激光增材制造（Laser additive manufacturing,LAM）是能够实现复杂零件的高精度和高性能一体化成形的新兴快速成形技术,其中常见的激光熔化沉积（Laser melting deposition,LMD）技术是通过大功率高能激光束应用粉末或线材在基板上进行快速凝固沉积,以实现复杂构件的制造,并在航空航天、医疗器械等领域已经实现应用。对于低合金钢的LMD成形来说,成形组织结构及机械性能的可调性差,一般需要后续热处理来调控相应的组织和性能。本论文所选材料是12CrNi2合金钢,其锻件常用于制造发动机凸轮轴,因该凸轮轴在服役过程中,不断经受严重的磨损和连续的交变载荷作用,故要求凸轮轴具有外强芯韧的特性。但此类凸轮轴结构复杂、处理工艺繁琐,制造和维修均依赖国外技术。与传统制造技术相比,LMD在成形复杂形状的零件方面具有优势的明显和巨大应用潜力。本论文以LMD成形12CrNi2合金钢为研究对象,重点研究粉末氧含量对成形合金钢显微组织和性能的影响,以及“捕O、固C”的显微组织调控机制。同时,对LMD成形合金钢进行不同工艺的等温淬火热处理,调控LMD成形12CrNi2合金钢的显微组织和力学性能,获得“热处理工艺-组织结构-力学性能”之间的内在联系。论文主要研究结果如下:1.选用氧含量分别为5300 ppm和350 ppm的12CrNi2合金钢粉末进行LMD成形,发现高氧粉末LMD成形合金钢内出现大量呈圆或椭圆形但内壁光滑的气孔;低氧粉末LMD成形合金钢致密且无气孔。高氧粉末中自带的残氧与碳反应生成未来得及逃处的COx气体是导致成形合金钢中气孔形成的主要原因。同时,降低氧含量可以抑制沉积态合金钢孔洞和氧化物夹杂等缺陷的形成,成形合金钢的延伸率和抗拉强度明显提高。2.在含有5300 ppm氧的合金钢粉末中添加适量Cr颗粒,并进行LMD成形,发现成形合金钢中的气孔随Cr含量的增加而逐渐消失,当Cr含量达到4 wt.%时,成形合金钢几乎完全致密。粉末中添加的Cr颗粒可在熔池中起“捕O、固C”作用—通过优先与O反应形成稳定的固态氧化物从而避免熔池中C与O反应产生气泡而逃逸,这不仅可消除气孔,而且避免了C损耗;同时,固态氧化物能以细小颗粒弥散析出可细化成形合金钢的显微组织。3.由主要相铁素体和少量岛状奥氏体组成的LMD成形12CrNi2合金钢经200℃-400℃等温淬火5 s-20 s热处理后,获得板条状贝氏体组织。200℃等温淬火20 s热处理条件下,板条贝氏体组织体积分数最高,其力学性能与原始LMD成形合金钢相比,抗拉强度提高56%,屈服强度提高21%,并且延伸率降幅不大（达到原来的76%）。主要是因为高体积分数的层状板条状贝氏体的生成,使得强度提升;宽化的贝氏体板条与先共析铁素体的协调的变形促使延伸率的提高。4.通过不同制度的双相区保温+等温淬火热处理将原始LMD成形组织转变为形态和细化程度不同、贝氏体体积分数相同（均约为82 vol.%）的三种铁素体-贝氏体双相组织。研究表明:高温奥氏体炉冷至双相区保温后再等温淬火获得的块状铁素体+大块状贝氏体组织在具有最高强度的同时,亦具有较高的延伸率。双相组织中贝氏体和铁素体间存在较大的碳浓度差,促进铁素体与贝氏体的协调变形;大块状贝氏体内部的“软”贝氏体区域阻碍裂纹扩展,进一步推迟材料的完全断裂。5.循环淬火处理可有效细化LMD成形合金钢的原奥氏体晶粒尺寸,同时碳在奥氏体中的固溶度增加,以上使得后续等温淬火时贝氏体的相变阻力增加,贝氏体板条的宽化变难,组织细化,利于强度的提高。贝氏体细化的同时,位错密度却发生了降低,并出现少量有利于应力释放的孪晶组织,这又促进合金钢的均匀变形能力,保证了合金钢的塑形,即LMD成形合金钢的强韧化得以实现。