激光熔化沉积技术作为一种高性能金属构件的增材制造技术,具有制备周期短、材料利用率高、工序简单等优点,近年来得到了广泛的关注和发展。然而由于激光熔化沉积技术具有快速非平衡凝固、定向凝固等特征,其显微组织存在溶质和第二相偏析、粗大柱状晶外延生长的共性问题,这些问题制约着材料的性能以及应用。深化对显微组织特征的认识和掌握有效的显微组织调控手段对于促进激光熔化沉积技术的应用以及材料开发具有重要意义。本文以典型V-5Cr-5Ti(BCC)和316L(FCC)合金为研究对象,采用固溶+时效处理的方法,对激光熔化沉积V-5Cr-5Ti合金中出现的溶质及第二相偏析进行调控,研究了不同固溶和时效温度对微观组织、第二相偏析的影响规律;采用在激光熔化沉积过程中耦合超声振动的方法,对316L不锈钢的外延柱状晶生长进行调控,研究了不同超声功率对晶粒形态尺寸、凝固组织形成机制以及晶粒生长特性的影响。主要研究结果如下:激光熔化沉积V-5Cr-5Ti合金的显微组织中存在着大量沿晶界和枝晶界网状偏析分布的Ti-(CNO)片状第二相。首先对该合金在800℃、1000℃、1200℃、1400℃和1560℃的温度下进行固溶处理。结果表明,随着固溶温度从800℃升高到1560℃,合金的晶粒尺寸未发生明显长大,而偏析的第二相的尺寸和密度不断减小。当固溶温度达到1560℃,大部分的杂质元素可固溶进基体中,形成过饱和固溶体。对1560℃固溶处理后的样品进行800℃、1000℃和1200℃不同温度的时效处理。结果表明,晶粒内部第二相呈现均匀析出,且随时效温度的升高,第二相的密度先增大后减小,第二相长度不断增大,而第二相的形状从类球形向条状转变。因此,固溶与时效处理可成功消除激光熔化沉积V-5Cr-5Ti合金的成分与第二相偏析。与沉积态和固溶样品相比,时效样品由于第二相的析出强化而具有更高的硬度。然而对于时效样品来说,第二相密度最高的样品反而具有最低的硬度,推测是由于晶粒中规则排列的条状第二相将晶粒内部分割成了多个区域,而位错仅能在这些区域中滑动,从而降低了交滑移与位错反应的概率,使得硬化效果降低。激光熔化沉积过程中316L不锈钢晶粒发生定向凝固外延生长,形成粗大的柱状晶。在沉积过程中施加频率为20 kHz,超声功率为600 W、800 W、1000 W的超声振动。结果表明,超声振动会将沿[100]方向外延生长的粗大原生柱状晶打碎,产生细化晶粒的效果;同时沿样品生长方向传递的超声振动增大了柱状晶粒内沿长轴方向的累积取向差,提高了该方向上的平均位错密度。施加超声有助于加强熔池流体的对流,降低沿沉积方向的温度梯度,使得垂直生长的柱状晶更快转变为八字形柱状晶;同时提高合金凝固冷速,使得柱状晶宽度以及晶粒内部一次枝晶列间距减小,实现了宏观晶粒尺寸与微观枝晶间距的同时细化。随着超声功率从600 W增大到1000 W,柱状晶宽度和一次枝晶列间距略有增大,推测可能是由于部分振动机械能在熔池中转换成热能,降低了熔池冷却速率导致的。