增材制造(AM)是通过材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,它可以制造出形状复杂的零部件,进而实现快速、自由成型,能够完成传统制造方法无法完成的结构复杂的零部件,简化加工工序,提高生产效率,缩短生产周期。但我国对制备大型零部件的增材制造技术存在较大的空缺,对激光熔丝增材制造制备的金属制件微观组织演变和机理研究尚处于起步阶段,因此开展激光熔丝增材制造的基础研究在实现我国大型航空航天工程、海洋工程等关键零部件的制造具有重要意义。本文采用激光熔丝增材制造技术,制备了镍基高温合金GH3039块体沉积层。通过光学显微镜(Optical Microscope,OM)和扫描电子显微镜(Scanning Eletron Microscopy,SEM)研究了增材制造制备的GH3039合金的三个不同方位(横截面、侧截面与水平剖面)的宏观形貌与微观组织,包括块体沉积层的外形尺寸、宏观缺陷、不同区域的晶粒形态、晶粒分布和尺寸,探究了不同区域的微观缺陷类型及分布,最后针对沉积层横截面整体以及典型区域的显微组织,采用纳米压痕仪进行了硬度测试。结果表明,块体沉积层存在“坍塌”和“粘丝”两种现象,块体沉积层“坍塌”发生在沉积层边缘,而“粘丝”则分布不规律。沉积层的“坍塌”是由于沉积层边缘的熔池形态不稳定,易受到气流、振动的影响而发生流动,液态熔池的流动最终导致沉积层发生“坍塌”。此外,成型过程中由于熔池与熔池之间的搭接率为非理想值,后续成型过程中搭接率的变化使激光焦点与丝材出口端位置发生偏离,这也是导致沉积层出现“坍塌”和“粘丝”现象的原因。块体沉积层中主要存在两种类型的晶粒,柱状枝晶和等轴晶。在沉积层底部主要分布着柱状枝晶,中部为柱状枝晶与等轴晶,顶部主要分布着等轴晶。在沉积层底部、中部与顶部不同区域的单个熔池内也呈现出一样的规律。通过对不同区域的晶粒尺寸统计可以发现,柱状枝晶的平均宽度在底部最大,为18.6μm;在顶部最小,为9.6 μm。而等轴晶的平均晶粒尺寸在底部最小,顶部最大,分别为14.5 μm与17.2 μm。这主要与不同区域的散热条件及温度梯度相关。缺陷类型主要有沉积层层间搭接间隙、微观裂纹及孔洞。沉积层层间搭接间隙宽度在沉积层底部、中部与顶部三个区域不同,在底部搭接间隙宽度最大,达到176 μm,而中部和顶部相对较小,分别为60 μm和76μm,这主要是沉积层层间冶金结合不足,成型过程中冷却速度过快与沉积过程中急速冷却过程产生的热应力及内部存在较大残余拉应力导致的。沉积层顶部硬度值较高,而沉积层中部与底部不同区域、不同形态晶粒硬度值相差不大。但沉积层内部硬度值整体分布并不均匀,这主要与沉积层内部存在的微观组织不均匀、析出相与缺陷等密切相关。本文从宏观和微观尺度上研究了块体沉积层组织、缺陷与显微硬度,为激光熔丝增材制造奠定了一定的工艺基础,对后期的工艺设计及优化具有重要的指导意义,也为我国增材制造制备高性能大型金属零部件提供了一定的基础研究理论。