本文基于等离子电弧增材制造工艺,试验高氮钢和不锈钢单道增材大宽高比工艺。研究是否能够通过降低焊道高度,增大宽高比,改善增材熔敷层的表面平整度,并进一步研究表面平整度的改善是否能够提高增材成形件的力学性能。首先进行不锈钢和高氮钢单道增材大宽高比工艺试验。确定不锈钢和高氮钢单道增材焊高最小,宽高比最大的最薄工艺参数,并探究工艺参数对焊道高度的影响程度。选择两组单道不同宽高比(其中一组为最大宽高比)对应的工艺参数进行高氮钢增材,探究搭接率和增材路径对熔敷层表面平整度的影响规律,确定两组宽高比条件下的最佳搭接率均为60%。宽高比λ=17.6时熔敷层的表面平整度均好于λ=7.1,由此说明,降低单道焊道高度,增大宽高比,能在一定程度上改善高氮钢增材熔敷层的表面平整度。采用层层正交路径增材,熔敷层的表面平整度均优于层层叠加路径下的表面平整度。进一步研究单道不同宽高比(其中一组为最大宽高比)条件下,表面平整度的变化对高氮钢增材组织和性能的影响规律。发现两组宽高比条件下,搭接率为60%时,垂直焊缝和平行焊缝方向的抗拉强度和冲击韧性均处于最佳值,其中,垂直焊缝方向抗拉强度达到1180 MPa,冲击韧性值达到50.95 J/cm~2,平行焊缝方向抗拉强度达到1160 MPa,冲击韧性值达到56.58 J/cm~2;三组搭接率下,宽高比λ=17.6时对应的抗拉强度和冲击韧性值明显高于λ=7.1,说明降低焊道高度,增大宽高比,改善高氮钢熔敷层表面平整度的同时,能够在一定程度上提升高氮钢成形件的抗拉强度和冲击韧性。层层正交路径下,宽高比λ=17.6时,水平垂直方向的抗拉强度较层层叠加时提高了3.4%,达到1220 MPa;宽高比λ=7.1时,水平垂直方向的抗拉强度略有提高,变化幅度较小,说明不同路径对宽高比大的成形件抗拉强度影响较大,对宽高比小的成形件抗拉强度影响较小,且层层正交路径下,水平垂直方向上的抗拉强度有所提高。λ=17.6时,高氮钢成形件正面的冲击韧性值相较于λ=7.1提高了29.3%,达到69.56 J/cm~2。最终确定分层交叠结构件异材最佳层厚比(高氮钢:不锈钢)。不锈钢层厚足够小时,异种不锈钢层层间隔,三个层厚比下,异材结构件的抗拉强度均接近于纯高氮钢,冲击韧性值均高于纯高氮钢,说明设计的分层交叠结构和层厚比在一定程度上改善了纯高氮钢的冲击韧性。综合来说,层厚比为3:1时,抗拉强度和抗弯强度略小于纯高氮钢,冲击韧性值远高于纯高氮钢,略小于纯不锈钢,其中,抗拉强度为1100 MPa,抗弯强度为2723.7 MPa,正面冲击韧性值达到178.16 J/cm~2,侧面冲击韧性值达到167.76 J/cm~2。