轴类零件作为保障机电装备平稳运行服役的关键核心部件,其结构复杂,服役工况苛刻,表面应具备高硬度、高耐磨以及内部强韧匹配性能。采用直接激光沉积（Direct laser deposition,DLD）技术可实现复杂零件快速成形,赋予其优异性能的同时简化生产流程,最大限度提高材料利用率,已成为先进制造领域标志性技术之一。轴类零件多由合金钢制备,然而DLD合金钢组织以非平衡相变产物贝氏体为主,其形貌以及亚结构多样,激光工艺复杂交互作用下温度场演化复杂,周期循环的热输入不同于传统热处理那样明确,因而快速熔化/凝固过程中组织难以控制,给研究带来极大困难,进而制约合金钢零部件强韧匹配性能提升。因此,开展直接激光沉积合金钢温度场演化行为与组织性能研究具有重要的科学研究与实际应用价值。本文以DLD-12CrNi2Y合金钢温度场演化行为与组织性能为研究对象,采用ABAQUS建立温度场数值模型并分析成形过程的热行为。利用DLD成形系统制备高致密块体样品,结合温度场模拟结果,高温组织生长原位观察（LSCM）以及XRD、SEM、EPMA、EBSD和TEM等材料微观表征手段对物相组成,形貌尺寸,形核生长过程,精细亚结构演化以及第二相析出机制进行系统性研究,采用高分辨X射线断层扫描技术观察缺陷三维形貌,分析组织对合金钢硬度以及拉伸性能的影响机制。结果表明:DLD合金钢中贝氏体符合KJMA理论下的快速冷却一维形核生长动力学模型,扫描速度提高促进贝氏体铁素体亚片条细化,小角度晶界增加。热循环作用下的高温回火使细小Cr7C3弥散析出。亚结构细化与第二相强化共同作用下的高致密样品（致密度99.55%）平均硬度为384±11HV0.2,抗拉强度,屈服强度以及断后延伸率分别为1084±20 MPa、1024±18 MPa与11.8±0.3%,均高于锻造水平。激光功率主要影响合金钢中粒状贝氏体形态。随功率增加M-A岛呈条状平行于贝氏体铁素体板条分布（Bg2型）转变为以粒状形态弥散分布于铁素体基体（Bg1型）,贝氏体铁素体亚片条细化。弥散分布的M-A小岛与精细亚结构使得样品平均硬度为342±9 HV0.2,抗拉强度,屈服强度以及断后延伸率分别为901±16 MPa、702±14MPa与15.2±0.6%,均高于淬火+回火态的性能指标。本文基于温度场有限元模拟与实验工艺优化相结合,初步实现了利用DLD技术制备具有强韧性匹配的高性能12CrNi2Y合金钢的目的,为激光增材制造高性能合金钢关键零部件奠定了理论与技术基础。