陈 刚 黎向锋 左敦稳 王宏宇，2

1.南京航空航天大学，南京，210016 2.江苏大学，镇江，212013

0 引言

激光熔覆是一种快速加热、快速冷却的典型工艺，短时间内激光能量主要集中于液态熔池内。相对于熔覆材料和基材的总体积，液态熔池的体积非常小，其液体温度远远高于液相线，存在着多种物理变化和化学反应的过程，如液体对流、溶质扩散、晶粒析出、生长以及演化［1－2］。这些物理化学现象的动力来源于熔池内极高的温度和复杂的温度变化过程。因此，对激光熔覆温度场的研究是其工艺研究中必不可少的一个方向。

激光熔覆过程的凝固是熔池逐渐收缩变小、凝固组织生长形成的过程。根据快速凝固原理，凝固后组织受到凝固材料化学成分、固液界面前沿的温度梯度、凝固速度、固液界面能等因素的影响。固液界面前沿的温度梯度与凝固速度的比值是凝固组织形态的控制参数，这一比值常被称作凝固组织的形状控制因子［3］。熔池中各个区域的温度变化不同，使其形状控制因子不同，凝固组织也呈现多样性。此外，组织形态与组织性能的关系也很紧密［4－5］。

国内外求解激光熔覆温度场的主要方法是有限元法，但研究重点较多地集中于讨论温度场随时间的分布情况［6］，至今尚未见使用有限元法研究形状控制因子对激光熔覆凝固组织影响的报道。固液界面前沿的温度梯度与冷却速度是导致溶质分布不均的主要因素，Gäumann等［7］和刘承峰等［8］利用凝固时刻的溶质数量，估算出了熔池内的温度梯度和凝固速度。……