45钢表面引入亚微米B4C的激光合金化研究

武汉武钢华工激光大型装备有限公司　莫衡阳 熊大辉 蔡菲菲 王喜 王爱华

　　一、研究目的

　　采用3kW半导体激光设备，通过添加亚微米B^₄C陶瓷相进行激光合金化，提高45钢的表面硬度和耐磨性，具有广泛的工程意义。

　　二、研究方法

　　试验设备采用武钢华工激光公司生产的3KW半导体激光器机器人表面处理及再制造系统， 激光熔覆工艺为：激光功率2KW，扫描速度30mm/s，光斑大小3mm，搭接率为50%，陶瓷层的预置厚度100微米。

　　利用XJL-03型显微镜进行熔覆层组织分析，采用HVS-1000A维氏硬度计测定熔覆层的显微硬度，测量时载荷0.2kg，加载时间为10s，熔覆层不同深度部位测量5点值进行平均，绘制成横断面硬度分布图。

　　三、试验结果

　　图1为激光合金化层的横断面形貌，强化区由合金化区、淬火区和热影响区组成。典型金相组织如图2所示，组织特征为细密枝晶上分布着亚微米的陶瓷相。

图1 激光合金化层横断面形貌

图2 合金化层从表面到基材组织变化

　　图3为合金化层横向硬度分布，由图中可以看出，合金化层内的硬度达到HV^_0.2 1100，层深约为200微米，由合金化层到基体，组织由全马氏体过渡到半马氏体，最后到基体，硬度也呈逐渐下降的趋势。

图3 合金化层横向硬度分布

　　四、结论

　　采用高功率半导体激光器进行激光合金化时，激光与亚微米B₄C相具有极高的耦合作用效率，合金化效率高，合金化层均匀，硬度提升到HV_0.2 1100，为45钢耐磨性的提升提供了途径。