張振遠(yuǎn)，邱長(zhǎng)軍，閆夢(mèng)達(dá)

（南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖南 衡陽421001）

0 引言

激光快速成型技術(shù)滿足了國(guó)內(nèi)外降低產(chǎn)品造價(jià)及降低產(chǎn)品開發(fā)周期等需求，是一種可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化的高技術(shù)集成技術(shù)[1]?；谠摷夹g(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)了激光表面增材制造自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能制備復(fù)雜形狀的多功能金屬增材，實(shí)現(xiàn)了大幅度提高技術(shù)部件表面物理、化學(xué)、力學(xué)性能，滿足了航空、汽車、快速成型、生物醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)國(guó)家重點(diǎn)支持發(fā)展的綠色制造技術(shù)的系統(tǒng)之一[2-5]。近幾年，抗孔蝕等效指數(shù)（PRE）≤30的低鎳鉬雙相不銹鋼因抗孔蝕性適度、原料成本較低在歐美迅速發(fā)展，我國(guó)應(yīng)加快低鎳鉬雙相不銹鋼及鋼管的研發(fā)[6]。本文在一定激光表面增材制造的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，探究了鉬含量對(duì)激光快速成形試樣組織及力學(xué)性能的影響，以期為低鎳鉬雙相不銹鋼的研發(fā)提供參考。

1 試驗(yàn)方法

采用尺寸大小為120 mm×50 mm×15 mm的Q235作為基材，以三種鉬含量不同的不銹鋼粉末作為激光快速成型粉末，試驗(yàn)所用設(shè)備為TJ-HLT5000型橫流CO2激光器，圖1為激光快速成形工藝示意圖，激光熔覆工藝參數(shù)為：激光功率2.3 kW，掃描速度5 mm/s，送粉速率6 g/min，搭接率50%，圖2為激光成形試樣。采用DK7763型線切割機(jī)制備試樣，圖3為試樣形狀尺寸；采用TH320型多功能全洛氏硬度計(jì)測(cè)量試樣的表面硬度，載荷為150 kg，加載時(shí)間5 s；采用WDW-20E型微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量試樣拉伸力學(xué)性能，拉伸速度為0.2 mm/min。表1為三種鉬含量不同的不銹鋼粉末成分。

圖1 激光成形工藝示意圖

圖2 激光成形試樣

圖3 拉伸試樣示意圖(mm)

表1 不銹鋼試樣化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 鉬含量對(duì)熔覆層顯微硬度、抗拉強(qiáng)度

由圖4可知，Mo含量5%～5.5%試樣2比Mo含量2%～2.5%試樣1洛氏硬度增加了32.8%，抗拉強(qiáng)度提高了12.7%；Mo含量5% ～5.5%試樣3的洛氏硬度比Mo含量5%～5.5%試樣2降低了35.3%，抗拉強(qiáng)度下降了17%。有實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，適量的增大Mo含量有助于提高熔覆層綜合力學(xué)性能；試樣2、3熔覆層殘余奧氏體量分別比試樣1增加了44.6%、153.8%.雖然奧氏體的增加會(huì)使硬度和抗拉強(qiáng)度的降低，但是Mo含量5%～5.5%試樣2的硬度和抗拉強(qiáng)度比Mo含量2%～2.5%試樣1有明顯提高。分析可知，Mo元素對(duì)熔覆層起主導(dǎo)強(qiáng)化作用。

2.2 顯微組織和SEM組織形態(tài)分析

由圖5可知，Mo含量從2.3%增加到5.2%，隨著Mo含量的增加，試樣的平均晶粒尺寸逐漸變小，當(dāng)Mo含量增加到8.4%時(shí)，雖然出現(xiàn)了細(xì)小的晶粒區(qū)域，但是也出現(xiàn)了粗大奧氏體區(qū)域，平均晶粒尺寸也是變小的。由此可知，隨著Mo含量增加，試樣的平均晶粒尺寸逐漸變小，但是鉬元素對(duì)晶粒的細(xì)晶強(qiáng)化作用強(qiáng)于奧氏體對(duì)試樣硬度、抗拉強(qiáng)度的削弱作用，同時(shí)Mo元素與C、B元素在晶界析出形成MoB2和Mo2C，起到固溶強(qiáng)化的作用。

圖4 鉬含量分別對(duì)抗拉強(qiáng)度、硬度和奧氏體量的影響

圖5 試樣的SEM組織形

所以試樣的硬度、抗拉強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；出現(xiàn)當(dāng)鉬含量從5.2%增加到8.4%，試樣的硬度、抗拉強(qiáng)度急劇下降的現(xiàn)象，是因?yàn)殡S著鉬含量增加，試樣中的奧氏體增加較快，而鉬元素對(duì)晶粒的細(xì)晶強(qiáng)化作用是有限的，此時(shí)，奧氏體對(duì)試樣硬度、抗拉強(qiáng)度的削弱作用占主導(dǎo)地位。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)鉬含量從2.3%增加到5.2%，試樣的硬度、抗拉強(qiáng)度逐漸增加，鉬元素對(duì)晶粒的細(xì)晶強(qiáng)化作用強(qiáng)于奧氏體對(duì)試樣硬度、抗拉強(qiáng)度的削弱作用；

（2）當(dāng)鉬含量從5.2%增加到8.4%，試樣的硬度、抗拉強(qiáng)度急劇下降。此時(shí)，奧氏體相對(duì)試樣硬度、抗拉強(qiáng)度的削弱作用占主導(dǎo)地位。