采用激光修复技术和GH4169合金粉末，在GH738合金基材试块上制备激光成形修复件，对其进行固溶+双时效热处理。对试块进行了高温持久和高温低周疲劳性能试验，观察试样断口形貌并分析断裂机理。结果表明：激光修复GH4169/GH738合金的组织结合处冶金质量良好，呈现向外连续生长的柱状晶组织；在650 ℃、690 MPa下进行持久试验，修复试样晶界析出Laves相，导致裂纹的萌生，与晶界分离形成微观空洞，同时气孔促进了裂纹的扩展，为穿晶和沿晶的混合韧性断裂模式。在455 ℃下进行低周疲劳试验，发现疲劳裂纹源于表面和气孔，以河流状花样向中心扩散，拓展区存在疲劳辉纹，为解理和穿晶两种断裂模式。采用GH4169合金粉末修复可满足常规铸锻GH738合金性能要求。

航空发动机零部件结构复杂、尺寸小, 光束可达性差, 为探讨激光斜冲击强化技术对GH4169高温合金材料的强化效果, 通过激光斜冲击强化试验, 研究了激光冲击强化工艺参数对材料表面和深度方向残余应力、表面粗糙度和显微硬度的影响。结果表明: 激光能量增大、冲击次数增加, 均会使材料的表面和深度方向残余应力增大, 显微硬度提高, 表面粗糙度值增加; 采取5 J, 6 J, 7 J的能量搭配时, 获得的指标值相对最好, 此时的表面粗糙度为1.08 μm, 表面残余压应力为-446.9 MPa, 残余压应力层深度为1 500 μm, 显微硬度为448.1 HV, 且影响深度为1 300 μm。

对传统轧制态(R)GH4169板材和SLM增材制造(3D)GH4169板材分别进行激光焊接,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪对接头显微组织特征进行表征,并对接头进行显微硬度和拉伸测试。试验结果表明熔合区显微组织主要由胞晶向枝晶或柱状晶转变,晶内和晶间区域存在大量δ相和laves相。R/3D GH4169接头、R/R GH4169接头和3D/3D GH4169接头的晶粒尺寸和析出相尺寸依次减小,熔合区平均显微硬度依次增加(250 HV,261 HV,274 HV),接头拉伸强度依次增加(768 MPa,799 MPa,985 MPa)。R/3D GH4169接头和R/R GH4169接头断裂以韧性断裂为主,而3D/3D GH4169接头主要为脆性断裂。

激光熔覆过程伴随着成形气氛与熔池的接触,成形气氛是影响熔覆层显微组织的重要因素。为了实现大型复杂精密、高性能金属结构件的快速制备,高沉积率激光熔覆技术在传统激光熔覆技术的基础上大幅提高能量输入与质量输入,但这也会改变熔池的形貌与温度,从而改变气氛对熔池的作用;此外,随着成形件尺寸增大,提供保护气氛的成本也将急剧增大。基于此,本文采用高沉积率激光熔覆技术分别在氩气气氛与空气气氛下进行GH4169高温合金的单道熔覆实验,研究了成形气氛对高沉积率激光熔覆GH4169合金凝固条件、熔覆层几何特征以及显微组织的影响。结果表明:不同气氛的散热条件虽然改变了熔池的凝固条件,但其对氧化作用的影响很小;与氩气气氛相比,空气气氛下熔池的冷却速率更大,熔覆层一次枝晶间距更细小,Laves相更少,微观偏析程度更低。本文研究结果说明,相比于开放的空气气氛,氩气保护气氛对高沉积率激光熔覆GH4169合金凝固条件与显微组织没有明显的增益作用,这一结果可为工业生产提供参考。

研究了感应加热局部热处理和真空炉整体热处理对激光沉积修复GH4169 合金修复件残余应力和拉伸性能的影响。结果表明，激光沉积修复GH4169 合金修复件经直接时效热处理后，组织特征变化不大，具有较强生长取向性的外延枝晶组织特征，但枝晶间Laves 相出现了部分溶解，残余应力明显消减，拉伸强度显著提高。相比沉积态修复件，局部热处理后残余应力平均降低了33%以上，拉伸强度达到了锻件水平的86%以上；真空热处理后残余应力平均降低了43%以上，拉伸强度达到了锻件水平。

对GH4169合金锻件与激光成形修复(LFR)件进行显微组织观察和持久性能实验。结果表明：锻造GH4169合金组织为等轴晶，在晶界和晶内弥散析出颗粒状或短棒状δ 相，可有效阻碍位错运动以及降低裂纹扩展速率；激光修复GH4169 合金经直接双级时效处理(DA)后，与沉积态相比，组织特征变化不大，呈现为沿沉积方向外延生长的柱状枝晶，枝晶间仍然存在块状Laves 相，Laves 相作为一个脆性相，为裂纹的起源和扩展提供了有利的位置和通道。锻件试样经受高温持久载荷时的断裂机制表现为微孔聚集型断裂，其中δ相、碳化物(MC)是微孔形成的核心，并且断裂后留下了形状与尺寸各异的韧窝组织。激光修复试样经受高温持久载荷时断裂发生在修复区一侧，韧窝以枝晶间Laves相和MC为形核中心，因此留下了以枝晶间区域为韧窝中心和以枝晶干区域为撕裂棱的韧窝组织。

采用配方均匀设计法,配制了SiO2-MnO2-CaO-TiO2-CaF2-NaF多组元活性剂,利用微型脉冲激光器对500 μm厚GH4169高温合金进行了活性剂激光焊接试验。分析并讨论了焊接接头的显微组织和力学性能。试验结果表明,与传统激光焊相比,所配制的20种活性剂均增加了焊缝熔深,并且其中F12系混合活性剂增加熔深能力最为显著,使焊缝深宽比增加了159%,证明通过使用活性剂来增加微激光焊焊缝熔深,降低高温合金板激光焊接的成本是可行的。在活性剂作用下,焊缝显微组织仍由柱状晶和等轴晶组成,接头抗拉强度达到927 MPa,为母材强度的92.7%。

基于激光修复技术，采用镍基高温合金FGH95粉末对航空发动机常用材料GH4169合金进行不同激光线能量密度q下激光修复对比试验，对修复试样进行弯曲性能测试与金相分析。研究激光线能量密度对修复试样弯曲性能的影响，探讨激光修复后试样弯曲性能变化的微观机理。结果表明：修复试样弯曲强度与无损试样接近，基本达到无损试样的弯曲性能。当q=120.0 J/mm2时，修复试样弯曲强度最大，为827.16 MPa，高于无损试样0.5%。随着激光线能量密度的增加，修复试样弯曲强度先增加后减小。在较高激光线能量密度下（154.3 J/mm2），因修复区组织枝晶粗化，导致修复试样弯曲性能下降。