激光选区熔化GH4169合金粉末的循环使用可以显著降低制备成本、缩短生产周期。但是，利用循环使用的合金粉末，通过激光选区熔化技术成形的部件在组织、缺陷、性能行为上均存在差异。研究了不同循环使用次数下GH4169合金粉末的组织、缺陷及粒径分布等特征对成形件热处理态组织和相分布、拉伸行为及变形机制的影响。分析了循环使用后的粉末形貌和粒径分布、热处理试样的断口形貌、断口纵剖面组织和断口附近透射组织特征，详细阐述了拉伸断裂方式和强韧化机制。结果表明：粉末多次循环使用后平均粒径由30.45 μm逐渐增大至41.80 μm；表面愈加粗糙，流动性由14.85 s/50 g增加到18.62 s/50 g，较差的流动性导致热处理试样出现孔洞缺陷；合金拉伸强度（50~100 MPa）下降，力学性能受损；而断裂方式和变形机制不受影响。热处理态合金析出了纳米尺寸的块状碳化物、短棒状δ相、Laves相以及γ″和γ′强化相，拉伸过程中有效的钉扎位错提升了合金性能，使合金在室温和650 ℃下的最大抗拉强度分别达到1430 MPa和1205 MPa，优于或接近已报道的锻造、铸造和增材制造GH4169合金。研究结果为激光选区熔化GH4169合金的粉末循环使用和拉伸变形机制分析提供了参考。

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。

采用GH4169合金粉末对GH738合金进行激光沉积修复研究，分析了沉积态和时效热处理态试样的显微组织特征、显微硬度分布及摩擦磨损性能。研究表明：沉积态试样的修复区底部组织为柱状枝晶，修复区中心和修复区顶部组织由柱状枝晶和等轴枝晶组成，修复区枝晶间分布着富含Nb元素的Laves相；相比于基体，热影响区中的γ′相数量减少并呈现粗化趋势，MC碳化物发生分解生成M₂₃C₆碳化物。时效热处理后，修复区组织形成了新的晶界，部分Laves相发生碎化，γ′和γ″强化相析出且分布均匀。沉积态试样修复区的平均硬度约为291 HV，热处理态试样修复区的平均硬度约为461 HV，热处理态试样修复区的平均硬度要高于基体。热处理态试样修复区的平均摩擦系数约为0.40，基体的平均摩擦系数约为0.51，修复区的耐磨性能优于基体。修复区的磨损机理为磨粒磨损，基体的磨损机理为磨粒磨损和黏着磨损。

采用激光熔覆技术在轧制态GH4169合金表面制备GH4169涂层, 重点研究涂层的显微组织、析出相、高温显微硬度和高温摩擦磨损性能。结果表明: 涂层中无气孔和裂纹等缺陷, 且主要由Laves偏析相、γ基体相和少量MC及MN相组成; 涂层的室温平均显微硬度为273.6 HV(0.3 kg试验力), 且随着测试温度的升高, 其显微硬度在不同温度下呈现下降趋势, 测试温度为600 ℃时, 显微硬度下降到197.4 HV(0.3 kg试验力), 约为室温时的72%; 高温摩擦试验结果表明, 随着测试温度的提高, 其磨损率也呈现下降趋势, 当测试温度为600 ℃时, 试样磨损率约为室温时的25%; 摩擦磨损试验结束后, 测试温度不高于500 ℃的涂层, 其常温显微硬度变化不大, 而测试温度为600 ℃的涂层, 由于强化相析出, 常温显微硬度有所提高。

研究简化热处理制度对点式锻压激光沉积（PF-LF）GH4169合金显微组织和力学性能的影响。将时效时间由原来的18 h减少为3 h，不仅大大节省了试验时间，而且在提升材料性能方面也起到了重要作用。结果表明，在1 010 ℃固溶时效后，合金中的Laves相出现大部分熔解，合金发生再结晶现象，再结晶晶粒细小且分布均匀，平均晶粒尺寸为6.8 μm左右，实现了超细晶组织，合金的强度和塑性也远超锻件标准。1 050 ℃固溶时效时，再结晶完成，晶粒尺寸略有长大，约为15 μm，Laves相基本完全固溶消失，与1 010 ℃热处理相比，合金的强度有所下降而塑性有所改善，均超过锻件标准。在1 010 ℃和1 050 ℃进行双固溶时效时发现，合金中出现了大量的退火孪晶组织，退火孪晶的产生对合金的强度和塑性均产生了影响，虽然合金的性能均超过锻件标准，但略低于单固溶时效状态下的合金性能。

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。

选区激光熔化(SLM)成形过程中, 快速熔化凝固导致复杂的瞬态温度分布, 熔池温度分布和冷却速率大小影响最终的凝固组织, 从而影响零件成形性能。建立三维瞬态有限元模型, 数值模拟GH4169合金单道多层SLM成形过程, 研究瞬态的温度分布、熔池尺寸和冷却速率及不同线能量密度对单道多层SLM成形的影响。结果表明: 线能量密度为170 J/m时, 随着层数的升高, 熔池最高温度、熔池尺寸和热影响区逐渐变大, 上层对下层具有重熔作用; 除第一层冷却速率较低外, 冷却速率随层数的增加而略微升高; 随着线能量密度的增加, 熔池最高温度升高, 熔池尺寸和热影响区变大; 冷却速率随线能量密度的增加而升高。通过成形不同线能量密度的薄壁墙试样, 结合模拟结果进行对比分析, 获得较好的一致性。

通过激光选区熔化技术, 使用优化后的工艺参数成形了3组GH4169样件, 制备了高温疲劳性能测试试样。通过工业CT检测了疲劳测试样件的孔隙情况, 在650 ℃高温下进行疲劳循环试验, 同时采用SEM观察试样断口形貌并分析断裂形式。结果表明, 部分参数试样存在约100 μm的孔隙, 经后续检测分析其未对疲劳断裂产生影响。三组试样的疲劳循环次数随工艺参数改变, 无明显的变化趋势, 均为105~107次循环, 但其疲劳性能低于同等试验条件的锻件。断口形貌显示, 三组试样的裂纹源均位于试样表面, 同时存在脆性与塑性断裂两种机制。

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。