使用电子万能材料试验机对不同热处理后的18Ni300马氏体时效钢进行拉伸试验，并通过X射线衍射（XRD）分析了不同热处理后马氏体及奥氏体的含量，研究了18Ni300钢在不同热处理过程中的组织演变、力学性能以及二者的关系，对比了其在不同热处理后的综合力学性能，从而筛选出了最佳热处理工艺。结果表明，热处理后试样的熔道逐渐消失，马氏体组织特征更加明显，硬度从34.1 HRC上升到52~54 HRC，抗拉强度从1174 MPa上升到2000 MPa以上。490 ℃直接时效6 h后实现了较好的强韧组合，这与组织内生成的强韧化相（逆转奥氏体）的含量密切相关。XRD测试结果表明，490 ℃直接时效后，试样内部具有最高的逆转奥氏体含量（体积分数约为6.9%），这些细小的逆转奥氏体分布在马氏体边界和内部，在一定程度上改善了18Ni300钢的韧性。

高强铝合金因其优异的比强度和塑性在航空航天领域得到广泛应用，近年来快速发展的增材制造技术为制备高强铝合金提供了新的方法。为此，利用激光选区熔化（SLM）成形技术制备了Al-Mg-Sc-Zr合金。通过X射线计算机断层扫描技术、光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射（EBSD）和室温拉伸试验对合金的微观组织和力学性能进行表征和研究。研究结果表明：SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的成形质量较好，孔隙率仅为0.0013%，最大孔隙尺寸为126 μm。合金的微观组织分为粗晶区和细晶区，熔池内部为粗晶区，熔池边界为细晶区。熔池边界处的Al₃（Sc，Zr）颗粒为Al晶粒析出提供了大量形核位点，使得晶粒细化效果显著。试验得到平均晶粒尺寸为3 μm，在更小的EBSD扫描步长下测得细晶区的平均晶粒仅为0.6 μm。SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的拉伸性能优异，各向异性较小。横向试样的拉伸强度略高，其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别达到465 MPa、508.2 MPa和14.07%。SLM快速冷却的特性和添入的Sc、Zr元素使SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金拥有良好的成形质量、细化的晶粒组织和纳米尺寸的Al₃（Sc，Zr）颗粒，由此产生的细晶强化和沉淀强化是拉伸性能的主要强化机制。

为研究激光直接物标标识技术（laser direct part marking，DPM）对铝合金2024力学性能的影响，对标识后的铝合金2024进行了标识深度测量、显微硬度检测、静力学拉伸和高周疲劳试验。研究结果表明：不同工艺参数下的标识深度相差很大，深度范围5.26～525.7 μm；在标识区域会形成重熔区，显微硬度51～62 HV，明显小于材料基体显微硬度值；标识深度会对铝合金2024的抗拉性能和疲劳性能造成影响，在一定标识深度下，标识后的铝合金2024的拉伸性能和疲劳性能满足材料的性能要求。

采用机械混合法制备SiC/AlSi7Mg混合粉末,利用激光选区熔化(SLM)技术成形SiC/AlSi7Mg复合材料试样,研究复合材料的物相组成、微观组织和拉伸性能。结果表明:SiC/AlSi7Mg复合材料试样的相对密度最高能够达到99.2%;试样微观组织与典型SLM成形铝合金的组织相似,在铝基体中存在均匀分布的SiC及原位反应产生的Al₄SiC₄增强相,SiC与铝基体间形成了较强的界面结合。与铝合金相比,复合材料的强度明显提高,抗拉强度达到452 MPa,屈服强度达到280 MPa,但伸长率下降到4.5 %;复合材料的主要断裂模式为脆性断裂。

研究了铺粉层厚对选区激光熔化成形AlSi10Mg合金致密度、微观组织、拉伸性能及成形效率的影响。实验结果表明,在优化的激光能量密度区间内,30 μm低层厚和60 μm高层厚下成形的试样致密度均可达到99.00%以上,且具有良好的拉伸性能。但30 μm低层厚成形试样的强度略高于60 μm高层厚,且30 μm低层厚成形试样在平行成形方向的延伸率明显高于60 μm高层厚,原因是30 μm低层厚成形试样的拉伸裂纹很难在尺寸更小、排布更密集的熔池边界扩展。研究结果还表明,30 μm低层厚成形试样的缺陷多分布在熔池边界,而60 μm高层厚成形试样的缺陷多分布在熔池内部。此外,在成形质量相近的情况下,高层厚的成形效率约为低层厚的2.7倍。

为了提高矿用液压支架立柱修复表面的硬度与耐磨性, 利用激光熔覆技术在液压支架立柱母材27SiMn钢表面进行了不同激光扫描速度下的单道激光熔覆铁基合金实验, 对比分析不同扫描速度下的单道熔覆层宏观形貌; 随后在不同扫描速度下进行多层累加激光熔覆铁基合金实验, 分析不同扫描速度下27SiMn钢基体和铁基合金熔覆层的微观组织形貌、显微硬度和力学性能; 进行耐磨性能实验, 研究不同滑动速度和载荷对熔覆层耐磨性的影响。结果表明, 熔覆层和基体之间能实现良好的冶金结合, 熔覆层组织中呈现出了具有典型定向凝固特征的柱状晶; 熔覆层的显微硬度、抗拉强度及耐磨性均高于基体。

以含有Fe元素和不含Fe元素的两种钛合金粉末为原料, 采用激光沉积制造技术制备高强钛合金样块, 并对其进行固溶+时效处理, 通过光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪、X射线衍射及室温拉伸等手段, 研究了Fe元素的加入对高强钛合金组织和拉伸性能的影响。结果表明: 含有Fe元素的钛合金试件的抗拉强度和屈服强度都优于不含Fe的钛合金, 但塑性比较差。其中主要的原因是Fe元素的固溶强化作用, 促进了β相的生成, 保留更多β相到室温, 获得更加细小的β转变组织, 起到了细晶强化作用, 使抗拉强度和屈服强度均得到了增强。两种钛合金的断裂方式均为半韧性半解理断裂, 两种钛合金的断口表面较平整, 有延性区域和解理面的特征, 有Fe元素的钛合金因二次裂纹的存在使钛合金的塑性降低, 无Fe元素的钛合金因高密度的韧窝分布使钛合金的塑性得到了提高。

增材制造技术具有高效低成本制造优势, 易于实现高可靠高复杂构件成形。本文针对新一代高端装备大型复杂精细钛合金构件的制造需求, 开展激光选区熔化(SLM)/熔化沉积(LMD)复合增材制造TA15钛合金成形研究。研究发现, SLM/LMD成形制备TA15钛合金试样形状规则, 表面平整, 试样内部组织致密, 无微观裂纹、未熔合等缺陷, 复合SLM/LMD成形试样从SLM成形到LMD成形连续变化, 呈现良好的冶金结合; SLM区、LMD区以及界面过渡区均为沿沉积方向生长的β柱状晶, 且不同区域晶内α相均呈现为魏氏组织特征; 复合SLM/LMD成形拉伸试样均断裂于LMD区, 具有优异的综合力学性能。该研究为高性能复杂结构件高效低成本复合制造工程化应用奠定了技术基础。

基于1.0 mm厚6A02铝合金光纤激光填丝焊接试验, 选取具有全熔透特征的三组不同焊缝成形的焊接接头, 着重分析了焊缝背宽比Rw对接头性能的影响。结果表明: 在一定范围内, 随焊缝背宽比Rw的逐渐增加, 接头的拉伸强度逐渐降低, 并伴随着焊缝平均熔宽和焊接接头横截面熔化区面积的逐渐增加, 焊缝中心显微组织逐渐粗化, 接头软化现象更加显著。经历固溶时效热处理, 焊接接头的拉伸性能恢复到较高水平。当焊缝背宽比较小时, 无论是焊态还是热处理态, 接头的综合拉伸性能均最佳。因此, 获得较小焊缝背宽比Rw的全熔透焊接接头是保证更好接头质量的有效措施之一。

为探明激光沉积制造TC4合金拉伸性能各向异性产生的机制,对不同取样角度的试样进行拉伸性能测试,并采用电子背散射衍射技术对成形件的晶体取向进行分析。结果表明:90°试样(拉伸试样的长轴方向与水平方向夹角为90°)的延伸率比45°试样高32%,抗拉强度和屈服强度分别低9%和8%;90°试样中的主要织构所对应的Schmid因子值最高,为0.485,外加拉伸应力σ与滑移方向分切应力τ之间的夹角θ为38°,试样首先开动的滑移系为柱面滑移系;45°试样的Schmid因子值最低,为0.415,θ为28°,试样首先开动的滑移系是锥面滑移系;90°试样中小角度晶界的占比最小,为1%,45°试样中小角度晶界的占比最高,为29.2%;90°试样具有最优的塑性,而45°试样具有最高的强度。