激光增材制造铝合金构件室温及高温力学性能对于提升其在航空航天等领域的服役稳定性至关重要。本文研究了成形方式对激光粉末床熔融(LPBF)AlSi10Mg构件室温压缩性能、高温拉伸性能、高周疲劳性能和室温裂纹扩展速率等力学性能的影响规律。结果表明：水平方式成形试样(拉伸、压缩、疲劳等载荷平行于试样铺粉方向)具有更优的压缩性能，表现出更优异的抗压强度及屈服强度(分别为201.0 MPa与251.3 MPa)；在高温拉伸试验中，不同成形方向试样的抗拉强度及屈服强度随着试验温度升高(从100 ℃升至175 ℃)均呈下降趋势，而延伸率均逐渐升高，且水平方式成形试样的拉伸性能均优于垂直方式成形试样(载荷垂直于试样铺粉方向)。垂直方式成形AlSi10Mg合金试样经历10⁷循环周次的中值疲劳强度为151.25 MPa，疲劳寿命约为2.1×10⁵周次，疲劳裂纹扩展门槛值为0.981 MPa·m^1/2。

为了研究激光熔化沉积高性能合金钢构件的疲劳问题, 采用扩展有限元法和直接循环分析相结合的方法, 进行了典型件疲劳裂纹扩展路径的分析,并进行了剩余寿命的预测。通过中心裂纹拉伸(CCT)试样的疲劳试验获得了材料Paris公式中的参量, 并将其用于有限元模拟中。同时, 分别运用有限元模拟方法和试验方法研究了CCT、紧凑拉伸-剪切试样的裂纹扩展过程。结果表明,有限元法得到的裂纹扩展路径和疲劳寿命与试验结果吻合良好, 其中裂纹扩展路径偏转角的误差在16.54%以内, 疲劳寿命的误差在2.72%以内。该方法可以较好地预测激光熔化沉积高合金钢构件的疲劳裂纹扩展路径和剩余疲劳寿命, 具有一定的工程意义。

采用选区激光熔化技术制备了GH3536合金，并研究了热等静压和固溶处理对GH3536合金的组织、力学性能和疲劳裂纹扩展性能的影响。结果表明：沉积态合金中存在熔池、枝晶、柱状晶以及孔洞和裂纹缺陷；热等静压能有效愈合缺陷，消除熔池和枝晶，并使晶粒长大为等轴晶，但是会导致碳化物沿晶界连续析出；固溶处理后大量碳化物回溶到基体。沉积态合金的抗拉强度、硬度和伸长率分别为782.1 MPa、227.9 HV和17.7%，缺陷是影响合金塑性的重要因素；热等静压处理后，合金的抗拉强度和硬度分别降为693.7 MPa和170.4 HV，伸长率上升到34.7%；再经固溶处理，合金的抗拉强度和硬度分别回升至741.0 MPa和180.6 HV，伸长率为48.7%。相比较而言，沉积态合金的疲劳裂纹扩展抗力较低，而热等静压+固溶处理使合金的疲劳裂纹扩展抗力得到了提升。

采用标准紧凑拉伸试样对比了超低碳贝氏体钢激光电弧复合焊接接头的电弧主导区、激光主导区、热影响区和母材区的疲劳裂纹扩展速率,总结了各微区疲劳裂纹的扩展特征,分析了裂纹扩展路径发生偏折的原因。结果表明:随着应力强度因子增大,各微区的裂纹扩展速率均提高,但热影响区和母材区裂纹扩展速率的增长率随着应力强度因子的升高而减慢;当应力强度因子较低时,各区疲劳裂纹扩展速率由快到慢的顺序为母材、热影响区、电弧主导区、激光主导区;随着应力强度因子升高到一定值,各区疲劳裂纹扩展速率由快到慢的顺序变为激光主导区、电弧主导区、母材、热影响区;裂纹在热影响区内扩展时的扩展方向会发生明显偏折,并随着应力强度因子增大而产生大量二次裂纹,在焊缝的裂纹中仅发生小幅偏折,这与材料的成分和组织不均匀有关;通过观察各微区的断口认为二次裂纹的产生与硬质相颗粒有关,二次裂纹的产生也是疲劳裂纹扩展速率变化的重要原因。

通过激光-熔化极稀有气体保护电弧(MIG)复合焊得到了7020铝合金焊接接头，基于电子背散射衍射技术和高精度同步辐射X射线成像等，研究了该接头微观组织、力学性能、疲劳行为及断裂机制。结果表明，在焊接热循环作用下，冷却后复合焊接头各区域的晶粒形态、尺寸及组织成分发生了明显变化。接头静载抗拉强度和屈服强度分别为265.34 MPa和218.85 MPa，接头强度系数为0.74。在50%存活率下，当疲劳寿命为2×106循环周次时，复合焊接头的疲劳强度为96.13 MPa，约为母材的63.14%，焊接过程降低了材料的疲劳性能。疲劳裂纹萌生于复合焊接头熔合区表面深约103 μm的缺口处，呈典型I型四分之一椭圆裂纹扩展形貌。在稳定扩展阶段，气孔对疲劳裂纹扩展速率的影响较小。

对TC4-DT钛合金电子束焊接接头的显微组织、裂纹扩展速率以及断口形貌进行分析研究, 结果表明: 焊接接头组织为α′针状马氏体网篮组织, 热影响区为针状网篮马氏体和片层状α相和β相组成, 形成熔凝区向母材组织的过渡, 疲劳裂纹扩展速率与焊缝组织有密切关系, 与片层状的锻件组织相比, 阻碍裂纹扩展能力有所下降。

为研究不同激光喷丸覆盖率对含预制裂纹试样疲劳裂纹扩展性能的影响，采用有限元软件Abaqus和疲劳分析软件MSC.Fatigue相结合，对6061-T6铝合金紧凑拉伸(CT)试样进行了三种不同喷丸区域即15 mm×15 mm、34.5 mm×15 mm和15 mm×60 mm的双面激光喷丸强化和疲劳裂纹扩展的数值模拟。分析不同覆盖率下激光喷丸强化诱导的残余压应力对裂纹闭合效应影响，探索不同覆盖率对疲劳寿命增益的影响。结果表明，经过激光喷丸后，三种不同覆盖率下的疲劳裂纹扩展速率较未处理试件都有一定的降低；喷丸覆盖区域的选择对激光喷丸后CT试样的疲劳寿命有显著影响，其中，对15 mm×60 mm区域进行喷丸后的疲劳裂纹扩展速率降低幅度最大，疲劳寿命增益最为明显。

为了研究激光喷丸强化对疲劳裂纹扩展的影响，采用有限元分析软件ABAQUS和MSC.Fatigue相结合，以6061-T6铝合金CT件即紧凑拉伸试样为研究对象，数值模拟其经1次～3次激光双面喷丸处理后的残余应力大小、疲劳寿命、裂纹扩展速率及最终裂纹尺寸。在理论分析的基础上，建立面向抗疲劳制造的激光喷丸工艺有限元分析模型，首先在ABAQUS中模拟出激光喷丸诱导的残余应力场，再将其导入疲劳分析软件MSC.Fatigue进行激光喷丸后疲劳裂纹扩展及其性能的数值模拟分析。结果表明，激光喷丸处理可以有效抑制疲劳裂纹的扩展，降低裂纹扩展速率和增大最终断裂尺寸长度，从而达到延长疲劳寿命的目的，喷丸次数的增加在一定程度上增大了激光喷丸强化的效果，但增益的效果会减弱。这为激光喷丸强化抗疲劳制造的理论分析和后续试验提供了必要的依据。

裂纹倾向严重和搭接区软化是激光表面强化技术面临的两大难题,为此,提出了一种激光点状合金化方法:使预涂在基体表面的合金涂层或由喷嘴送入的合金粉,在激光小孔效应作用下,与基体形成混合熔池,得到合金化点.研究表明,大量规则分布、互不重叠的合金化区及其周围的相变硬化区从总体上降低了疲劳裂纹扩展速率,提高了材料的疲劳寿命.对疲劳裂纹断口的初步分析显示,相变硬化区对阻滞裂纹扩展其到了重要作用.