激光立体成形技术是以同步材料送进为主要技术特征的金属增材制造技术,能够实现高性能金属构件的无模、快速、近净成形。激光立体成形技术具有与传统加工技术完全不同的成形原理,材料物理冶金过程非常复杂,还存在许多未认识清晰的成形与材料冶金原理问题。钢作为研究金属材料相变的基础材料体系以及应用最为广泛的工程材料,激光立体成形的研究与应用却最不成熟。开展钢类材料激光立体成形的研究,将有助于深化对金属材料激光立体成形过程中材料冶金、相变及组织演化行为的认识与理解。2Cr13不锈钢是一种广泛应用的马氏体不锈钢,耐腐蚀性能以及综合力学性能良好,具有重要的工程应用价值。考虑到2Cr13不锈钢应用的广泛性,同时其在加热和冷却过程中的相变过程较为复杂,具有一定代表性,本文选择2Cr13不锈钢作为研究对象,针对激光立体成形2Cr13不锈钢中存在的成形、材料物理冶金等方面的问题,研究了激光立体成形2Cr13不锈钢的成形行为、氧化行为以及组织特征与力学性能。取得的主要研究结果如下:（1）空气、氩气和氮气环境不会改变激光功率、扫描速度、送粉率等工艺参数对激光立体成形单道熔覆层宽度、高度的影响趋势。同样工艺参数条件下,在空气下,单道熔覆层宽度、高度最大;在氩气下,功率密度较大时,单道熔覆层宽度、高度大于在氮气下;较小时,两者则几乎一致。在空气、氮气下,沉积试块的成形形状较好;而在氩气下成形形状差。在空气下熔池内的氧化反应放热,在氩气下的等离子体效应会影响生成熔覆层的有效能量输入;不同成形气氛下液态金属的流动性不同,这些因素导致不同成形气氛下激光立体成形2Cr13不锈钢成形特征的差异。（2）激光立体成形逐层沉积过程中,边界熔覆层的形状由基底与粉末累积高度的“叠加效应”以及液态熔池的流动变形决定,不可简化为初始熔覆层形状的简单平移。由于边界熔覆层具有弧状形状以及激光束存在成形范围,边界熔覆层会逐层向沉积体内部收缩。液态熔池的流动变形使得边界熔覆层外边缘向外扩展,促使边界熔覆层由类“球冠”状转变为类“球缺”状,对边界熔覆层的向内收缩具有抵消作用。边界熔覆层的向内收缩与液态熔池变形的向外扩展共同决定了外侧壁的发展方向。适当增加熔覆层高度,能够促进熔池的“流动变形”效应,有助于控制外侧壁尽早竖直发展。（3）氧化反应显著增加沉积试样中的O元素含量,同时消耗C、Cr等重要合金元素。当环境氧分压低于某一临界值时(本文中为2.1×10^-3 atm),熔池将从氧化转变为脱氧,沉积体将被“纯化”。当环境氧分压足够低时,沉积体中氧含量可低于粉末的初始氧含量约一个数量级。沉积体的“增氧/脱氧”主要发生在熔覆沉积过程中的熔池形成阶段。基于对气态氧化物在气相层内的传输分析,建立了描述沉积体“增氧/脱氧”行为随氧分压转变的模型。分析结果表明,易挥发氧化物在沉积体的“脱氧”过程中具有重要作用。降低氧分压、增加易挥发氧化物形成元素都能促进沉积体“脱氧”的发生。（4）在大气下,沉积体中的氧化物主要包括无定形或者球形的复合氧化物（由尖晶石和硅酸盐组成）以及规则多边形状的尖晶石氧化物。其中,无定形颗粒尺寸较大,最大约达100μm。当环境氧分压降低时,氧化物主要由球形硅酸盐氧化物颗粒组成,尺寸较小（约0.8μm）且均匀。沉积体中的氧化夹杂特征取决于液态金属凝固结束前氧化物（熔渣或者尖晶石）的析出以及液态金属凝固结束后熔渣颗粒的凝固过程。一般情况下,沉积体中氧化夹杂颗粒的数量与尺寸由熔渣颗粒的形核控制;当熔渣颗粒数量足够多时,颗粒间的碰撞-合并会导致沉积体中氧化夹杂颗粒数量减少而尺寸显著增加。（5）激光立体成形2Cr13不锈钢的微观组织演变与沉积热历史具有重要关联。单道熔覆时,熔池内实际凝固路径为:（L→δ）→（L+δ→γ）→（L→γ）,导致单道熔覆沉积试样内枝晶干为马氏体、枝晶中心存在高温铁素体,枝晶间为骨架状奥氏体。多道多层沉积时,热积累使得基材温度高于Ms温度,凝固后的奥氏体将在高温下发生γ→Carbides和γ→α+Carbides转变。当连续熔覆沉积时间足够长时,M₂₃C₆型碳化物将沿原始奥氏体晶界充分析出,形成粗大的碳化物析出区,奥氏体转变为铁素体;当连续熔覆沉积时间不够长时,碳化物同样沿晶界析出,但不形成粗大碳化物析出区,奥氏体不会转变为铁素体,并在冷却后形成马氏体。当重新进行熔覆沉积时,生成的马氏体将发生回火而形成回火索氏体。（6）沉积体的晶粒总体上呈现为沿沉积方向的柱状晶。单壁墙、小尺寸块状沉积试样的晶粒受凝固过程控制,柱状晶平直,等轴晶较少。对于大尺寸块状试样,除顶部外的大部分区域内,主要表现为弯曲柱状晶,柱状晶按近“C”形排列;在顶部区域,沿沉积方向,弯曲柱状晶之上会依次出现“项链晶”、“等轴晶”以及“平直柱状晶”。由于大尺寸块状试样的热累积较为严重,奥氏体在高温保温过程中的再结晶导致“等轴晶”生成。在连续沉积近似定向的温度梯度条件下,等轴晶的“定向再结晶”形成了弯曲柱状晶及其“C”形排列。（7）激光立体成形2Cr13不锈钢的拉伸性能具有较明显的各向异性,纵向拉伸时强度较低塑性较好,横向拉伸时强度高而塑性较差;横向拉伸时,从沉积试样顶部到底部,强度逐渐降低,其中抗拉强度降低较为明显,而屈服强度略有降低,塑性则基本不变。抗拉强度主要受后续熔覆沉积层对已熔覆沉积层的再加热回火程度的影响,回火程度大,硬度低,抗拉强度低;屈服强度则受晶粒在拉伸方向的尺寸影响明显;横向拉伸颈缩时,垂直于拉伸方向的柱状晶转向拉伸方向,弱化了材料的塑性。