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45钢表面激光相变硬化处理的组织及性能【摘要】为了探讨激光相变硬化处理对 45钢组织及 性能的影响，利用CO2激光加工机对其进行激光相变硬化处 理利用扫描电子显微镜、电化学测试系统、盐雾试验机等 研究了激光相变硬化层的显微组织、硬度、耐蚀性能结果 表明：激光相变硬化层分为熔化区、相变硬化区以及热影响 区三部分其组织依次为：混合马氏体 +未溶碳化物、针状马氏体、残余奥氏体扫描为速度为 2.0m/min时试样的显微硬度提高约2倍；随扫描速度增加，耐蚀性先变好而后变 差关键词】激光相变硬化；显微组织；显微硬度；耐腐 蚀性激光相变硬化是使金属材料表面在高能量密度的激光 束照射下成为熔化状态，依靠材料自身快速冷却凝固，产生 新的表面改性层的方法利用这种技术可以实现材料表面局 部的快速加热和冷却，从而获得细密的非平衡快速凝固组织， 改变金属材料的组织结构，减少杂质，提高基体中固溶的合 金元素激光相变硬化主要用于强化零件表面，提高金属材 料及零件的表面硬度，使零件表层具有良好的耐磨性、冲击 韧性高、疲劳强度高等特点目前，国内外最成功的运用大 多集中在表面要求耐磨的工零件，研究成果大多集中在改性 层耐磨性、组织结构研究[1-3],而在激光相变硬化硬化改性 层的腐蚀性能方面研究不多。

为此，本文通过测试激光相变 硬化试样的极化曲线及抗中性盐雾性能研究了其耐蚀性能， 以其为理论研究和实际应用提供参考1实验方法基体材料选用45钢，加工成直径10cm的圆盘状，用磨 床磨平并用丙酮溶液对基体表面进行清洗，除去表面的污垢 和油垢，再对试样表面刷涂增吸收涂料， 激光吸收系数为98%, 禾I」用TLF-3200 CO2轴流激光器及 LASERCELL-100京轴六联 动三维激光加工机对材料进行激光相变硬化处理，工艺参数： 输由功率为 3200W,离焦量为130mm,试样A、B、C、D的 扫描速度分别为：1m/min、1.5m/min、2m/min、2.5m/min 将激光相变硬化处理后的试样经 0〜5#金相砂纸打磨并 抛光制成所需试样，用 5% （体积硝酸-酒精溶分数）的液进 行腐蚀，用JSM-5600LV®扫描电镜观察试样微观组织利用DMH-2LS努氏显微硬度计沿试样纵向测试激光相 变硬化层硬度载荷 25g,加载时间15s,从距试样表面 0.05mm的位置开始沿深度方向进行测量，平行测三点取平 均值用环氧树脂密封非改性层表面，在 EG&G M273电化 学测试系统上测试激光相变硬化试样的极化曲线。

2实验结果及分析2.1 激光相变硬化层的显微组织图1为激光相变硬化改性层 SEM典型宏观形貌图中从 上至下依次为熔化区 （A）、相变硬化区（B）、热影响区（C）、 基体（D）o硬化层厚度为 703以m由图1可见，改性层与 原始基体相比晶粒变得细小，这主要是受扫描速影响，当激 光处理时的扫描速度较大时，激光对试样的作用时间相对较 短，使得试样吸收的能量少，初始晶核来不及长大，导致了 奥氏体晶粒较细小，随后相变硬化区得到的马氏体晶粒也较 细小，同时扫描速度大也会使试样表面存在较多的未熔碳化 物熔化区的组织为马氏体以及部分残余奥氏体，同时存在 一定量的未溶碳化物其中马氏体组织是片状马氏体和板条 马氏体的混合型结构，但主要是较细小的片状马氏体，而板 条马氏体的组织也相对较细激光处理时激光相变硬化层的 熔化区与激光束作用时间最长，加热温度最高，加之原始组 织成分比较均匀，加热后形成的成分均一的奥氏体在急速冷 却时会形成马氏体组织，而与此同时珠光体转变成奥氏体较 充分，导致残余奥氏体的含量要少于相变硬化区的中间部分相变硬化区的组织与相变硬化层的熔化区相似，为混合 马氏体以及部分残余奥氏体但是随着距表面距离的增加， 会由现大量细针状马氏体。

这是因为处理过程中高的过热度 造成高的奥氏体形核率，而高的过冷度又造成奥氏体晶粒来不及长大，这使得冷却后得到的马氏体组织也较细细针状 马氏体是提高基体表面的显微硬度的主要原因热影响区即基体受高能密度激光束照射所引起组织及 性能变化的区域该区组织为残余奥氏体图1激光相变硬化层宏观形貌2.2 激光相变硬化层的显微硬度图2为不同扫描速度条件下试样的的显微硬度纵向分布 曲线可以看由：经过激光相变硬化处理的试样表面硬度有 明显的变化相变硬化层具有较高的硬度，这是由于激光快 速加热使得表面晶粒细小，从而形成马氏体同时由于碳来 不及扩散，以至于表面的碳含量相对较高图中试样 C的平 均硬度最大，可达到 869HK这是因为其扫描速度较大，在 加热过程中，由于扫描速度大，激光束停留在试样表面的时 间短，材料吸收的能量少，奥氏体晶粒不易长大，导致在随 后的冷却过程中所得到的马氏体细小均匀，从而使得其显微 硬度较高而试样 D虽然表面硬度较高，但是其扫描速度过 大，使得激光束与试样的接触时间较短，试样表面所吸收的 能量较少，受热面积小，这导致了所得到的表面硬化层过薄， 不适于实际应用图2试样的显微硬度分布2.3 激光相变硬化层的耐腐蚀性45钢表面经激光相变硬化处理后的在浓度为 0.5mol/L的H2SO4溶液中的极化曲线见图 3。

由线性拟合得由的腐蚀动力学参数为：自腐蚀电位 Ecorr=-415.0mV;自腐蚀电流Icorr=3.012X 10-5A?cm-2;极化电阻 Rp=19.12kQ ?cm-2其 具有较低的自腐蚀电流、较高的自腐蚀电位和极化电阻，表 明激光相变硬化处理后耐腐蚀性能良好主要原因在于：在 激光的快速加热和快速冷却作用下，基体表面一薄层瞬间熔 化并快速凝固，晶粒来不及长大，在基体表面形成致密的激 光改性层，对内部基体起到良好的保护作用图3试样的动电位极化曲线3结论(1)激光相变硬化处理后所得的相变硬化层分为熔化 区、相变硬化区以及热影响区其组织依次为：混合马氏体 +未溶碳化物、细针状马氏体、残余奥氏体2)激光相变硬化处理后样硬度显著提高，约为基体 3 倍3)极化曲线表明激光相变硬化处理后的耐腐蚀性明 显提高随扫描速度提高，样品耐蚀性呈先变好后变坏的趋 势参考文献】[1]刘江龙，邹至荣，苏宝 ？？.高能束热处理[M].机械工业 由版社，1997: 187.[2]张伟，姚建华.45钢表面激光合金化及其在螺杆强化中的应用[J].金属热处理，2007, 32 (11): 59.[3]MUDALI U K, DAGAL R K. Improving inter granular corrosion resistance of sensitized type 316 stainless steel by laser melting [J]. Mater Eng Perform , 1992, 1 (3): 341.[责任编辑：汤静]。