选区激光熔化技术成形过程中,金属粉末在高能量密度的激光热源作用下,迅速熔化形成微熔池,激光热源移走后熔池内熔体快速冷却凝固,温度梯度和冷却速度非常高。温度分布对成形件组织影响很大,材料的组织决定力学性能,但SLM实际成形过程温度的测量非常困难。本文从微熔池的熔化和凝固入手,研究SLM成形TC4合金的温度场分布和组织演变及工艺参数的影响规律。利用ANSYS有限元软件对SLM成形TC4合金过程进行温度场模拟,考虑TC4合金的热物性参数随温度非线性变化,以及粉末颗粒尺寸和形貌对粉末密度和导热系数的影响。采用APDL语言实现生死单元技术和热源的动态加载,得到SLM成形TC4合金过程的温度场分布。随激光热源加载,热量不断积累,温度升高,光斑作用点中心的瞬时温度最高,光斑作用中心前端的等温线比后端等温线更密集,主要是由两端的导热不同引起。温度场模拟得到熔池的温度梯度最高达到106 K/m,冷却速度最高可达105 K/s。在激光作用区域内不同节点和工艺参数下经历热循环规律基本相似,但会影响热循环曲线的温度峰值,激光功率越大或扫描速度越小,温度峰值越高。温度场模拟得到TC4合金粉末受激光热源作用形成的微熔池宽度和深度仅几十微米,发现了温度分布影响微熔池的形态。工艺参数直接影响熔池的尺寸,随激光功率的增大或扫描速度降低,熔池的宽度和深度均增加,相比于激光功率和扫描速度,扫描间距对熔池尺寸的影响不显著。SLM成形所用TC4合金粉末颗粒近似为球形,微观组织为细小的针状马氏体,马氏体长度小于10μm。SLM成形单层单道TC4合金,得到单道熔池内的组织由大量针状马氏体组成,针状马氏体的平均长度约为35μm,比粉末的组织更粗大。熔池的形态对工艺参数比较敏感,主要考虑激光功率和扫描速度,随激光功率的增大或扫描速度减小,热输入增加,熔池的熔深和熔宽增大,单道熔池与基体上表面的夹角也逐渐增大。SLM成形TC4合金块体试样,分析宏观组织和微观组织,发现块体试样上表面为相互垂直的棋盘状组织,纵截面组织为沿堆积成形方向外延生长的β柱状晶,柱状晶内是大量针状马氏体,室温下主要相组成是α′相。同时,改变工艺参数,组织发生变化,热输入增大,柱状晶组织变粗大。