激光熔化沉积(Laser Melting Deposition,LMD)过程复杂的热力学行为对组织和应力演变具有重要影响。本文基于ANSYS有限元分析方法对LMD成形Inconel 625过程热力学行为进行数值模拟。模拟与实验结果相结合,重点研究了LMD过程热行为与组织演变之间的内在联系以及应力行为对成形质量的影响机制。研究了LMD成形Inconel 625镍基合金熔池单元内热行为与组织演变的内在联系,研究结果表明熔池顶部、底部和边缘区域的温度梯度分别为7.3×10~5°C/m、2.5×10~6°C/m和4.6×10~6°C/m;最大冷却速率分别为7.6×10~5°C/s、3.7×10~5°C/s和1.8×10~5°C/s。G/R值从熔池顶部的7.3×10~5°C s/m~2增加到熔池底部的1.22×10~7°C s/m~2。熔池顶部形成等轴晶,熔池底部形成柱状晶。熔池边缘较慢的冷却速度导致熔池边缘的柱状晶相对粗大。研究了LMD成形Inconel 625镍基合金沉积道沿激光扫描方向的热行为及其对组织演变的影响机制,研究结果发现沉积道起始和终点区域热积累比较严重。沉积道起始、中心和终点区域熔池的最大冷却速率分别为7.05×10~5°C/s、7.67×10~5°C/s和6.75×10~5°C/s;液相时存在间分别为4.4 ms、3 ms和4.8 ms。LMD制件起始和终点区域横截面的柱状晶一次枝晶臂间距分别为3.42μm和3.77μm。由于更高的冷却速度和更短的液相时间,中心区域柱状晶相对细化,其一次枝晶臂间距为2.55μm。此外,制件起始、中心和终点区域纵截面的柱状晶一次枝晶臂间距分别为3.21μm、2.68μm和3.59μm。研究了LMD成形Inconel 625镍基合金的应力应变行为,研究结果显示LMD成形过程中,激光作用区域呈现压应力状态,已成形区域主要表现为拉应力状态。沿激光扫描方向(Y轴方向)的拉应力最大,塑性变形最为严重。制件完全冷却之后,Y轴方向的残余应力最高(1130 MPa)。制件纵截面出现长裂纹(垂直于激光扫描方向)。应力场模拟能够较为准确预测LMD制件残余应力的大小与分布规律。