沉淀硬化(PH)不锈钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,广泛应用于飞机部件、海洋设施、化工和石油工业。优异的性能来源于热处理后在马氏体基体中析出富Cu相。然而,由于PH钢的高强度和高硬度,使其加工成复杂结构零件存在困难。金属增材制造技术如选区激光熔化(SLM)和直接能量沉积(DED)的出现为PH钢的广泛运用提供了希望。然而增材制造PH钢目前还处在起步阶段,因此有必要深入地研究增材制造PH钢的微观结构及力学性能,拓展其工程应用范围。本文利用SLM技术制备15-5PH,研究热处理过程中组织结构的演变以及热处理(H900)对力学性能的影响。结果表明,在SLM 15-5PH样品中存在大量的近球形纳米尺寸氧化物团簇。此外,在打印态SLM 15-5PH中观察到大量残余奥氏体,这导致其屈服强度(YS)和抗拉强度(UTS)较传统的锻造15-5PH低,但是延伸率(Ef)更高。SLM 15-5PH和锻造15-5PH在热处理(H900)后表现出相似的析出行为。热处理能有效地减少残余奥氏体含量,剩余的奥氏体在拉伸过程中完全转变为马氏体,发生应变硬化。细化的晶粒结构,位错在氧化物团簇周围和亚微米晶界处的集中,以及应变硬化使热处理SLM 15-5PH的强度(YS:1370 MPa;UTS:1495 MPa)比相同条件下的锻造材料的强度(YS:1296 MPa;UTS:1410 MPa)更高,同时延伸率保持在较高水平(Ef:14.4%)。本文研究扫描策略对SLM 15-5PH致密度、微观结构、织构和力学性能的影响。由于热历史的不同,采用不同扫描策略制备的SLM 15-5PH显示出不同的奥氏体/马氏体比例。沿沉积方向观察到弱的γ纤维织构,织构水平与扫描策略密切相关。采用孤岛扫描策略,可以获得高致密度的具有细晶组织结构的SLM 15-5PH,从而,在没有热处理情况下也获得较高的强度(YS,892 MPa;UTS,1191 MPa)和延伸率(Ef,18.7%)。研究结果有助于调控SLM 15-5PH组织结构和力学性能。本文研究不同成形方向和热处理(H1025)以及热等静压(HIP)对SLM 15-5PH组织结构和疲劳性能的影响。结果表明成形方向不仅影响材料组织结构,还影响材料内部孔缺陷的尺寸和形状,进而影响单调拉伸和疲劳性能。热处理能有效地提高疲劳极限。经过热等静压处理后孔缺陷减少,疲劳寿命提高。所有试样疲劳裂纹都是从靠近表面的孔缺陷开始萌生并扩展,对疲劳性能起决定性作用的是孔的形状,尺寸和相对表面的位置而不是孔的数量。本文采用DED技术沉积成形长方体(DC)和沉积成形薄壁(DW)两种不同几何形状的15-5PH零件,研究不同的几何形状、截面方向和位置对微观组织和力学性能的影响。采用有限元模拟方法研究沉积过程的热历史。实验和模拟结果表明,由于DED加工过程中复杂的热历史,零件在不同的几何形状、方向和位置上的显微组织不同,从而导致力学性能的差异。热处理(H900)显著减少了残余奥氏体的含量,消除了弱织构,使组织结构和力学性能更均匀。然而,远离基板的部分比靠近基板的部分含有更粗的晶粒,导致力学性能降低。