针对丝材电弧增材制造高强高硬增材结构的难题,引入铁基碳化钨作为增强增硬相,以高氮钢作为基础相,利用等离子弧作为铁基碳化钨难熔丝材的热源,进行了铁基碳化钨高、低电流范围工艺试验,铁基碳化钨与高氮钢异步双丝层间交叠构件增材试验,以及同步双丝均质增硬构件增材试验。研究了不同条件下微观组织、显微硬度、拉伸性能、冲击性能以及动态力学性能变化规律,为多维异质高强高硬增材结构-性能一体化设计与制造提供了理论依据和工程应用参考。首先分别在高、低电流范围内对铁基碳化钨丝材进行等离子弧单道堆焊试验研究,分别分析了不同电流规范下的显微组织和硬度性能。研究发现,铁基碳化钨粉芯丝材能够采用等离子弧实现很好的进行堆敷,其堆敷层主要由α-Fe、γ-Fe、Fe3W3C、未熔化的W2C和WC颗粒构成。性能测试表明,随着热输入增大,碳化钨含量明显减少使得堆敷层硬度下降。进一步进行了铁基碳化钨丝材等离子弧单层多道增材试验研究,获得了成形良好的增材工艺规范。组织观察发现道间交界处存在大量弥散分布的第二相微粒,且底部比中部数量更多。显微硬度测试结果得出,随着道间温度从370℃降低到30℃,显微硬度明显上升约16%,表明道间温度高低会影响堆敷层的硬度。在上述基础上开展了铁基碳化钨与高氮钢同步双丝均质增硬构件等离子弧增材试验研究。设计并增材了4种增强增硬铁基碳化钨与高氮钢配比的单道多层结构。性能测试表明,随铁基碳化钨比例增加,增材结构的显微硬度随之增加,相较纯高氮钢增材结构最大提升至1.27倍,分析是由于显微组织里存在合金碳化物和残留的碳化钨弥散强化所致。动态力学性能测试表明,随之铁基碳化钨比例的增加,动态屈服应力相应提高,最大可达1576MPa,高出高氮钢纯材428MPa。最后进行了铁基碳化钨与高氮钢异步双丝层间交叠构件等离子弧增材探索性试验研究。设计并增材了高氮钢与铁基碳化钨层数比为3～7的层间交叠结构,发现当铁基碳化钨层数比例较高时,在多层块体中部极易出现裂纹,分析是由于WC硬质相比例过高,热应力过高所致。组织观察发现铁基碳化钨-高氮钢交界面存在平均宽度约130μm的过渡层,而高氮钢-铁基碳化钨交界面过渡层约50μm。在20mm高度内,增材件竖直方向随着堆敷层从高氮钢过渡到铁基碳化钨堆焊层,显微硬度随之提高,第一层铁基碳化钨堆敷层平均显微硬度均在423～447HV之间。