作为智能制造的核心技术之一,增材制造(AM)近年来在全球迅速升温。而作为金属精密成形代表的选区激光熔化(SLM)成为了行业内广泛研究的重点技术,目前已逐渐应用于航空航天、汽车、医疗、石油化工、模具等领域。由于涉及多场耦合、多尺度等复杂物理冶金过程,采用实验手段难以全面揭示其工艺过程的相关机理与规律,因而有限元等宏观尺度数值模拟成为了研究SLM工艺的重要手段之一。在建立以多重传热机制为主的温度场理论和以热弹塑性方法为主的应力场理论基础上,通过ABAQUS建立了 SLM多层多道有限元模型,通过理论计算、实验测量和Jmatpro模拟确定了 24CrNiMo粉末及实体的材料参数,通过model change功能实现了成形层的顺序激活过程,通过USDFLD子程序实现了粉末向实体的转化过程,通过DFLUX子程序实现了热源模型移动加载过程。采用SLM设备进行了 24CrNiMo合金钢单道及块体成形实验,利用光学显微镜观察形貌,得到了成形质量较优的工艺参数(激光功率200-300W、扫描速度150-250mm/s),并通过拟合熔池结构尺寸,确定了双椭球热源模型参数(a=b=120μm,c=160μm,η=0.35),从而验证了有限元模拟的准确性。对SLM模拟技术进行了对比研究。研究发现,有限元分析采用逐渐激活、大基板、有铺粉步方法获得的温度场更为合理,更贴近实际的工艺过程。阐述了选区激光熔化24CrNiMo合金钢的温度/应力场变化与分布规律以及不同工艺参数对其的影响规律。研究表明,熔池峰值温度在2000℃以上,冷却后残余应力在350MPa左右。在一定的工艺参数范围内,随着激光功率的增大或扫描速度的减小,温度由于热输入的增大而增大;随着激光功率或扫描速度的增大,应力由于温度梯度的增大而增大。分区扫描、层间转角、预热基板有助于减小残余应力,减少裂纹的产生。通过SLM专用软件MSC Simufact Additive分析研究了高铁制动盘残余应力及变形规律。研究表明,在默认工艺参数下,通过不同成形方向打印高铁制动盘,其法兰结构边缘以及散热筋附近区域存在较大的应力集中。热处理工艺可以大幅降低制动盘结构摩擦面与安装孔位置、制动盘结构与基板接触位置的残余应力,从而降低开裂倾向。