增材制造(也称为3D打印技术)被认为是一项革命性技术,因为它将产品的设计及制造方式从根本上改变,而选区激光熔化技术亦是其中发展最为广泛、应用最为先进的技术之一。它是在SLS的基础上发展起来的另一项增材制造工艺,对比其他几种制造技术,SLM技术具有更高效、更便捷、开发前景更广阔的优势。社会的大力发展离不开桥梁、船舶以及航空航天等领域的创新,30CrMnSi合金钢作为一种高强度中碳合金钢,具有较大的抗拉强度和屈服点,在航空航天和军工领域中应用极其广泛。但在目前研究现状内,针对SLM成形Al基合金,不锈钢以及钴铬合金等金属的研究较多,关于30CrMnSi合金钢的SLM成型工艺的探索尚未成熟,相关研究数据并没有形成一套工艺体系,故本课题以30CrMnSi中碳合金钢作为成型材料,主要探讨工艺参数(铺粉厚度、激光功率、扫描速度、扫描间距)对成形零件力学性能和致密度的影响,并详细研究了 30CrMnSi中碳合金钢SLM态试样的显微组织、合金物相以及断裂后的断口形貌、断裂机制,为进一步研究SLM成形工艺提供理论基础。主要研究工作与结论如下:(1)通过正交实验法设计工艺参数制备试样,对成型后的试样进行致密度、显微硬度和强拉强度的检测、分析,得到各个工艺参数对制件性能的影响关系;并得到了在不同考察指标下最佳成型工艺参数,且30CrMnSi合金钢多用于航空航天领域,其最重要的性能指标为抗拉强度,该条件下最佳工艺参数为P=270 W、V=900 mm/s、S=0.10 mm、H=0.02mm;30CrMnSi合金粉末经SLM成形后的制件致密度随着能量密度的增大出现了先增大后减小的趋势,并且在一定的能量密度区间内试样致密度随着铺粉层厚的升高而逐渐降低。能量密度在120 J/mm3-210 J/mm3这一区间内形成的试样致密度最高,约为94%左右;而当能量密度为45.0 J/mm3、357.1 J/mm3,试样致密度达到最低分别为77.5%和80.2%。(2)利用正交试验设计的工艺参数经SLM工艺成形的30CrMnSi合金试样经打磨、抛光、腐蚀后在显微镜下观察发现试样内部在冷却初期形成大量铁素体相和奥氏体相,试样内部的晶粒形态各异且形状较为细小,在靠近熔池的内部区域呈现为等轴状树枝晶而靠近熔池边界区域的晶粒则表现为圆柱状枝晶。利用X射线衍射分析发现试样内部显微组织由α-Fe(Cr)基体和γ-Cr1.36Fe0.52第二相这两相组成。极大的过冷度和冷却速率导致结晶过程中溶质来不及再分配是形成新相γ-Cr1.36Fe0.52的主要原因。由于试样内部同时存在细晶强化作用与固溶强化效应,在二者的相互协同下,SLM态试样的显微硬度要远远大于铸造件的显微硬度。在抗拉强度试验中,各组试样均未出现宏观颈缩现象,根据断口 SEM形貌图可知SLM成形的30CrMnSi合金试样的断裂机制为脆性断裂。(3)利用激光选区熔化工艺成形30CrMnSi合金钢试样的过程中发现,九组参数下成形后的试样存在孔隙、裂纹以及残余应力等此类冶金缺陷,这也是SLM工艺中常见的缺陷种类。孔隙主要由粉末在摄入激光后熔化不足导致,且形状不均匀的孔洞更容易形成构件的宏观缺陷,可通过改善工艺参数来控制孔隙的数量;裂纹的形成主要是在内应力或其他至脆影响下构件内部的金属原子之间的结合力下降遭到破坏而形成的新界面所产生的间隙,且与材料的自身属性关系较大;残余应力的出现会导致零件出现微观缺陷和宏观破坏,微观缺陷会导致金属内部裂纹的形成而宏观破坏则体现在零件出现翘曲变形的现象。