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，化學成分 w（%）為：0.25C，19Cr，29Ni，5~6Mo，4Si，3B，2~5Fe，余為 Co；粘結劑為 2123 酚醛樹脂，用乙醉稀釋調和。

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：試件由數控回轉工作臺驅動。試件上預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 試驗結果

FCo-05 合金在 0Cr18Ni12Mo3Ti 基體上激光熔覆后在結合區(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合層，表示己形成了良好的冶金結合。熔覆層由于冷卻速度很快，結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 熱應力及開裂

試驗中，在 0.8~2.5mm 涂敷厚度均未發(fā)現有氣孔現象。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與基體金屬不一致，膨脹系數過大，在凝固收縮時產生拉應力，拉應力超過了當時溫度下材料的抗拉極限強度，因而產生了裂紋。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關系，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、吸收系數等因素，來選擇最佳功率密度和掃描速度。在預敷粉末層厚度 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，減小熱應力，證明是減少裂紋的行之有效的方法。