选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)过程中金属粉末经历快速加热熔化与快速冷却凝固的热循环,产生较大的温度梯度,使得选区激光熔化成形零件产生较大的残余应力从而导致零件变形甚至开裂,影响零件的使用性能。有限元方法是快速、经济地预测SLM零件全局残余应力的一种有效方法。然而,对于存在相变的材料而言,由于SLM过程中的固态相变效应会显著影响成形零件的应力状态,传统基于理想弹塑性假设的有限元模型预测结果与实测值往往存在较大误差。因此,本研究面向6511马氏体不锈钢,建立了一套考虑固态相变的多尺度热力耦合有限元模型,描述SLM过程中的材料固态相变行为,并研究SLM过程中温度场、相变场、残余应力场的演化规律。首先,基于6511马氏体不锈钢SLM工艺优化实验,通过对增材制造试样的相对致密度、组织结构和力学性能的表征,研究6511马氏体不锈钢最优SLM工艺参数,即确定激光功率和扫描速度,以此作为多尺度有限元仿真模型的边界条件输入。然后,采用Gleeble 3500C热模拟机开展自由热膨胀试验,明晰6511马氏体不锈钢在SLM热循环过程中的相变类型,同时确定材料的相变温度、体积效应应变和热膨胀系数等参数;采用MTS E45.105万能试验机进行高温拉伸试验,获得不同物相不同温度下材料的屈服强度、弹性模量以及流动应力曲线。利用不同温度下的真应力-真应变曲线,描述SLM过程中材料的弹塑性行为。最后,基于MSC.Marc/mentat有限元仿真软件建立考虑固态相变的SLM多尺度热力耦合有限元模型,包括微尺度激光扫描模型、中尺度单层模型和宏观尺度零件模型,考虑了相变过程中材料属性转变、相变体积效应以及相变诱导塑性的影响,通过增加热源尺寸和粉层厚度的方法实现SLM成形复杂零件的残余应力和变形预测。对6511马氏体不锈钢成形悬臂梁构件的SLM过程展开热力耦合分析计算,分析固态相变效应对于增材制造残余应力演化过程的影响:低温马氏体相变降低了SLM冷却凝固过程中产生的残余拉应力,甚至使零件表面出现压应力,减小了悬臂梁在去除支撑后的弯曲变形程度。