1 試驗條件與方法

0Cr18Ni12Mo3Ti 奧氏體耐酸不銹鋼制閥體零件如圖 1 所示，閥體上分布有十幾個通孔和盲孔。激光熔覆用鈷基自熔性合金粉末為 FCo-05，化學(xué)成分 w（%）為：0.25C，19Cr，29Ni，5~6Mo，4Si，3B，2~5Fe，余為 Co；粘結(jié)劑為 2123 酚醛樹脂，用乙醉稀釋調(diào)和。

奧氏體耐酸不銹鋼制閥體零件圖（圖 1）

試驗裝置為 HGL-90 型 5kW 橫流連續(xù)波 CO2 激光器：試件由數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺驅(qū)動。試件上預(yù)涂敷合金粉末層厚度 0.8~2.5mm，涂后緩升至 400℃ 后保溫 1~2h 進行預(yù)熱。激光熔覆時其功率為 2~3kW，掃描速度 3~4mm/s，用焦距 600mm 反射鏡聚焦，聚焦光斑直徑 5~8mm；若第二次重熔時激光功率 1.7~2.1kW，掃描速度不變。采用氧乙炔火焰跟蹤熔池以補償熱能；熔覆后及時于 500℃ 去應(yīng)力退火，隨爐緩冷降溫。

用金相顯微鏡、顯微硬度計、X 射線衍射儀觀察分析熔覆層組織和性能。

2 試驗結(jié)果

FCo-05 合金在 0Cr18Ni12Mo3Ti 基體上激光熔覆后在結(jié)合區(qū)的形貌，激光熔層與基體之間存在一較窄的白亮帶，這是敷層與基體金屬在熱源作用下合金交互擴散而形成的固溶結(jié)合層，表示己形成了良好的冶金結(jié)合。熔覆層由于冷卻速度很快，結(jié)晶后會獲得非常細小的枝晶組織，晶粒度達 11 級（YB27-77 標準）。

3 分析討論

3.1 熱應(yīng)力及開裂

試驗中，在 0.8~2.5mm 涂敷厚度均未發(fā)現(xiàn)有氣孔現(xiàn)象。熔覆層厚度較大時容易開裂，激光掃描時即可聽到斷續(xù)的清脆崩裂聲，且多發(fā)生于距熔池后 80~100mm 處。即使采用二次掃描重熔，也只能消除部分裂紋。由于熔覆層合金的膨脹系數(shù)與基體金屬不一致，膨脹系數(shù)過大，在凝固收縮時產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力超過了當時溫度下材料的抗拉極限強度，因而產(chǎn)生了裂紋。激光熔覆由于快速加熱和速冷（104~106℃/s），熔池壽命很短，常使熔層中可能存在的氧化物、硫化物和其它雜質(zhì)來不及釋放出來，它們存于覆層中，很容易成為裂紋源。另外，熔覆層在瞬間凝固結(jié)晶，晶界位錯、空位增多，同時熱脆性增大，塑韌度下降，開裂敏感性也就增大。覆層越厚，以上情況就越明顯。加大功率密度、減慢掃描速度以延長熔池壽命、增大能量輸入，能起到一些好的效果，但需適當控制。因激光能量密度 P/vL 和激光熱線性輸入 P/v（P 為激光功率；v 為激光掃描速度；L 為光束寬度）與稀釋度有一定的對應(yīng)關(guān)系，P 增大，v 減小，稀釋度必然增大。而激光熔覆時要求其稀釋度盡可能低（＜10%）。在不銹鋼和 FCo-05 合金粉末中．鉬含量較高，Cieslack 等人已證明鉬會在不銹鋼中形成低熔點 X 相，這些多余的低熔點液體可能是不銹鋼產(chǎn)生裂紋的原因。稀釋度的增大，基體熱影響區(qū)增大，必然會增大熱影響區(qū)的開裂傾向，這在薄層熔覆己得到了證明。故不同厚度的覆層，需選用不同的功率密度和掃描速度。通過試驗，同時考慮材料的熔點、吸收系數(shù)等因素，來選擇最佳功率密度和掃描速度。在預(yù)敷粉末層厚度 1.2~2mm 時，在熔池后面 50~70mm 處采用氧乙炔火焰對熔覆道跟蹤后熱，以增大熱能，減小熱應(yīng)力，證明是減少裂紋的行之有效的方法。