彭谦等：预热对激光熔化沉积成形12CN2合金钢组织与性能的影响 ·1347· (c 10m 10m 10m d ) 10μm 10um 10μm 图6立体块件XO2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（ε）、顶部() Fig.6 Microstructure of the XOZ cross section of a solid block:the bottom (a),middle (b),and top (c)of a non-preheated pool;the bottom (d),middle (e),and top (f)of a preheated pool 800 。未顶热 覆层会在下一道激光扫描时形成一个微小的熔池， ·一预热 激光重熔的效果使得微小熔池内部的晶粒大小与未 700 熔化的熔覆层不一致，从而引起了硬度的上下波动 600 图8(b)为未预热和预热下激光熔化沉积12CrN2 熔池 热影响区 基体 试样XOZ截面的硬度分布，未预热熔池顶部、中部、 400 底部平均硬度值分别为454、458、451HV,预热熔池 300 顶部、中部、底部平均硬度值分别为408、405、 406HV,同一熔池XOZ面上平均硬度基本保持不 200 变，可见该面上组织较为均匀.对比XOZ面和YOZ 0.05 1.01.52.02.53.0354.0 距熔池顶部臣离/mm 面，发现XOZ面硬度较低些，这可能是由于激光在 图7单道熔池硬度分布 X方向上经过的时间比Y方向长，使得能量在X方 Fig.7 Hardness distribution of a single-channel molten pool 向积累相对较多，导致冷却速度相对较慢，在Y方 于熔池顶部未经历激光能量的类似回火热处理，为 向较快的冷却速度促使YOZ面得到性能更为优异 贝氏体组织，且晶粒呈现细小等轴特征.中部和下 的组织 部均经历了激光的重熔及热积累的回火处理过程， 2.3拉伸性能 下部组织为粗大的柱状品，硬度最小.预热熔池顶 图9为未预热下激光融化沉积12CN2合金钢 部、中部、底部的平均硬度值为422、426、428HV,整 试样XOZ、YOZ截面宏观形貌图，从图中可以看出 体平均硬度基本保持一致性.可见预热后熔池组织 在熔覆层内部均出现了明显的大尺寸裂纹，在YOZ 特别均匀，温度梯度的降低使得熔池没有出现马氏 面上裂纹沿着第一熔覆层与基体截面方向扩展，这 体回火转变的组织，均为贝氏体.而未预热熔池为 是由于在成形过程中基体与第一层温度梯度过大， 回火马氏体、贝氏体的混合组织，这导致了未预热熔 造成基体与成形材料热膨胀不一致，产生了很大的 池整体平均硬度高于预热熔池.从图中还可以发现 热应力，热应力超过了材料的强度极限就产生了裂 硬度均呈现了一定的波动，这是由于已经成形的熔 纹.在XOZ面上裂纹沿垂直界面方向扩展，一直贯彭 谦等: 预热对激光熔化沉积成形 12CrNi2 合金钢组织与性能的影响 图 6 立体块件 XOZ 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. 6 Microstructure of the XOZ 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 7 单道熔池硬度分布 Fig. 7 Hardness distribution of a single鄄channel molten pool 于熔池顶部未经历激光能量的类似回火热处理,为 贝氏体组织,且晶粒呈现细小等轴特征. 中部和下 部均经历了激光的重熔及热积累的回火处理过程, 下部组织为粗大的柱状晶,硬度最小. 预热熔池顶 部、中部、底部的平均硬度值为 422、426、428 HV,整 体平均硬度基本保持一致性. 可见预热后熔池组织 特别均匀,温度梯度的降低使得熔池没有出现马氏 体回火转变的组织,均为贝氏体. 而未预热熔池为 回火马氏体、贝氏体的混合组织,这导致了未预热熔 池整体平均硬度高于预热熔池. 从图中还可以发现 硬度均呈现了一定的波动,这是由于已经成形的熔 覆层会在下一道激光扫描时形成一个微小的熔池, 激光重熔的效果使得微小熔池内部的晶粒大小与未 熔化的熔覆层不一致,从而引起了硬度的上下波动. 图 8(b) 为未预热和预热下激光熔化沉积 12CrNi2 试样 XOZ 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 454、458、451 HV,预热熔池 顶部、 中 部、 底 部 平 均 硬 度 值 分 别 为 408、 405、 406 HV,同一熔池 XOZ 面上平均硬度基本保持不 变,可见该面上组织较为均匀. 对比 XOZ 面和 YOZ 面,发现 XOZ 面硬度较低些,这可能是由于激光在 X 方向上经过的时间比 Y 方向长,使得能量在 X 方 向积累相对较多,导致冷却速度相对较慢,在 Y 方 向较快的冷却速度促使 YOZ 面得到性能更为优异 的组织. 2郾 3 拉伸性能 图 9 为未预热下激光融化沉积 12CrNi2 合金钢 试样 XOZ、YOZ 截面宏观形貌图,从图中可以看出 在熔覆层内部均出现了明显的大尺寸裂纹,在 YOZ 面上裂纹沿着第一熔覆层与基体截面方向扩展,这 是由于在成形过程中基体与第一层温度梯度过大, 造成基体与成形材料热膨胀不一致,产生了很大的 热应力,热应力超过了材料的强度极限就产生了裂 纹. 在 XOZ 面上裂纹沿垂直界面方向扩展,一直贯 ·1347·