本文为解决电弧增材制造金属微观异质异构及构件整体成形难题,开展了高氮钢-不锈钢细丝等离子弧增材制造工艺以及成形极限尺寸研究,本文中使用的细丝分别为直径0.8 mm和0.6 mm的丝材,常规丝材直径为1.2 mm和1.0 mm。首先通过高速摄像设备进行了细丝等离子弧增材成形稳定性研究,得出适合的丝材端部高度为0.5 mm～1.25 mm,最佳送丝方向为前送丝;并探究了高氮钢细丝等离子弧增材熔滴过渡特征,结果表明,细丝等离子弧增材具有比常规丝材更高的熔滴过渡频率与更小的熔滴尺寸;相同金属熔敷量下直径0.6 mm细丝熔滴过渡频率约为直径1.2 mm丝材熔滴过渡频率的8倍,熔滴体积为其1/8。然后探究了高氮钢细丝等离子弧增材成形工艺参数窗口及工艺参数对成形尺寸的影响,得到了层高为0.17 mm,熔宽为9.8 mm的超薄熔敷道,以及熔宽为2.52 mm,层高为0.78 mm的极窄熔敷道。通过Design-Expert软件对高氮钢与不锈钢细丝等离子弧增材进行成形尺寸建模,得到层高和熔宽与工艺参数之间的数学模型。并对细丝单道多层直壁体增材最窄极限尺寸进行了研究,通过数学模型计算逐层改变增材的堆积速度,以控制直壁体增材宽度变化,得到更窄的直壁体;使用直径0.6 mm的不锈钢丝材进行最窄直壁体增材,得到了平均宽度为3.40 mm的直壁体。分别使用细丝及常规直径丝材,进行了不熄弧连续成形方式下高氮钢道中插入极短不锈钢段的道中交织成形试验;以及高氮钢道间堆积极窄不锈钢熔敷道的道间交织成形试验。结果显示,使用常规直径丝材进行这两种交织形式增材,均不能成形良好;但使用细丝进行道中交织增材实验,高氮钢-不锈钢衔接处可以得到良好的表面形貌,熔敷道整体成形良好;道中交织方式下高氮钢道中插入5 mm段不锈钢进行多层多道增材,沿着堆积方向抗拉强度为795 MPa,断后延伸率为32.1%,冲击韧性值为71.3 J/cm~2。使用细丝进行道间交织增材实验,在两边高氮钢间预留1 mm间隙时,堆积的最窄不锈钢熔敷道表面宽度为4.2 mm,且高氮钢-不锈钢交织处成形良好,无明显缺陷;沿着堆积方向抗拉强度为840 MPa,断后延伸率为36.7%,垂直堆积方向冲击韧性值为88 J/cm~2。