残余应力消失会阻碍再结晶的发生；随升温速率的增加，再结晶形核位置从道间搭接区域逐渐转变为道间搭接区域和道内同时形核，有利于道间搭接区和道内再结晶晶粒尺寸差异的消除；在实验参数范围内，晶粒细化的速率随着升温速率的提高而增大。

为改善激光立体成形GH4169镍基高温合金的组织和力学性能,将旋转磁场引入到激光立体成形系统中,进行了不同磁场强度下GH4169镍基高温合金的激光立体成形,分析了电磁场对沉积态试样显微组织和硬度的影响。结果表明: 电磁搅拌激光立体成形GH4169合金仍具有外延连续生长粗大柱状晶特征,组织致密,无冶金缺陷;在一定范围内,随着磁场强度的增加,沉积态组织中枝晶间共晶Laves 相呈减少趋势,且其相形貌由不规则蠕虫状变为颗粒状;枝晶间合金元素微观偏析程度也逐渐减弱。显微硬度测试结果显示随着磁场强度的增加材料硬度有所提高。以上分析表明,电磁搅拌引起的激光立体成形熔池中液态金属的强烈对流对材料显微组织有影响。

由于TiNi合金与钛合金的物理和化学性能差异较大，故其焊接性较差，焊缝区易形成大量的金属间化合物并产生裂纹。为实现上述材料的良好连接、提高接头性能，本文对采用激光焊连接0.2 mm厚TiNi形状记忆合金和TC4钛合金异种材料进行了探索。分别采用直接对接焊和手工填丝焊的方法，研究了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明，直接对接焊时焊缝中心产生了纵向裂纹；手工填丝焊则通过合适的焊接工艺，改善了焊缝成形，避免了裂纹的产生。较优的焊接工艺参数为功率百分比18%、脉冲宽度3 ms、脉冲频率3 Hz；在界面区，Ni与TC4形成的过渡层宽度约为2 μm，Ni与TiNi形成的过渡层宽度约为0.5 μm。接头最大抗拉强度为332 MPa，断裂位置发生在靠近TiNi侧的熔合线附近。

激光立体成形GH4169合金具有晶粒粗大且分布不均匀和孪晶界体积分数大等特点，在很大程度上影响了合金疲劳性能。采用热等静压处理对激光立体成形GH4169合金沉积态试块进行后续处理，并结合后续热处理，进一步提高材料的致密度和再结晶晶粒尺寸分布均匀性。结果显示，热等静压处理后合金的再结晶晶粒尺寸由50~500 μm变为100~200 μm，平均尺寸减小且分布更均匀，晶粒圆整度提高；合金中界面结构发生改变，特殊界面〈111〉60°孪晶界的数量明显减少；热等静压处理后激光立体成形GH4169合金的疲劳性能较未经热等静压处理试样有较大幅度提高，但仍低于锻件标准。

以纯镍丝为填充材料，采用精密脉冲激光实现了厚度为0.2 mm的TiNi形状记忆合金/不锈钢异种材料的焊接，研究了熔化区（焊缝和熔合区）的组织形貌和微观结构。结果表明，焊缝中心晶粒呈外延连续生长的特征。连续生长的枝晶可以跨越3~5个脉冲激光形成的鱼鳞纹，长度可以达到约200 μm。焊缝与两侧母材的熔合区呈现完全不同的形貌，在不锈钢母材与焊缝的接合界面，枝晶沿着不锈钢母材的熔合线生长，在枝晶间有二次晶轴；在TiNi合金与焊缝的熔合区，有一层宽度约为5 μm的过渡层将焊缝与母材隔开。

针对单道多层的直薄件激光立体成形过程，建立了基板预变形和无预变形条件下的3D参数化有限元模型，进行了应力和变形的瞬时热弹塑性有限元模拟分析。模拟结果表明，基板预变形处理影响成形件应力和变形的分布与大小，并可减轻基板的翘曲变形。预变形下基板下表面具有初始拉应力点的残余应力值比无预变形要小，基板与熔覆层接触的界面中间位置残余应力也小于无预变形的情况，直薄壁件最大残余压应力所在位置也发生变化。在两模型中，熔覆层两侧边缘位置变形严重，而中间位置变形较小。熔覆层首层的沉积对基板变形量影响最大，后续熔覆层的沉积对基板变形量影响程度逐渐减小并最终趋于稳定。成形前对基板进行适当的预变形处理可以有效控制成形件变形和改善应力分布。