电弧熔丝增材制造技术(Wire and Additive Manufacturing,WAAM)以其沉积效率高、丝材适用类型广、尺寸无限制及焊接设备成本低等优势,被广泛应用在航空航天、汽车、快速成形模具等行业。但由于在此成形过程中,多次的热循环,使得材料容易出现粗大的柱状晶,导致组织和性能上体现一定的各向异性,且试样中还存在无法避免的变形和残余应力,严重影响了材料的使用性能。超声冲击技术以其高频、高速特点作用在金属试样表面,使得作用区域发生明显的塑性变形,导致该区域位错密度增加、晶粒尺寸降低、组织得到明显的细化;且由于冲击头的高频往复将试样表层的冲击效果进行叠加、强化,松弛了试样本身的拉应力,引入了有益的压应力,使得材料表面得到强化,有效的改善了材料的应力状态。本文以HS321不锈钢丝为原材料,321不锈钢板为基板,利用WAAM技术进行单道单层沉积,以沉积层形貌、几何尺寸为衡量指标,探究及分析不同工艺参数对成形的影响,且又对不同工艺参数下的沉积层进行了组织观察及性能测定,进一步探究成形工艺参数对沉积层组织及性能的影响;并选取成形较好的一组沉积层进行不同功率的超声冲击处理,对其进行微观结构及性能分析,研究结果表明:电弧熔丝沉积成形与送丝速度、运行速度有较大的关系。当送丝速度与运行速度匹配良好时,可得到成形形貌较好的沉积层,为抛物线型;沉积材料完全被熔化,与基板连接处没有裂纹、孔洞等常见缺陷,二者属于较好的冶金结合。且整个熔池区成分均匀,没有发现成分偏聚的现象;随着送丝速度的增加,熔宽显著增加,熔高减少,宽高比显著升高,接触角减少,稀释率增加;随着运行速度的增加,熔宽和熔高都有所降低,宽高比变化不大,接触角也会减少,但减少程度要低于送丝速度,稀释率有降低的趋势;相对于送丝速度,运行速度对沉积层组织及性能影响较小。随着送丝速度的增加,沉积层组织变得粗大,其硬度随着送丝速度的增加而降低;运行速度对沉积层组织无明显影响,对其硬度影响也较小,送丝速度为4.5 m/min时,硬度值在170HV左右。为了研究超声冲击对沉积层微观结构的影响,利用超声冲击技术对沉积层表面进行不同功率(400W、800W、1000W)的超声冲击处理。实验发现,超声冲击通过在沉积层表面发生塑性变形,使其位错密度增加,晶粒尺寸减小。通过超声冲击前后组织观察,未进行超声冲击沉积层顶层组织为完整胞状结构,尺寸为45.5μm左右。经过超声冲击后的组织有一定的塑性变形,存在明显碎化、拉长的现象,晶粒尺寸也明显降低。当超声冲击功率为400W、800W和1000W时,胞状晶粒尺寸约为28.7μm、25.3μm、18.7μm,与未冲击胞状组织相比分别减少了37%、44.4%、58.9%。随着距超声冲击后得到表面的距离的变大,超声冲击细化微观组织的效果逐渐变得微弱;除了细化组织,超声冲击在沉积层表层还诱发马氏体相变,且超声冲击功率的增加,诱发马氏体程度也逐渐增加。超声冲击处理还对提高沉积层性能有一定的作用。在沉积层表层,随着超声冲击功率的逐渐增大,表层显微硬度也呈现同样的增大趋势,且作用深度也逐渐增加。当超声冲击功率为1000W时,沉积层表层显微硬度最大,达到315.20HV,与未冲击沉积层相比,增加了 87.84%,且其作用深度可达1600μm;超声冲击处理在沉积层表面引入了有益的压应力,使沉积层应力重新分布。沉积层未进行冲击时,在近表面和后段表层都表现出拉伸残余应力,与沉积层心部的压缩残余应力保持平衡。未冲击沉积层表层X方向拉应力值为117MPa,Y方向拉应力值为76MPa,在770μm时压应力达到最大值,X方向最大应力为-59MPa,Y方向最大应力为-22MPa;而经过超声冲击后的沉积层表现为压应力,且随着距离表层距离的增加,压应力呈现先增大后减小的趋势。同时,随着超声冲击功率的逐渐增加,表现为压应力区域的深度也呈现增大的趋势。