激光选区熔化成形技术（Selective Laser Melting,SLM）作为一种激光增材制造技术,具有成形精度高、成形质量好、复杂结构直接制造等特点,已被广泛应用于航空航天、汽车、医疗、模具制造等领域。目前,SLM成形研究的材料体系主要为钛合金、铝合金、镍基合金等材料,针对在工业、国防等领域应用广泛的高性能合金钢材料的研究较少。高性能合金钢由于其成分、物相和相变复杂,激光增材制造过程稳定性、应力-变形、性能、质量难以控制,这些问题都严重制约了高性能合金钢激光增材制造技术的推广应用。特别是大尺寸构件SLM成形过程稳定性差、应力大、易开裂,本文针对上述问题以大尺寸、结构复杂的高速列车制动盘为研究对象,系统研究24CrNiMo高性能合金钢（简称:24CrNiMo钢）SLM成形缺陷与应力-变形演变及其调控策略。首先,研究24CrNiMo钢SLM成形过程工艺参数（激光功率、扫描速度、扫描间距、扫描角度等）对宏观成形、缺陷的影响规律。μ-CT检测获得了SLM成形不同能量密度下的缺陷三维特征、分布规律。利用原位高速摄像采集系统研究了不同工艺参数下激光与粉末的交互作用过程、粉末动态行为、熔池特征。SLM成形过程的飞溅以粉末飞溅为主。激光加热金属粉末形成匙孔金属蒸汽,高速喷射的金属蒸汽在伯努利效应作用下会对熔池周围的粉末形成卷吸作用,进而形成粉末飞溅。随着激光功率或者扫描速度的增大,飞溅的数量和速度均呈上升趋势。24CrNiMo钢粉末材料SLM成形适用的扫描角度范围为0-70°、290-360°。基于体能量密度控制的过程稳定和匙孔稳定控制准则,确定了24CrNiMo钢SLM成形匙孔模式的最小激光能量密度为Eth=78 J/mm~3。扫描速度在500-600 mm/s范围内,激光功率为250-350 W时,通过获得稳定的熔池减少飞溅和气孔缺陷的形成。最后通过成形致密度优化,确定24CrNiMo钢SLM成形的最佳工艺参数为:激光功率280 W,扫描速度550 mm/s,扫描间距110μm,粉层厚度50μm,层间旋转扫描方式,成形致密度为99.8%。然后,采用试验方法获得了24CrNiMo钢SLM成形过程温度、应变的演变,温度和应变累积主要在初始成形阶段形成,随着成形层数的增加温度趋于稳定,应变呈现缓慢增长的趋势。同时,通过热膨胀法获得了24CrNiMo钢的相变参量,并构建了组织相变动力学和相变应力控制方程,建立了SLM成形的热-机-组织耦合模型。通过模拟揭示了24CrNiMo钢SLM成形热应力、组织应力、相变应力对残余应力形成、演变的影响机制,其中热应变、屈服强度变化和体积膨胀应变对应力的影响较大,相变塑性应变对残余应力的形成具有“松弛”效应,采用该模型可以更准确的预测SLM成形应力。基于修正的固有应变方法,提出了24CrNiMo钢SLM成形应力-变形的多尺度预测模型,并与实测结果对比验证了该方法的准确性。该方法可用于大尺寸复杂构件SLM成形应力-变形的快速准确预测。进一步,讨论了24CrNiMo钢SLM成形裂纹形成的原因,局部缺陷形成的应力集中与成形应力共同作用造成裂纹的萌生和扩展。基于晶体塑性有限元方法,研究了SLM成形缺陷、应力耦合作用的开裂机制。研究表明:小尺寸的球形气孔缺陷由于内壁较为光滑,在SLM成形应力作用下不易形成裂纹萌生。不规则的气孔缺陷在多轴应力作用下,局部区域容易形成应力集中,进而造成剪切应力和剪切应变的累积,最后多晶体通过滑移变形形成初始裂纹。边缘位置与中心位置相比,由于存在较大的Z向应力,更容易在缺陷处形成裂纹。通过建立SLM成形工艺参数与应力的解析模型,获得24CrNiMo钢SLM成形的开裂临界条件,基于此为SLM成形的开裂防控提供指导。SLM成形过程通过导热结构、工艺参数优化降低成形峰值应力和应力累积,通过控制缺陷可实现裂纹的有效控制。最后,通过优化24CrNiMo钢SLM成形的粉末层厚、预热温度、扫描策略及去应力退火处理工艺,实现SLM成形过程的应力控制。24CrNiMo钢SLM成形采用50μm的粉末层厚、100-200℃预热温度、条带旋转扫描策略和温度为550℃的去应力退火处理可以有效控制应力的峰值和应力的累积。针对24CrNiMo钢制动盘构件,通过结构优化设计-工艺参数控制-路径优化-后处理调控的应力-变形控制策略,最终成形的变形量小于0.11 mm/100 mm,残余应力小于200 MPa。SLM成形样品的致密度可达99.8%,屈服强度为1214 MPa,抗拉强度为1485 MPa,断后伸长率为12.5%。