基于选区激光熔化316L不锈钢晶粒生长的仿真分析

目的 针对选区激光熔化成形316L不锈钢的晶粒生长行为难以被观测且观测成本高的问题，预测不同激光功率(P)、扫描间距(h)下选区激光熔化成形316L不锈钢的晶粒类型、尺寸大小及生长角度，探究不同P–h组合对晶粒生长行为的影响规律。方法 基于元胞自动机模型，采用全因子法设计16种P–h组合，从微观尺度模拟不同成形面316L不锈钢的晶粒生长变化情况，并对模拟结果进行数据统计分析。结果 在平行于激光扫描方向的xy平面上，分布着大量晶粒直径小于60 μm的等轴晶;而在垂直于激光扫描方向的xz、yz平面上，晶粒直径大于120 μm的柱状晶分布得更多。随着扫描间距的增大，xz、yz两平面上的平均晶粒尺寸不断减小，而xy平面上的平均晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势。当P=150 W、h=0.18 mm时，xy平面上的平均晶粒尺寸最小，绝大部分晶粒直径小于20 μm，晶粒生长角度均匀分布在0°~90°，没有出现晶粒生长向大角度偏移聚集的现象。结论 不同P–h组合能够通过改变熔池凝固时的冷却速率对选区激光熔化成形316L不锈钢的晶粒生长行为产生显著影响，在较低的激光功率下，适当提高扫描间距能够有效细化晶粒，减少晶粒生长向大角度偏移聚集的现象。

Simulation Analysis of Grain Growth of 316L Stainless Steel Based on Selective Laser Melting