合金钢在国民经济和国防诸多工业领域发挥着重要作用,因其具有良好的强韧性和耐磨性,一直是高速列车制动盘的主要使用材料。传统合金钢制动盘制造工艺繁琐,流程和加工周期长,且不能满足日渐复杂的设计需求。选择性激光熔化增材制造(SLM)技术因一体化的三维立体直接成形工艺,解决了复杂结构设计的要求,效率高,节约成本,是实现环境友好、资源节约和自动化制造的理想制造工艺。然而由于合金钢成分复杂,物相和相变不易控制,选择性激光熔化增材制造过程中工艺参数、组织演变和性能之间的相互作用关系难以控制而限制其发展。因此,本文选取制动盘材料24CrNiMo合金钢为研究对象,揭示了激光增材制造工艺参数对缺陷特征和组织演变的影响规律,研究了激光增材制造样件的显微组织、力学行为、摩擦磨损性能及其相互作用的关系,探究了后热处理工艺对激光增材制造24CrNiMo合金钢组织与性能的作用机理,以达到进一步提高其性能的目的。本文面向24CrNiMo合金钢实施激光增材制造,旨在获得优化的工艺参数,降低缺陷,改善性能,为解决高性能合金钢构件激光增材制造控形控性问题提供必要的理论基础和实践指导。研究中,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计、电子万能实验机以及摩擦磨损试验机等现代材料分析测试仪器对激光增材制造24CrNiMo合金钢在三种热处理工艺前后的显微组织、物相组成以及力学性能和摩擦学性能进行研究,其中热处理工艺为:980℃保温2h油淬;350℃保温2h空冷;980℃保温2h油淬后350℃保温2h空冷调制。主要结论如下:(1)基于本研究中采用的24CrNiMo合金钢气雾化粉末通过EOSINTM280选择性激光熔化金属成形机增材制造块体样件。围绕成形样件的致密度和微观缺陷两种指标,获得优化的工艺参数为:激光功率250W,扫描速度800mm/s,扫描间距0.11mm,层厚40μm。(2)激光增材制造24CrNiMo合金钢的显微组织大体分为三种:(a)高能量密度,较低的冷却速度下,形成致密的高温奥氏体柱状枝晶组织和枝晶间的板条状马氏体组织;(b)低能量密度,高冷却速度下,形成少量马氏体伴随着残余奥氏体;(c)经优化的工艺参数下,形成马氏体和贝氏体复相组织伴随着少量残余奥氏体。与此同时,观察到不同激光工艺参数下成形样件的微观组织总体上均存在不同程度的取向性。(3)经9800℃×2h,油淬后,晶粒得到细化,各向异性得到改善,板条状马氏体向针状马氏体转变;经350℃×2h回火后,各向异性的枝晶少量存在,主要为低碳马氏体和奥氏体伴随少量羽毛状的上贝氏体组织;经980℃×2h,油淬350℃×2h调制后,显示出强韧性配合良好的贝氏体和准贝氏体的显微组织。(4)优化工艺参数下沉积态激光增材制造24CrNiMo合金钢的室温显微硬度为560HV0.3,经调制处理后达到最大值586HV0.3。室温抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为1368MPa、920MPa、13.2%,经调制处理后抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均有所提高,分别为1405MPa、1020Mpa、13.6%,显示出良好的强韧匹配性,优化工艺参数下的沉积态样件和不同热处理态样件的拉伸断裂方式均为韧性断裂。(5)相同载荷和磨损距离下,优化工艺参数下的沉积态样件平均磨损失重量最小,为1.57mg。经调制处理后,耐磨性提高,平均磨损失重量为0.6mg,优于沉积态和其他热处理状态下的样件,磨损机制主要为磨粒磨损。