·1346. 工程科学学报，第40卷，第11期 熔池顶部出现了等轴晶组织.激光熔化沉积是非平 光熔化沉积成形12CN2立体块截面XOZ面的显 衡态快速凝固过程，在熔池底部温度梯度最大，品粒 微组织.XOZ截面组织与YOZ截面组织一致，未 生长方向与热流方向相反，随着凝固的进行，临近表 预热熔池底部、中部为回火马氏体与贝氏体混合 面温度梯度明显降低，凝固速度增加，温度梯度/凝 组织，顶部为下贝氏体组织.预热熔池底部、中部 固速率(G/R)降低，成分过冷造成熔池内大量自发 为粒状贝氏体，顶部为上贝氏体组织.总体来看， 形核向等轴晶转变 同种处理的情况下两个截面组织没有什么差异， 2.1.2立体沉积组织 预热使得熔池内部没有发生马氏体回火热处理转 图5(a)~(c)和(d)~(f)分别为未预热和预 变过程，整体以贝氏体组织为主，具有均匀较好的 热下激光熔化沉积成形12CrNi2立体块截面YOZ 组织特征 面的显微组织.未预热熔池底部和中部均为回火 2.2硬度分析 马氏体和贝氏体混合组织，这是由于激光在沉积 图7为未预热和预热下单道熔池的硬度分布， 过程中对已经凝固的组织进行了回火热处理，马 从图中可知未预热熔池硬度为552~672HV,且自 氏体在热积累及热循环的作用下分解形成低碳α 顶部到底部呈升高的趋势，这是由于顶部温度梯度 相和碳化物.由于沉积过程中熔池热量不断积累， 小，冷却速度慢，过冷奥氏体发生转变前产生了先共 温度上升，熔池已经渐渐发生贝氏体转变.熔池顶 析铁素体，降低了熔池硬度，热影响区由于含碳量比 部为下贝氏体组织，已经沉积凝固的熔覆层作为 熔池高，形成的针状马氏体使得硬度再次上升，最高 下一层的基体，相当于产生了一定的预热效果，使 达到了765HV.预热熔池组织均匀，均是下贝氏体， 得顶部温度梯度比较小，冷却速度慢，发生贝氏体 平均硬度值为424HV,热影响区为屈氏体组织，硬 转变.预热熔池底部、中部在铁素体基体上出现了 度较低 许多小岛状，属于粒状贝氏体组织.顶部为上贝氏 图8(a)为未预热和预热下激光熔化沉积 体组织，这可能是由于预热温度过高，加上熔池不 I2CNi2试样YOZ截面的硬度分布，未预热熔池顶 断的热积累，使得熔池温度高形成上贝氏体.图6部、中部、底部平均硬度值分别为482、476、447HV, (a)~(c)和(d)~(f)分别为未预热和预热下激 平均硬度随着距熔池顶部距离增大而减小.这是由 b 10 um 10m 10μm (e) (f) 10m 104m 104m 图5立体块件YO2截面微观组织.未预热熔池底部(a)、中部(b)、顶部(c):预热熔池底部(d)、中部(e)、顶部() Fig.5 Microstructure of the YOZ cross section of a solid block:the bottom (a),middle (b),and top (e)of a non-preheated pool;the bottom (d),middle (e),and top (f)of a preheated pool工程科学学报,第 40 卷,第 11 期 熔池顶部出现了等轴晶组织. 激光熔化沉积是非平 衡态快速凝固过程,在熔池底部温度梯度最大,晶粒 生长方向与热流方向相反,随着凝固的进行,临近表 面温度梯度明显降低,凝固速度增加,温度梯度/ 凝 固速率(G / R)降低,成分过冷造成熔池内大量自发 形核向等轴晶转变. 2郾 1郾 2 立体沉积组织 图 5 立体块件 YOZ 截面微观组织. 未预热熔池底部(a)、中部(b)、顶部(c); 预热熔池底部(d)、中部(e)、顶部(f) Fig. 5 Microstructure of the YOZ cross section of a solid block: the bottom ( a), middle ( b), and top ( c) of a non鄄preheated pool; the bottom (d), middle (e), and top (f) of a preheated pool 图 5( a) ~ ( c)和( d) ~ ( f)分别为未预热和预 热下激光熔化沉积成形 12CrNi2 立体块截面 YOZ 面的显微组织. 未预热熔池底部和中部均为回火 马氏体和贝氏体混合组织,这是由于激光在沉积 过程中对已经凝固的组织进行了回火热处理,马 氏体在热积累及热循环的作用下分解形成低碳 琢 相和碳化物. 由于沉积过程中熔池热量不断积累, 温度上升,熔池已经渐渐发生贝氏体转变. 熔池顶 部为下贝氏体组织,已经沉积凝固的熔覆层作为 下一层的基体,相当于产生了一定的预热效果,使 得顶部温度梯度比较小,冷却速度慢,发生贝氏体 转变. 预热熔池底部、中部在铁素体基体上出现了 许多小岛状,属于粒状贝氏体组织. 顶部为上贝氏 体组织,这可能是由于预热温度过高,加上熔池不 断的热积累,使得熔池温度高形成上贝氏体. 图 6 ( a) ~ ( c)和( d) ~ ( f) 分别为未预热和预热下激 光熔化沉积成形 12CrNi2 立体块截面 XOZ 面的显 微组织. XOZ 截面组织与 YOZ 截面组织一致,未 预热熔池底部、中部为回火马氏体与贝氏体混合 组织,顶部为下贝氏体组织. 预热熔池底部、中部 为粒状贝氏体,顶部为上贝氏体组织. 总体来看, 同种处理的情况下两个截面组织没有什么差异, 预热使得熔池内部没有发生马氏体回火热处理转 变过程,整体以贝氏体组织为主,具有均匀较好的 组织特征. 2郾 2 硬度分析 图 7 为未预热和预热下单道熔池的硬度分布, 从图中可知未预热熔池硬度为 552 ~ 672 HV,且自 顶部到底部呈升高的趋势,这是由于顶部温度梯度 小,冷却速度慢,过冷奥氏体发生转变前产生了先共 析铁素体,降低了熔池硬度,热影响区由于含碳量比 熔池高,形成的针状马氏体使得硬度再次上升,最高 达到了 765 HV. 预热熔池组织均匀,均是下贝氏体, 平均硬度值为 424 HV,热影响区为屈氏体组织,硬 度较低. 图 8 ( a) 为 未 预 热 和 预 热 下 激 光 熔 化 沉 积 12CrNi2 试样 YOZ 截面的硬度分布,未预热熔池顶 部、中部、底部平均硬度值分别为 482、476、447 HV, 平均硬度随着距熔池顶部距离增大而减小. 这是由 ·1346·