选区激光熔化成形(Selective laser melting,SLM)技术因具有高度自由化设计、个性化定制、复杂形状零部件一体化成形以及研发市场化周期短等优势,近年来受到了航空航天、能源、生物医用、交通运输等领域的广泛关注。然而,欲实现SLM技术从研发真正走向市场化应用,仍然存在许多关键性的问题有待被解决。本论文以SLM技术制备的燃气轮机叶片用Inconel 718合金为研究对象,围绕SLM成形制备、后处理以及合金部件认证评价整个过程中涉及的若干共性科学问题开展了相关研究。本研究对于澄清SLM成形工艺-组织结构-力学性能间关系、探索合金力学性能优化策略以及建立合金部件力学性能认证评价标准具有重要理论意义和实际参考价值。论文获得如下主要结果:1.考察了两类扫描方式(同层往复扫描、相邻层旋转0°(SSX)和90°(SS XY))对SLM成形Inconel 718合金组织结构和室温力学性能的影响。发现在固定的激光束能量密度(74.2 J/mm3)下,通过将扫描方式由相邻层旋转0°变为90°,可使合金由弱的晶体学织构转变为强的立方织构,其原因在于扫描方式改变了胞状枝晶生长行为和竞争晶粒生长机制,并提出了胞状枝晶生长方向的角度判据:0°≤θ≤54.7°。此外,通过调控扫描方式,可以在不显著降低合金拉伸塑性的情况下,有效提升合金的室温拉伸强度和疲劳强度。2.考察了两类扫描方式制备的SLM成形Inconel 718合金室温拉伸性能各向异性行为。研究发现,两类合金的屈服强度均表现出明显的各向异性行为,这主要是由合金在平行和垂直于打印方向上残余应力的非均匀分布所造成的;相比于SS XY试样,仅SS X试样表现出加工硬化各向异性行为。基于等应力-等应变模型,建立了 SS X试样内部双模态晶粒结构间塑性变形非均匀程度与相对晶粒尺寸大小以及相对晶体学取向差之间的函数关系,认为SS X试样加工硬化各向异性行为主要受控于两类晶粒晶体学取向所决定的相对开动的滑移系数目。3.设计了三种针对SLM成形Inconel 718合金新的热处理工艺,考察了其引入的不同微观组织结构对合金拉伸及疲劳性能的影响。结果表明,热处理后合金的拉伸强度和疲劳性能均显著提升,这主要得益于Laves相的溶解以及大量γ"相的析出。此外,通过调控合金内部针状δ相的大小和分布,可以实现合金更加优异的强塑性匹配和高的疲劳抗力,在δ相体积分数基本相当的情况下,针状δ相之间间距越小,其对加工硬化率的贡献越显著;纳米尺度的针状δ相能够有效阻碍位错运动,且即使发生断裂,所形成的微裂纹也不易发生扩展,从而提高了合金的疲劳开裂抗力。4.考察了厚度在0.1毫米至1毫米范围内的SLM成形Inconel 718合金试样的室温拉伸及疲劳性能尺寸效应。定义了能够反映SLM成形合金组织结构特点的“组织结构单元”,发现随试样厚度与“组织结构单元”尺寸比值(t/d)减小至1以下时,应变局部化行为的转变是导致试样发生过早颈缩且拉伸塑性显著下降的主要原因。初步建立了适用于预测SLM成形小微样件疲劳极限的概率统计模型,并提出了小微样件用于SLM成形合金室温力学性能测试评价时的可靠性判据:t/d≥4,且该判据对于薄壁件最小特征壁厚的选择具有重要理论参考。5.考察了表面粗糙度和打印厚度对厚度在毫米尺度范围的SLM成形Inconel 718合金试样650℃下疲劳性能的影响规律。结果表明,合金在经过表面机械磨抛处理后,其疲劳强度提升约50%。对于表面未处理态试样,较薄试样表现出更长的疲劳寿命,而表面处理态试样的疲劳寿命则表现出完全相反的趋势。有限元模拟结果显示,当表面缺陷深度小于200 μm时,缺陷形状相对于缺陷深度对于合金疲劳性能的削弱效应更加显著,弹性应力集中因子和缺陷深度的疲劳服役安全阈值分别为2和50 μm。