1 试验条件与方法

0Cr18Ni12Mo3Ti 奥氏体耐酸不锈钢制阀体零件如图 1 所示，阀体上分布有十几个通孔和盲孔。激光熔覆用钴基自熔性合金粉末为 FCo-05，化学成分 w（%）为：0.25C，19Cr，29Ni，5~6Mo，4Si，3B，2~5Fe，余为 Co；粘结剂为 2123 酚醛树脂，用乙醉稀释调和。

奥氏体耐酸不锈钢制阀体零件图（图 1）

试验装置为 HGL-90 型 5kW 横流连续波 CO2 激光器：试件由数控回转工作台驱动。试件上预涂敷合金粉末层厚度 0.8~2.5mm，涂后缓升至 400℃ 后保温 1~2h 进行预热。激光熔覆时其功率为 2~3kW，扫描速度 3~4mm/s，用焦距 600mm 反射镜聚焦，聚焦光斑直径 5~8mm；若第二次重熔时激光功率 1.7~2.1kW，扫描速度不变。采用氧乙炔火焰跟踪熔池以补偿热能；熔覆后及时于 500℃ 去应力退火，随炉缓冷降温。

用金相显微镜、显微硬度计、X 射线衍射仪观察分析熔覆层组织和性能。

2 试验结果

FCo-05 合金在 0Cr18Ni12Mo3Ti 基体上激光熔覆后在结合区的形貌，激光熔层与基体之间存在一较窄的白亮带，这是敷层与基体金属在热源作用下合金交互扩散而形成的固溶结合层，表示己形成了良好的冶金结合。熔覆层由于冷却速度很快，结晶后会获得非常细小的枝晶组织，晶粒度达 11 级（YB27-77 标准）。

3 分析讨论

3.1 热应力及开裂

试验中，在 0.8~2.5mm 涂敷厚度均未发现有气孔现象。熔覆层厚度较大时容易开裂，激光扫描时即可听到断续的清脆崩裂声，且多发生于距熔池后 80~100mm 处。即使采用二次扫描重熔，也只能消除部分裂纹。由于熔覆层合金的膨胀系数与基体金属不一致，膨胀系数过大，在凝固收缩时产生拉应力，拉应力超过了当时温度下材料的抗拉极限强度，因而产生了裂纹。激光熔覆由于快速加热和速冷（104~106℃/s），熔池寿命很短，常使熔层中可能存在的氧化物、硫化物和其它杂质来不及释放出来，它们存于覆层中，很容易成为裂纹源。另外，熔覆层在瞬间凝固结晶，晶界位错、空位增多，同时热脆性增大，塑韧度下降，开裂敏感性也就增大。覆层越厚，以上情况就越明显。加大功率密度、减慢扫描速度以延长熔池寿命、增大能量输入，能起到一些好的效果，但需适当控制。因激光能量密度 P/vL 和激光热线性输入 P/v（P 为激光功率；v 为激光扫描速度；L 为光束宽度）与稀释度有一定的对应关系，P 增大，v 减小，稀释度必然增大。而激光熔覆时要求其稀释度尽可能低（＜10%）。在不锈钢和 FCo-05 合金粉末中．钼含量较高，Cieslack 等人已证明钼会在不锈钢中形成低熔点 X 相，这些多余的低熔点液体可能是不锈钢产生裂纹的原因。稀释度的增大，基体热影响区增大，必然会增大热影响区的开裂倾向，这在薄层熔覆己得到了证明。故不同厚度的覆层，需选用不同的功率密度和扫描速度。通过试验，同时考虑材料的熔点、吸收系数等因素，来选择最佳功率密度和扫描速度。在预敷粉末层厚度 1.2~2mm 时，在熔池后面 50~70mm 处采用氧乙炔火焰对熔覆道跟踪后热，以增大热能，减小热应力，证明是减少裂纹的行之有效的方法。