综述了增材制造马氏体时效钢的研究进展，包括增材制造工艺和后处理对力学性能和微观组织的影响以及异质结构马氏体时效钢和梯度结构马氏体时效钢的力学性能和组织结构特点。此外，还总结了增材制造马氏体钢的合金成分、主要作用及其设计思路，分析了合金成分对马氏体时效钢的力学性能和微观组织的影响，着重讨论了复合颗粒增强相在增材制造马氏体时效钢中的强化效果与强化机制。介绍了增材制造马氏体时效钢在随形冷却模具、激光熔覆修复技术和表面涂层或表面改性等领域中的应用，并对增材制造马氏体时效钢在未来的发展方向进行了展望。

在气雾化制粉过程中，坩埚熔蚀形成纳米夹杂物是难以避免的。采用选择性激光熔融设备对添加有纳米氧化铝粉的18Ni300模具钢粉进行3D打印，研究纳米氧化铝添加量对成型件组织和力学性能的影响规律，确定杂质的容忍限度，为气雾化制粉提供决策依据。研究结果表明，当纳米氧化铝添加量（质量分数）不高于1%时，打印态样件及低温时效热处理态样件中未发现第二相偏析现象；当纳米氧化铝添加量高于1%时，出现了Ni₃（Al，Ti）和Al₂O₃偏析相，内部裂纹和球形气孔数量增加，成型件的力学性能下降。添加1%纳米氧化铝的时效热处理态样件的抗拉强度最大，为1658 MPa。

为了获得高精度、高光洁度和高质量的随形水路模具, 达到良好冷却效果。采用HANS M160选区激光熔化(SLM)设备对1.270 9模具钢粉末进行单因素试验法探究重复扫描次数、扫描偏置对成形质量的影响, 并对比添加激光轮廓参数后对成形质量的影响。结果表明, 当激光功率150 W、扫描速度1 150 mm/s、扫描间距50 μm、铺粉层厚为30 μm, 轮廓扫描次数为1次、扫描偏置为0 mm时, 此时的输入能量密度为86.96%, 可以获得硬度367 HV0.1, 侧面粗糙度5.69 μm, 致密度高达98.61%。经过试验验证, 添加激光轮廓参数能改善制件的成形质量。

通过选取激光熔化(SLM)技术打印制备18Ni300试样, 采取不同的热处理工艺和冷却方式进行热处理研究, 通过拉伸试验、洛氏硬度及金相显微等性能检测, 可得知不同热处理后的材料力学性能, 其中经去应力退火550 ℃+固溶处理820 ℃+时效490 ℃热处理后得到金相组织为细小的板状马氏体, 硬度可达54 HRC, 抗拉强度达1 800 MPa, 具有良好的综合力学性能, 可对SLM打印金属零件热处理提供参考。

采用选区激光熔化(SLM)技术制备4Cr5MoSiV1模具钢试样, 研究激光线能量密度η对显微组织、碳元素损耗及显微硬度的影响。研究表明：SLM成型4Cr5MoSiV1模具钢试样的显微组织主要为马氏体和少量残余奥氏体。脱碳反应、飞溅行为和元素烧蚀共同造成碳元素的损耗, 当η=950 J·m-1时, 碳元素损耗率高达17.7%。随着η的增加, 试样的晶粒尺寸增大、碳元素损耗率升高、马氏体含量降低; 在同一η下, 试样过渡区的晶粒尺寸最小、碳元素损耗率最低, 而热影响区的晶粒尺寸最大、碳元素损耗率最高。随着η的减小, 孔隙缺陷增多; 当η过大时, 试样将出现冷裂纹缺陷。当η=905 J·m-1时, 试样显微组织均匀, 致密度高, 具有较高的显微硬度(熔池中心区域为710.3 HV, 过渡区为732.4 HV)。

针对热作模具用H13钢工况下易产生热疲劳失效的问题,采用Nd: YAG激光器在H13钢表面制备Co基合金涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,对涂层组织、合金元素分布及物相组成进行检测。利用显微硬度计和热震实验法,测试热疲劳对Co基合金涂层和淬火回火态H13钢硬度影响。结果表明,Co基合金涂层从底部到表层,依次为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶。Co基合金涂层物相主要由γ-Co和M23C6相组成,热疲劳后涂层表面形成M2O3和M3O4(M=Fe,Co,Cr)氧化物。Co基合金涂层硬度最高可达706HV0.2且呈梯度降低; 热循环1000次后,Co基合金涂层表面硬度降低24.4%,H13钢表面硬度降低37.7%,Co基合金涂层硬度下降幅度低于H13钢。热循环1000次后,Co基合金涂层表面未发现明显热裂纹,H13钢表面形成大量网状热裂纹。Co基合金涂层中,Cr元素形成致密Cr2O3氧化膜使其热疲劳性能优于H13钢。

提出了正交试验和Vague集相结合的Cr12MoV工具钢工艺参数优化方法。以激光功率、扫描速度、搭接率、黑漆涂层厚度为优化工艺参数, 以淬火后材料表面硬度、淬层深度、淬层相对磨损量和腐蚀速度为综合工艺优化目标。首先进行了正交试验获得数据样本, 然后借助Vague集理论对数据进行分析处理实现对工艺参数的优化。先进行单工艺目标优化, 再通过单工艺目标权重求和进行综合工艺目标优化, 将多目标优化问题转化为单目标优化问题。优化结果为: 激光功率1400 kW、扫描速度15 mm/s、搭接率40%、涂层厚度60 μm。验证试验结果表明, 优化工艺参数使淬火层硬度提高了1.62%, 相对磨损量下降了9.84%, 腐蚀速度下降了9.26%, 淬层深度仅减小1.33%。

分析了高速精密磨削9CrWMn冷作模具钢的机理,采用DEFORM软件对高速磨削模具钢9CrWMn过程进行了磨削力仿真.使用高精密高速平面磨床对模具钢9CrWMn进行了高速精密磨削试验,并在线测量了多种工况下的磨削力.结果表明:在其他两组工艺参数不变时,随着工件进给速度增加,磨削力特别是法向磨削力会增大近45%;法向磨削力和切向磨削力随着砂轮的线速度上升而下降,法向磨削力下降近33%;磨削深度对磨削力影响较大,大的磨削深度对法向磨削力的影响尤其显著,可使法向磨削力增大近100%.分析了磨削工艺参数对比磨削能的影响规律,结果显示:随着磨削深度和工件进给速度的增大,比磨削能呈比较明显的下降趋势,符合磨削加工中的尺寸效应;随着砂轮线速度的增大,比磨削能呈上升趋势.最后,对高速磨削前后工件表面的微观形貌进行了对比分析,磨削力试验结果和仿真理论分析相一致.

采用正交实验的方法,以半导体激光器对H13模具钢进行激光淬火,研究激光功率、扫描速度、搭接率等工艺参数对激光淬火后材料性能的影响,并对组织进行观察分析.结果表明,当激光功率为1 800 W,扫描速度为1 000 mm/min,搭接率为40%时,H13钢表面硬化性能最佳,其表面硬度高达777.5 HV0.2.

利用6 kW横流CO2激光器制备了Co50熔覆层和不同成分配比的Co/TiC复合涂层来改善H13模具钢表面的热磨损性能。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计和高温摩擦磨损试验机分析了涂层的结合特征、物相组成和不同温度下的摩擦磨损性能。结果表明, 当预置层粉末TiC含量(重量百分比)小于等于20%时, 熔覆层与H13钢基材呈良好的冶金结合; 随着TiC含量的增加, Co/TiC复合涂层截面平均显微硬度呈上升趋势, 但涂层中基体相种类减少: Co＋10%TiC涂层由TiCo3、Cr2Ni3和Cr-Ni-Fe-C组成, Co＋20%TiC涂层由Cr2Ni3和γ-Co组成, Co＋30%TiC涂层为γ-Co固溶体。Co＋20%TiC涂层的高温耐磨性比Co50涂层显著提高, 摩擦系数平稳; 700 ℃时复合涂层的磨损机制主要为氧化磨损和疲劳磨损。结果显示Co＋20%TiC涂层具有良好的综合性能。