TC4合金具有比重性好,比强度高以及抗氧化能力强等一系列优点,因此被广泛应用于航空航天、汽车制造及石油和化工等工业领域。激光快速成形技术可以控制熔池凝固过程中微观组织的生长方向和形态,有效提高钛合金的力学性能和高温性能。由于TC4钛合金激光快速成形过程中,熔池凝固具有非平衡高温瞬时性等特点,通过实验探究观察熔池微观组织形态具有一定难度。本文运用宏观与微观相结合的方法,将有限元法与胞自动机法相耦合的Cellular Automata-Finite Element(CA-FE)模型对TC4钛合金激光快速成形熔池凝固过程中的微观组织进行动态模拟。FE法对熔池温度场进行数值模拟,CA法模拟熔池凝固过程中的微观组织。基于温度场结果进行插值计算,带入微观元胞中,通过编程实现TC4熔池凝固的动态过程。在运用CA法模拟微观组织生长时,考虑晶粒形核的随机性和生长的确定性。用连续形核模型描述熔池形核过程,建立晶粒生长的等轴晶和柱状晶生长动力学模型。修正现有与元胞自动机模型相关的固相率和溶质分配算法,对熔池在均匀温度场下等轴晶生长以及柱状晶生长进行模拟,模拟结果与晶粒生长动力学基本吻合,显示晶粒生长指数接近理论值。将耦合的CA-FE模型带入,模拟非均匀温度场下熔池凝固过程中的晶粒生长。模拟结果显示:在固液相界面有大量晶粒形核,且各晶粒间存在竞争生长,晶粒组织以粗大的柱状晶为主。元胞网格越小,模拟晶粒形态越精确。与实验条件下熔池金相组织进行对比,结果显示熔池整体微观组织模拟情况与实际熔池凝固组织形貌基本一致,表明数值模拟结果具有可信度。