摘要：利用激光快速成型技術在基材上熔覆三種鉬含量不同的粉末，分別為鎳含量2%-2.5%不銹鋼粉末，鎳含量5%-5.5%不銹鋼粉末，鎳含量8%-8.5%不銹鋼粉末。通過試驗觀察三種不同鉬含量的不銹鋼粉末試樣的顯微組織，研究其綜合力學性能。試驗表明，隨著鉬含量的增加，激光快速成型試樣熔覆層中殘余奧氏體含量逐漸增多，平均晶粒尺寸小。當鉬含量從2.3%增加到5.2%，試樣的硬度、抗拉強度逐漸增加，

    當鉬含量從5.2%增加到8.4%，試樣的硬度、抗拉強度急劇下降。

    關鍵詞：鉬；激光快速成型；顯微硬度；抗拉強度；顯微組織

    中圖分類號：TF12文獻標志碼：A

    Effectofmolybdenumonmicrostructureandmechanicalpropertiesoflaserrapidprototyping

    MengdaYan，ChangjunQiu，WeiChen

    (MechanicalEngineeringSchool，UniversityofSouthChina，HengyangHunan421001，China)

    Abstract：Theuseoflaserrapidprototypingtechnologyinthesubstratecladdingthreedifferentmolybdenumcontentofthepowder,respectively,nickelcontentof2%-2.5%stainlesssteelpowder,nickelcontentof5%-5.5%stainlesssteelpowder,nickelcontentof8%-8.5%stainlesssteelTheThemicrostructuresofstainlesssteelpowderswithdifferentmolybdenumcontentwereobservedbyexperiments.Themechanicalpropertieswerestudied.Theresultsshowthatwiththeincreaseofmolybdenumcontent,theretainedaustenitecontentinthecladdinglayeroflaserrapidprototypingspecimenisincreasingandtheaveragegrainsizeissmall.Whenthemolybdenumcontentincreasedfrom2.3%to5.2%,thehardnessandtensilestrengthofthesampleincreasedgradually.Whenthemolybdenumcontentincreasedfrom5.2%to8.4%,thehardnessandtensilestrengthofthesampledecreasedsharply.

    Keywords:Molybdenum;LaserRapidPrototyping;Microhardness;TensileStrength;Microstructure

    1引言

    激光表面增材制造自動化系統由光功率2kw至20kw的連續激光器與5至8軸數控裝置組合集成。它利用高能量密度激光束在金屬基材表面輻照快速熔化形成熔池，同時向熔池中送入有特殊性能的材料、填充材料快速熔化擴散和快速凝固在基材表面溶積一層0.1毫米至數厘米具有特殊物理、化學、力學性能的表層材料，并通過5至8軸數控裝置驅動激光束掃描熔積出較高精度的表面幾何形狀，是集材料制備表面成性和成形為一體技術，可大幅度提高技術部件表面性能，是國家重點支持發展的綠色制造技術[1-8]。

    本文在一定激光表面增材制造的試驗基礎上探究Mo含量激光快速成形試樣組織，力學性能的影響。

    2試驗方法

    采用尺寸大小為120mm×50mm×15mm的Q235作為基材，對其用封閉式噴砂機進行噴砂處理，以便去除油污。以三種鉬含量不同的不銹鋼粉末作為激光快速成型粉末，具體成分見表2.1，有機物包覆工藝為：將不銹鋼粉末溶于按一定配比的有機物溶劑中，加熱攪拌均勻后，烘干，過150目篩，放入保溫箱備用。試驗所用設備為5kW橫流CWCO2激光器，激光熔覆工藝參數為：激光功率為2.3kW，橢圓形光斑尺寸為5.5mm×3.5mm，掃描速度為6mm/s，送粉速率為6.5g/min，搭接率為50%，側向同步送粉。采用TH320型多功能全洛氏硬度計測量其洛氏硬度，利用X射線衍射法測量各熔覆層中殘余奧氏體（AR）的量，將試樣切成如圖2.1所示非標拉伸試樣，采用WDW-20E微機控制電子式萬能試驗機測試拉伸力學性能，利用光學顯微鏡、掃描電鏡分別觀察顯微組織。

    3試驗結果分析

    3.1鎳含量對熔覆層殘余奧氏體含量及顯微硬度、抗拉強度的影響

    由圖3.1可知，試樣2、3熔覆層殘余奧氏體量（AR）分別比試樣1增加了44.6%、153.8%由圖3.2可知，試樣1、2、3的平均洛氏硬度分別為24.3、32.3、20.9..試樣2的洛氏硬度比試樣1的洛氏硬度增加了32.8%，試樣3的洛氏硬度比試樣2下降了35.3%；由圖3.3可知，試樣1、2、3的平均抗拉強度分別848.6MPa、956.6MPa、794.6MPa，試樣2的抗拉強度比試樣A的抗拉強度增加了12.7%、試樣3的抗拉強度比試樣2的下降了17%。當鉬含量從2.3%增加到5.2%，試樣的硬度、抗拉強度逐漸增加，之所以出現這種現象，是因為隨著Mo含量增加，試樣的平均晶粒尺寸逐漸變小，試樣的硬度、抗拉強度逐漸增強，雖然試樣中AR含量增多，AR較脆會導致試樣的硬度、抗拉強度下降，但是鉬元素對晶粒的細晶強化作用強于AR對試樣硬度、抗拉強度的削弱作用；當鉬含量從5.2%增加到8.4%，試樣的硬度、抗拉強度急劇下降。之所以出現這種現象，是因為隨著鉬含量增加，試樣中的AR增加較快，而鉬元素對晶粒的細晶強化作用是有限的，此時，AR對試樣硬度、抗拉強度的削弱作用占主導地位，所以鉬含量從5.2%增加到8.4%，所以試樣的硬度、抗拉強度逐漸下降。

    3.2顯微組織和SEM組織形態分析

    為做金相分析和SEM分析，將三種激光快速成型試樣各切下一部分拋光后在配置好的王水中腐蝕20s左右，在金相顯微鏡和掃描電鏡下觀察。圖4為試樣的OM組織形態，圖5為試樣的SEM組織形態分。結合圖4和圖5分析可知，隨著Mo含量的增加，試樣的平均晶粒尺寸逐漸變小。

    4結論

    （1）隨著Mo含量的增加，熔覆層中殘余奧氏體（AR）量逐漸增加，試樣的平均晶粒尺寸逐漸變小。

    （2）當鉬含量從2.3%增加到5.2%，試樣的硬度、抗拉強度逐漸增加，因為隨著Mo含量增加，試樣的平均晶粒尺寸逐漸變小，試樣的硬度、抗拉強度逐漸增強，雖然試樣中AR含量增多，AR較脆會導致試樣的硬度、抗拉強度下降，但是鉬元素對晶粒的細晶強化作用強于AR對試樣硬度、抗拉強度的削弱作用；當鉬含量從5.2%增加到8.4%，試樣的硬度、抗拉強度急劇下降，之所以出現這種現象，是因為隨著鉬含量增加，試樣中的AR增加較快，而鉬元素對晶粒的細晶強化作用是有限的，此時，AR對試樣硬度、抗拉強度的削弱作用占主導地位，所以鉬含量從5.2%增加到8.4%，所以試樣的硬度、抗拉強度逐漸下降。

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