曲轴作为应急柴油发电机核心构件,其性能对核电站安全起着至关重要的作用。因曲轴结构复杂,其传统锻造工艺流程复杂、切削量较大,而激光直接沉积技术可实现复杂结构零件的短流程制造。但激光直接沉积是典型非平衡凝固过程,对成形工艺、组织结构及性能等的研究是发展激光直接沉积核电应急柴油发电机曲轴基础工作之一。因此对激光直接沉积合金钢非平衡凝固行为的系统研究具有重要科学研究意义及实际应用价值。本文以曲轴所用材料12CrNi2为研究对象,针对气雾化制备合金钢粉末研究较少的现状,利用气雾化感应熔炼技术制备不同Ce含量12CrNi2Ce合金钢粉末,采用OM、SEM、XRD、霍尔流速计等方法对所制粉末形貌、流动性及松装密度等进行表征。然后以所制的不同Ce含量12CrNi2Ce合金钢粉末为原料,利用激光直接沉积增材方法在Q235钢表面制备合金钢样品。应用OM、SEM、EDS、XRD、TEM、显微硬度和冲击韧性等方法,研究了激光直接沉积1 2CrNi2合金钢样品组织演化规律、相变热力学及Ce对12CrNi2Ce合金钢样品的组织结构及性能的影响。实验结果如下:气雾化制备12CrNi2Ce合金钢粉末最佳工艺参数为雾化压力9MPa、熔炼功率48kW,所制得粉末流动性为16.06s/50g,松装密度为4.44g/cm3,空心球率为0.8%,平均粒径76.57μm,球形度良好。在激光沉积工艺参数为功率1950W、扫描速度5mm/s、送粉率7g/min的条件下,成功制备出无裂纹、气孔缺陷的合金钢样品。在激光直接沉积12CrNi2Ce合金钢中,当T=Ms时马氏体相变阻力为2135.79J/mol,马氏体相变驱动力为-2208.04J/mol。当T=Bs时贝氏体相变阻力为1773.51J/mol,贝氏体相变驱动力为-1774.85J/mol。Ce在沉积12CrNi2Ce合金钢中起到了细化贝氏体铁素体、M/A岛及提高M/A岛含量的作用,M/A岛起到阻碍裂纹扩展的效果,进而提高了合金钢硬度及强韧性。当Ce含量为0.879wt.%时,沉积样品硬度为335HV,屈服强度为891.67MPa,抗拉强度为1000.11MPa,断面收缩率为37.4%,延伸率为12.8%,冲击韧性为60J/cm2,其性能已初步达到制造核电应急曲轴心部材料要求,该研究为后续曲轴增材制造研究奠定了良好基础。