激光熔覆（亦稱激光堆焊）是指以不同的添加方法在被熔覆的基體上放置選擇的涂層材料，經(jīng)激光輻照后，使之和基體表面熔化，經(jīng)快速凝固形成低稀釋度的﹑與基體呈冶金結(jié)合的表面涂層的工藝過程。與傳統(tǒng)的表面處理技術(shù)，如電鍍和熱噴焊等相比，激光熔覆技術(shù)具有熔覆層晶粒細(xì)小，熱影響區(qū)和熱變形區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)。筆者在文獻(xiàn)里研究了碳元素含量對(duì)鐵基合金激光堆焊層性能的影響，獲得了高硬度無(wú)裂紋的熔覆層。由于合金元素對(duì)鋼鐵材料的性能同樣起著重要的作用，故在本文里則進(jìn)一步研究合金元素對(duì)鐵基合金激光熔覆層性能的影響，以便獲得不同性能（如不同硬度）的熔覆層滿足不同的生產(chǎn)需要。 1 試驗(yàn)材料及方法 激光熔覆試驗(yàn)采用德國(guó)Rofin公司制造的ROFIN TR050型快軸流CO2激光器。實(shí)驗(yàn)過程中，激光功率為3.5KW，激光光束波長(zhǎng)為10.6μm;采用燒蝕法測(cè)量光斑直徑，通過調(diào)整離焦量，使試驗(yàn)過程中光斑直徑為4mm;采用單道單層預(yù)置式激光熔覆，預(yù)置的粉末厚度為1.5mm;激光掃描速率為6mm/s掃描長(zhǎng)度均為30mm;使用Ar作為保護(hù)氣體，主要用于防止合金粉末在熔覆過程中發(fā)生氧化，Ar氣流量為3.6L/min。基材采用A3鋼，尺寸為100mmx40mmx5mm，表面酸洗去銹，并用丙酮清洗干凈，然后烘干備用。實(shí)驗(yàn)采用性能較好的合金粉末Fe202作為基礎(chǔ)合金，該粉為150~200目的自制Fe-Ni-Cr-B-Si-C合金，化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%) 為92.7Fe，3Ni，2Cr，1B，1Si，0.3C。激光熔覆試驗(yàn)結(jié)果表明，采用Fe202合金粉末作為熔覆用粉，可獲得高硬度無(wú)裂紋的鐵基激光熔覆層。在Fe202中分別添加不同含量的Ni、Cr和Mo，以研究各種合金元素及其含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))對(duì)熔覆層性能的影響規(guī)律。 為了讓所添加純合金元素能與原合金粉末均勻混合，并達(dá)到一定合金化程度，將混合的合金粉末先通過機(jī)械球磨機(jī)進(jìn)行混料處理。其處理工藝為：球磨時(shí)間為10h，磨球?yàn)棣?0mm左右的硬質(zhì)合金球，磨球與合金粉末的質(zhì)量比例為5:1，球磨時(shí)稀釋劑為適量無(wú)水酒精。球磨后粉末在100℃烘干2h，然后過篩待用。 利用洛氏硬度計(jì)檢測(cè)各種成分合金熔覆層的表面硬度；采用X射線衍射法測(cè)定各熔覆層中的殘余奧氏體（AR）量；采用放大倍率為10倍的體視顯微鏡來(lái)觀察和測(cè)量裂紋的條數(shù)和長(zhǎng)度；熔覆層的開裂敏感性α是通過衡量單位面積內(nèi)裂紋長(zhǎng)度得到的，α=∑Li/A，Li是第i條裂紋的長(zhǎng)度(mm)，A是熔覆層的面積(cm2)。 2 試驗(yàn)結(jié)果及分析 2.1 合金元素及含量對(duì)熔覆層硬度的影響 合金元素及其含量對(duì)熔覆層表面硬度的影響如圖1所示。可知，Ni可降低熔覆層的硬度，隨Ni含量增加，熔覆層的硬度開始平穩(wěn)下降;Ni含量超過7%后，熔覆層硬度急劇下降;少量地添加Cr可以略微增加熔覆層的硬度，但Cr含量超過4.6%時(shí)H+熔覆層的硬度略微下降，當(dāng)Cr的含量進(jìn)一步增加時(shí)，熔覆層的硬度有較明顯下降，但下降幅度沒有Ni大;隨Mo含量增加，熔覆層的硬度增加，但Mo含量超過5.75時(shí)，熔覆層的硬度下降，當(dāng)Mo含量進(jìn)一步增加時(shí)，熔覆層的硬度沒有明顯變化。合金元素對(duì)熔覆層硬度的影響主要是由于熔覆層中AR量的變化造成的，由于AR硬度低，如果熔覆層中AR增加較多，則熔覆層硬度會(huì)有所下降，而合金元素含量變化對(duì)熔覆層AR量(體積分?jǐn)?shù))的影響見圖2(實(shí)測(cè))。2.2 合金元素及含量對(duì)熔覆層開裂敏感性的影響 合金元素對(duì)熔覆層開裂敏感性的影響如圖3所示，由于采用Fe202合金粉末制備得到的熔覆層沒有裂紋，可見(1)無(wú)論添加多少Ni元素都不能使熔覆層產(chǎn)生裂紋。由于Ni元素能夠增加熔覆層中的AR量，它應(yīng)有減少熔覆層開裂敏感性的作用，宋武林的研究也證明了這點(diǎn)。雖然在本試驗(yàn)中由于試樣尺寸相對(duì)較小，未添加Ni元素的熔覆層本身無(wú)裂紋，所以未體現(xiàn)Ni元素的有效作用，但如果是在熔覆條件更惡劣，比如是在熔覆層冷卻速度更大或周圍拘束應(yīng)力更復(fù)雜的情況下，應(yīng)能體現(xiàn)Ni元素的這一作用。（2）隨著Cr元素含量的增加，熔覆層的開裂敏感性增加，但當(dāng)Cr元素含量達(dá)到和超過9.8%時(shí)，由于AR量急劇增加，降低了熔覆層開裂敏感性，熔覆層不產(chǎn)生裂紋。 2.3 合金元素及含量對(duì)熔覆層AR量的影響 AR的存在及其含量無(wú)疑對(duì)熔覆層的硬度和開裂敏感性起著重要作用。由圖可知（1）隨著Ni含量的增加，熔覆層中AR量增加，幾乎成正比例關(guān)系;(2)隨著Cr含量的增加，熔覆層中AR量起初增加緩慢，隨后增加很快;(3)隨著Mo量的增加，熔覆層中的AR量緩慢增加。熔覆層中AR量隨Ni、Cr和Mo含量的增加而增加，是因?yàn)檫@些合金元素降低了馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度Mf，而Mf點(diǎn)的高低決定了鋼淬火至室溫時(shí)的AR量。 3 結(jié)論 隨著Ni含量的增加，熔覆層中AR量增加，硬度下降，開裂敏感性不變;隨著Cr含量的增加，熔覆層中AR量增加，硬度先是略微增加，然后下降，熔覆層開裂敏感性先是增加，然后下降，隨著Mo含量的增加，熔覆層中AR量緩慢增加，熔覆層硬度先是增加，然后下降，最后基本保持不變，熔覆層開裂敏感性持續(xù)增加。