激光表麵淬火工藝參數在連續輸出的條件下主要為(wei) 激光器輸出功率P、光斑直徑D和掃描速度v等。表麵黑化狀況等對激光表麵淬火質量有一定的影響。本文研究了激光工藝參數對用於(yu) 製造矯直圈的9Cr2鋼組織和硬度的影響，為(wei) 合理製定9Cr2鋼激光表麵處理工藝提供依據。 

      實驗材料為(wei) 包頭光通激光技術有限公司處理的矯直圈用鋼9Cr2，加工成30 mm×30 mm×230 mm的試樣，進行820℃加熱，保溫1h，油淬，600℃，1h回火的調質處理，HRC=35。試樣的表麵經黑化處理後，在3 kW連續CO2橫流激光器上進行激光表麵熱處理。激光處理的主要參數：功率P =1.8，2.0，2.2，2.4 kW，掃描速度v=500，600，800，1 000 mm/min，光斑直徑D=10×1mm，進行激光束單道實驗。製備成金相試樣，利用大型LEICA型顯微鏡從(cong) 表麵每隔0.1 mm測硬度值直至基體(ti) ，測出試樣側(ce) 麵的顯微硬度，用QUANTA400型掃描電鏡觀察其側(ce) 麵的顯微組織。  

       在激光掃描速度為(wei) 800 mm/min的條件下，功率為(wei) 2.4 kW試樣熔化區的顯微組織如圖1(a)所示。由圖1(a)可看出，熔化區由表及裏依次為(wei) 結晶區、相變區。當激光的掃描速度一定時，激光的功率大，激光輸出的功率密度大，被處理的試樣的表麵溫升較大，表麵熔化且熔池的深度相對較深，在熔池中合金碳化物溶解量較大，熔池因對流攪拌作用，成分相對比較均勻，過熱時間較長，冷卻時結晶組織生長比較粗大。在其下部由於(yu) 加熱溫度較高，奧氏體(ti) 晶粒粗大，碳和合金元素的含量較高，在隨後的冷卻中組織轉變時，形成大量大的片狀的馬氏體(ti) 和殘餘(yu) 奧氏體(ti) 組織，其中片狀的馬氏體(ti) “穿晶”形成，沿一次晶軸方向形成粗大的片狀馬氏體(ti) 最長可達20μm左右，和一次晶軸的尺寸相吻合且呈“閃電狀”分布，內(nei) 部可以看到有明顯的“中脊”麵存在。 

       在激光掃描速度為(wei) 800 mm/min的條件下，功率為(wei) 2.0 kW試樣熔化區的顯微組織如圖1(b)所示。當激光束的功率比較小時，功率密度就比較小，並且過熱度較小，試樣表麵沒有發生熔化，但表麵加熱溫度高，在隨後的冷卻過程中所形成的馬氏體(ti) 組織粗大。

 
圖1功率為(wei) 2.4和2.0 kW的熔化區的顯微組織(SEM)

       激光功率在2.4和2.0 kW相變區的顯微組織如圖2(a)，(b)所示。在熔凝區以下是相變硬化區，其溫度分布在Tm～Acl之間，組織為(wei) 馬氏體(ti) 、殘餘(yu) 奧氏體(ti) 和未熔碳化物組織。在同樣的掃描速度下，由於(yu) 激光功率的增加，溫度升高大，奧氏體(ti) 晶粒大，碳化物溶解較充分，快速加熱形成的奧氏體(ti) 含碳和合金元素的量較多，冷卻後該區域得到的顯微組織為(wei) 粗大馬氏體(ti) 、殘餘(yu) 奧氏體(ti) 和合金碳化物。而激光功率小，加熱溫度較低，馬氏體(ti) 明顯變細，存在較多的未熔碳化物。

 
圖2 激光功率為(wei) 2.4和2.0 kW時相變區的顯微組織(SEM)

       熱影響區組織如圖3所示。熱影響區是加熱溫度的範圍在Ac1以下不太大的區域，該區域範圍內(nei) 存在一個(ge) 低於(yu) 基體(ti) 硬度的凹穀，亦可以稱為(wei) “高溫回火區”，保持基體(ti) 組織的特征，相當於(yu) 是高溫回火索氏體(ti) 和大的碳化物的混合組織。

 
圖3熱影響區的顯微組織，SEM

       基體(ti) 組織如圖4所示。基體(ti) 由於(yu) 離表麵較遠，在激光熱處理過程中起著傳(chuan) 導和吸收表麵熱量的作用，在傳(chuan) 熱過程中它本身溫度並不高，所以它的顯微組織未發生任何變化，組織為(wei) 回火索氏體(ti) 。

 
圖4 基本的顯微組織

       當激光功率一定時，激光束的掃描速度對顯微硬度的影響如圖5所示。從(cong) 圖5中可以看出，激光束的掃描速度越小(如v =500 mm/min) ，硬化層越深。因為(wei) 掃描速度越小，加熱時間就越長，加熱區域越大，硬化層越深。

 
圖5 激光功率為(wei) P=2。4 kW時的硬度

       在激光束掃描速度一定的情況下，激光功率對硬化層顯微硬度的影響如圖6所示。從(cong) 圖6中可以看到，在激光束的掃描速度一定的情況下(如v =800 mm/min)，激光功率越大，硬化層的深度就越大，所達到的峰值就越高。因為(wei) 激光的功率高時，單位時間內(nei) 輸入到試樣的能量較多，加熱範圍擴大，硬化層深度增加。同時加熱溫升較高，碳元素的擴散速率較快，奧氏體(ti) 含碳量相對較高，冷卻轉變時可得到含碳量高的馬氏體(ti) 組織，因此顯微硬度峰值就高。

 
圖6 激光束的掃描速度為(wei) v=1 000 mm/min時的硬度

        9Cr2鋼經激光熱處理，當激光功率較大並且激光束的掃描速度比較小的時候，處理後的區域可以劃分為(wei) ：熔化區、相變區、熱影響區和基體(ti) 等幾個(ge) 部分，其硬化層的深度在0.4～0.8 mm之間。在激光功率較小且激光束的掃描速度較快的工藝參數下，處理後的試樣隻有相變區、熱影響區和基體(ti) ，最靠近表麵的即是相變區，得到的組織是馬氏體(ti) 、未熔碳化物和殘餘(yu) 奧氏體(ti) ，基硬化層深度在0.2～0.6mm之間。 激光熱處理後硬度層的深度隨著激光功率的增加和激光束的掃描速度的減小而增加，在相變區的顯微硬度的峰值隨著激光功率的增加和激光束的掃描速度的減小而增大。