摘要：利用激光快速成型技术在基材上熔覆三种钼含量不同的粉末，分别为镍含量2%-2.5%不锈钢粉末，镍含量5%-5.5%不锈钢粉末，镍含量8%-8.5%不锈钢粉末。通过试验观察三种不同钼含量的不锈钢粉末试样的显微组织，研究其综合力学性能。试验表明，随着钼含量的增加，激光快速成型试样熔覆层中残余奥氏体含量逐渐增多，平均晶粒尺寸小。当钼含量从2.3%增加到5.2%，试样的硬度、抗拉强度逐渐增加，

    当钼含量从5.2%增加到8.4%，试样的硬度、抗拉强度急剧下降。

    关键词：钼；激光快速成型；显微硬度；抗拉强度；显微组织

    中图分类号：TF12文献标志码：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动化系统由光功率2kw至20kw的连续激光器与5至8轴数控装置组合集成。它利用高能量密度激光束在金属基材表面辐照快速熔化形成熔池，同时向熔池中送入有特殊性能的材料、填充材料快速熔化扩散和快速凝固在基材表面溶积一层0.1毫米至数厘米具有特殊物理、化学、力学性能的表层材料，并通过5至8轴数控装置驱动激光束扫描熔积出较高精度的表面几何形状，是集材料制备表面成性和成形为一体技术，可大幅度提高技术部件表面性能，是国家重点支持发展的绿色制造技术[1-8]。

    本文在一定激光表面增材制造的试验基础上探究Mo含量激光快速成形试样组织，力学性能的影响。

    2试验方法

    采用尺寸大小为120mm×50mm×15mm的Q235作为基材，对其用封闭式喷砂机进行喷砂处理，以便去除油污。以三种钼含量不同的不锈钢粉末作为激光快速成型粉末，具体成分见表2.1，有机物包覆工艺为：将不锈钢粉末溶于按一定配比的有机物溶剂中，加热搅拌均匀后，烘干，过150目筛，放入保温箱备用。试验所用设备为5kW横流CWCO2激光器，激光熔覆工艺参数为：激光功率为2.3kW，椭圆形光斑尺寸为5.5mm×3.5mm，扫描速度为6mm/s，送粉速率为6.5g/min，搭接率为50%，侧向同步送粉。采用TH320型多功能全洛氏硬度计测量其洛氏硬度，利用X射线衍射法测量各熔覆层中残余奥氏体（AR）的量，将试样切成如图2.1所示非标拉伸试样，采用WDW-20E微机控制电子式万能试验机测试拉伸力学性能，利用光学显微镜、扫描电镜分别观察显微组织。

    3试验结果分析

    3.1镍含量对熔覆层残余奥氏体含量及显微硬度、抗拉强度的影响

    由图3.1可知，试样2、3熔覆层残余奥氏体量（AR）分别比试样1增加了44.6%、153.8%由图3.2可知，试样1、2、3的平均洛氏硬度分别为24.3、32.3、20.9..试样2的洛氏硬度比试样1的洛氏硬度增加了32.8%，试样3的洛氏硬度比试样2下降了35.3%；由图3.3可知，试样1、2、3的平均抗拉强度分别848.6MPa、956.6MPa、794.6MPa，试样2的抗拉强度比试样A的抗拉强度增加了12.7%、试样3的抗拉强度比试样2的下降了17%。当钼含量从2.3%增加到5.2%，试样的硬度、抗拉强度逐渐增加，之所以出现这种现象，是因为随着Mo含量增加，试样的平均晶粒尺寸逐渐变小，试样的硬度、抗拉强度逐渐增强，虽然试样中AR含量增多，AR较脆会导致试样的硬度、抗拉强度下降，但是钼元素对晶粒的细晶强化作用强于AR对试样硬度、抗拉强度的削弱作用；当钼含量从5.2%增加到8.4%，试样的硬度、抗拉强度急剧下降。之所以出现这种现象，是因为随着钼含量增加，试样中的AR增加较快，而钼元素对晶粒的细晶强化作用是有限的，此时，AR对试样硬度、抗拉强度的削弱作用占主导地位，所以钼含量从5.2%增加到8.4%，所以试样的硬度、抗拉强度逐渐下降。

    3.2显微组织和SEM组织形态分析

    为做金相分析和SEM分析，将三种激光快速成型试样各切下一部分抛光后在配置好的王水中腐蚀20s左右，在金相显微镜和扫描电镜下观察。图4为试样的OM组织形态，图5为试样的SEM组织形态分。结合图4和图5分析可知，随着Mo含量的增加，试样的平均晶粒尺寸逐渐变小。

    4结论

    （1）随着Mo含量的增加，熔覆层中残余奥氏体（AR）量逐渐增加，试样的平均晶粒尺寸逐渐变小。

    （2）当钼含量从2.3%增加到5.2%，试样的硬度、抗拉强度逐渐增加，因为随着Mo含量增加，试样的平均晶粒尺寸逐渐变小，试样的硬度、抗拉强度逐渐增强，虽然试样中AR含量增多，AR较脆会导致试样的硬度、抗拉强度下降，但是钼元素对晶粒的细晶强化作用强于AR对试样硬度、抗拉强度的削弱作用；当钼含量从5.2%增加到8.4%，试样的硬度、抗拉强度急剧下降，之所以出现这种现象，是因为随着钼含量增加，试样中的AR增加较快，而钼元素对晶粒的细晶强化作用是有限的，此时，AR对试样硬度、抗拉强度的削弱作用占主导地位，所以钼含量从5.2%增加到8.4%，所以试样的硬度、抗拉强度逐渐下降。

    参考文献：

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