为了提高冶金关键零部件热轧地下卷取机卷筒扇形板的力学性能并延长其使用寿命, 使用激光熔覆技术在2Cr12NiMoWV钢表面分别制备了两种铁基合金熔覆层; 利用金相显微镜观察熔覆层的显微组织; 利用显微硬度计测试熔覆层的硬度; 利用万能力学试验机测试熔覆层的力学性能; 利用SEM观察拉伸断口的显微组织; 利用EDS对断口的元素种类与含量进行分析。试验结果表明: 两种铁基合金熔覆层表面光滑平整, 无裂纹、气孔等明显缺陷, 均与基体钢形成了良好的冶金结合; 熔覆层的界面组织呈现定向快速凝固特征。其中A粉末制得的激光熔覆层硬度整体高于基体, 抗拉强度1 030 MPa, 屈服强度812 MPa, 延伸率10.1%, 断口形貌表明其断裂机制为脆性断裂; B粉末制得的激光熔覆层硬度整体略低于基体, 抗拉强度895 MPa, 屈服强度512 MPa, 延伸率26.5%, 断口形貌呈现出大量的韧窝, 断裂机制为韧性断裂。A粉末的激光熔覆组织硬度高、强度大, 塑性较差, B粉末的激光熔覆组织硬度较低、强度较差, 塑性极好。

为了获得综合性能优良的含氮奥氏体不锈钢激光熔覆层,以经过超高纯氮气处理的固溶渗氮AISI304粉末为原料,采用激光熔覆技术制备了不同氮含量的奥氏体不锈钢熔覆层,并对熔覆层的组织和性能进行了研究。研究结果表明:在激光熔覆过程中存在氮的析出,熔覆层中存在气孔;随着粉末中的氮含量增加,熔覆层中的氮含量逐渐增加,孔隙率先增大后减小,强度明显提高,但断后伸长率逐渐下降。对于采用氮质量分数为0.41%的粉末制备的熔覆层,其氮的质量分数为0.25%,抗拉强度为(856±20) MPa,屈服强度为(747±15) MPa,断后伸长率为(22±3)%,平均显微硬度为280.68 HV0.2;对于采用氮质量分数为0.16%的粉末制备的熔覆层,其自腐蚀电位为0.0777 V,腐蚀速率为1.6198×10 -5 g/(m 2·h),均远优于AISI304熔覆层。

采用光纤激光器对卷取机卷筒主轴常用的40CrNiMoA钢进行了激光淬火实验,采用金相显微镜观察试样表面的显微组织,采用维氏硬度计测试相变硬化层的显微硬度,采用立式万能摩擦磨损试验机评估试样的摩擦磨损性能,采用体视显微镜观察试样截面的宏观组织及磨损形貌,采用电化学工作站测试试样的耐蚀性能。结果表明:40CrNiMoA钢经激光淬火后,表面会出现一层相变硬化层,其显微组织主要为细小的马氏体、少量的残留奥氏体以及部分弥散的碳化物;硬化层深度约为200 μm,硬度值可达638.3~711.2 HV,约为基体的2.6~2.8倍;平均摩擦因数为0.506,与基体相比下降了42.5%,磨损量为1.3 mg,仅为基体的36.1%,其主要磨损机制为磨粒磨损;腐蚀电位为-0.497 V,自腐蚀电流密度为2.16789×10 -9 A/cm 2,与基体相比,腐蚀电位略有提高,而自腐蚀电流密度有所降低,耐腐蚀性能得到了较大提升。

针对激光熔覆层易形成非平衡组织以及其内部的残余应力易导致熔覆层变形、开裂等问题,采用回火热处理来改善420马氏体不锈钢熔覆层的综合性能,研究了回火温度对熔覆层显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明:原始熔覆层主要由马氏体、奥氏体和M23C6碳化物组成,经200 ℃和400 ℃回火后,试样中新生成了逆转变奥氏体;回火温度对试样的力学性能有一定影响,低温(100 ℃、200 ℃)和中温(400 ℃)回火态试样的抗拉强度(约为1800 MPa)和显微硬度(约为530 HV)与原始态试样相当;随着回火温度升高,试样的延伸率逐渐增大,但高温(600 ℃)回火态试样的强度和硬度显著下降,其延伸率略有降低;400 ℃回火态试样的综合力学性能最佳,但其耐腐蚀性能较原始态试样和市售420马氏体不锈钢420MSS略有下降。

为了获得高强度、高韧性、耐蚀性好的铁基合金涂层,在Q235基体上激光熔覆了含微量硼元素的低碳、低合金马氏体/铁素体双相不锈钢(M/Fss)合金粉末。研究结果表明,所制备的激光熔覆层表面具有金属光泽,内部无夹杂、气孔等缺陷。熔覆层由马氏体、铁素体、主要沿枝晶间呈均匀不连续分布的硼碳化物M(B,C)和少量在枝晶内析出的M₂₃(B,C)₆组成(M为Fe、Cr等)。熔覆层力学性能优异,平均显微硬度为431.9 HV,抗拉强度为1352 MPa,延伸率为12.3%,且耐腐蚀性能优于1Cr13马氏体不锈钢。这一新型的M/Fss涂层可广泛应用于同时对力学性能和耐蚀性能要求高的工作环境下的铁基材料表面改性或再制造。

用激光快速成形(LRF)技术制备304不锈钢拉伸试样，并对试样进行拉伸。利用光学显微镜观察了试样表面显微组织；利用扫描电镜(SEM)观察了试样断口的形貌特征，并用能谱仪(EDS)分析了取样点处的化学成分。结果表明，所制备试样显微组织晶粒细小，具有定向凝固的特征，在成形件内部存在微细观孔洞与裂纹。在拉伸断裂试样中，断口呈现韧性断裂的特征，断口部分区间氧、硅含量较高，形成金属化合物夹杂，使材料的力学性能变差。