张振远，邱长军，闫梦达

（南华大学机械工程学院，湖南 衡阳421001）

0 引言

激光快速成型技术满足了国内外降低产品造价及降低产品开发周期等需求，是一种可实现设计制造一体化的高技术集成技术[1]。基于该技术设计研发了激光表面增材制造自动化系统，该系统能制备复杂形状的多功能金属增材，实现了大幅度提高技术部件表面物理、化学、力学性能，满足了航空、汽车、快速成型、生物医疗等各个领域的应用，是实现国家重点支持发展的绿色制造技术的系统之一[2-5]。近几年，抗孔蚀等效指数（PRE）≤30的低镍钼双相不锈钢因抗孔蚀性适度、原料成本较低在欧美迅速发展，我国应加快低镍钼双相不锈钢及钢管的研发[6]。本文在一定激光表面增材制造的试验基础上，探究了钼含量对激光快速成形试样组织及力学性能的影响，以期为低镍钼双相不锈钢的研发提供参考。

1 试验方法

采用尺寸大小为120 mm×50 mm×15 mm的Q235作为基材，以三种钼含量不同的不锈钢粉末作为激光快速成型粉末，试验所用设备为TJ-HLT5000型横流CO2激光器，图1为激光快速成形工艺示意图，激光熔覆工艺参数为：激光功率2.3 kW，扫描速度5 mm/s，送粉速率6 g/min，搭接率50%，图2为激光成形试样。采用DK7763型线切割机制备试样，图3为试样形状尺寸；采用TH320型多功能全洛氏硬度计测量试样的表面硬度，载荷为150 kg，加载时间5 s；采用WDW-20E型微机控制电子式万能试验机测量试样拉伸力学性能，拉伸速度为0.2 mm/min。表1为三种钼含量不同的不锈钢粉末成分。

图1 激光成形工艺示意图

图2 激光成形试样

图3 拉伸试样示意图(mm)

表1 不锈钢试样化学成分（质量分数%）

2 试验结果分析

2.1 钼含量对熔覆层显微硬度、抗拉强度

由图4可知，Mo含量5%～5.5%试样2比Mo含量2%～2.5%试样1洛氏硬度增加了32.8%，抗拉强度提高了12.7%；Mo含量5% ～5.5%试样3的洛氏硬度比Mo含量5%～5.5%试样2降低了35.3%，抗拉强度下降了17%。有实验结果可知，适量的增大Mo含量有助于提高熔覆层综合力学性能；试样2、3熔覆层残余奥氏体量分别比试样1增加了44.6%、153.8%.虽然奥氏体的增加会使硬度和抗拉强度的降低，但是Mo含量5%～5.5%试样2的硬度和抗拉强度比Mo含量2%～2.5%试样1有明显提高。分析可知，Mo元素对熔覆层起主导强化作用。

2.2 显微组织和SEM组织形态分析

由图5可知，Mo含量从2.3%增加到5.2%，随着Mo含量的增加，试样的平均晶粒尺寸逐渐变小，当Mo含量增加到8.4%时，虽然出现了细小的晶粒区域，但是也出现了粗大奥氏体区域，平均晶粒尺寸也是变小的。由此可知，随着Mo含量增加，试样的平均晶粒尺寸逐渐变小，但是钼元素对晶粒的细晶强化作用强于奥氏体对试样硬度、抗拉强度的削弱作用，同时Mo元素与C、B元素在晶界析出形成MoB2和Mo2C，起到固溶强化的作用。

图4 钼含量分别对抗拉强度、硬度和奥氏体量的影响

图5 试样的SEM组织形

所以试样的硬度、抗拉强度逐渐增强；出现当钼含量从5.2%增加到8.4%，试样的硬度、抗拉强度急剧下降的现象，是因为随着钼含量增加，试样中的奥氏体增加较快，而钼元素对晶粒的细晶强化作用是有限的，此时，奥氏体对试样硬度、抗拉强度的削弱作用占主导地位。

3 结论

（1）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，钼元素对晶粒的细晶强化作用强于奥氏体对试样硬度、抗拉强度的削弱作用；

（2）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。此时，奥氏体相对试样硬度、抗拉强度的削弱作用占主导地位。