1 前言
;4XvlcGo W'2T7ha Es 隨著
激光設(shè)備價格的不斷降低及其制造技術(shù)的不斷改進，材料表面激光改性和焊接的工業(yè)應(yīng)用也變得越來越廣泛。前者包括激光表面
熱處理、激光表面合金化和激光表面熔覆等加工方法，是表面工程工作者經(jīng)常采用的處理手段；而后者是由于其焊縫的大深寬比、高精密度和生產(chǎn)的高效率而受到焊接界的重視，越來越多地把它用于機械制造業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)。
ANB@cK _ py#` 在材料表面能較好地吸收激光能量的情況下，激光對材料的輻射可以使材料的表面部分以很高的速度被加熱，隨后靠材料自身的快速導(dǎo)熱又以很快的速度冷卻，這種快速加熱和冷卻特點使加熱區(qū)的組織結(jié)構(gòu)有很多特殊性。例如，在ZL108鋁合金激光重熔區(qū)存在珠光體型層片狀鋁硅共晶［1］，層錯及孿晶［2，3］，在鑄鐵激光重熔區(qū)存在直徑為20nm的超細(xì)奧氏體［4］及原始珠光體條紋［5，6］，在T10鋼激光改性區(qū)存在微晶及非晶組織［7］以及T10鋼激光處理區(qū)殘留奧氏體的特殊作用等［8］。
.Y B}w g3[Zh=+]E 常用于激光表面改性的材料多為鋼鐵材料，激光處理層的組織結(jié)構(gòu)與材料的合金成分和激光處理
參數(shù)等因素有關(guān)，其中的殘留奧氏體是激光處理區(qū)的常見組織，對處理區(qū)的性能有比較顯著的影響。
# D8Z~U,- TS0x8,'$q 本文在對不同成分的鋼和鑄鐵以及高合金
模具鋼和高速鋼激光處理組織和性能研究的基礎(chǔ)上，對激光處理區(qū)的殘留奧氏體進行了專題討論，討論的內(nèi)容包括殘留奧氏體的組織形貌、合金元素固溶度、自身性質(zhì)以及它們對激光處理區(qū)性能的影響。
)X*?M ?~\ zO#{qF+~; 2結(jié)果與分析
q;co53.+P) WXz'H),R 2．120鋼激光處理區(qū)中的殘留奧氏體
K"~Tk`[0Q Da_8Q(XFe 用于激光處理的低碳鋼經(jīng)正火處理，基體組織為鐵素體F＋珠光體P，激光功率1600W，掃描速度為48cm／min。發(fā)現(xiàn)材料處理區(qū)的殘留奧氏體是分布在馬氏體板條之間，厚度為45nm左右，它與馬氏體的
晶體取向符合K-S關(guān)系［9］。對于低碳鋼的激光處理，是通過使其表面發(fā)生相變來實現(xiàn)的，激光加熱可以使表層獲得均勻的奧氏體，奧氏體晶粒較細(xì)，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為板條馬氏體，殘留奧氏體由于受馬氏體板條的制約，也呈現(xiàn)為條狀。對于含碳量大于0.2％的碳鋼，奧氏體的均勻性較差，在局部區(qū)域存在孿晶馬氏體和塊狀殘留奧氏體［10］。與常規(guī)
淬火相比，激光淬火區(qū)的殘留奧氏體不但數(shù)量多且尺寸也較大。
7w}D2|+ u{Jv6K, 2．2T10鋼激光處理區(qū)中的殘留奧氏體
,nn5LQ|l.j VrL==aTYXs T10鋼母材經(jīng)球化退火，其組織為鐵素體加球狀滲碳體。激光處理參數(shù)為：激光功率2000W；激光光斑直徑8mm；掃描速度30mm／s。表面硬化層中馬氏體為針狀，殘留奧氏體和馬氏體交錯存在（殘留奧氏體被馬氏體分割），占有很大面積，呈現(xiàn)為不規(guī)則的塊狀，X射線衍射儀測定的殘留奧氏體的體積百分?jǐn)?shù)約為10％［11］，含碳量為1％。透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，個別區(qū)域的殘留奧氏體形貌呈微粒狀，電子衍射圖為一系列同心圓環(huán)［7］。在液氮中冷卻48h后，處理區(qū)的殘留奧氏體數(shù)量減少，變成4％左右，說明有一部分殘留奧氏體在低溫處理時轉(zhuǎn)變成了馬氏體，提高了耐磨性［8，13］。采用高功率密度和較慢的掃描速度對含碳量為1.0％左右的鋼進行處理時，很容易在表面獲得激光重熔層，它是由奧氏體和滲碳體組成的共晶組織，所以此殘留奧氏體形貌為枝晶狀。在冷卻速度較慢的條件下，共晶組織中的奧氏體將發(fā)生轉(zhuǎn)變。
56 6vjE v=!Ap ; 2L 2．3鑄鐵激光處理區(qū)中的殘留奧氏體
:|hFpLt RiHOX&-7 用于激光處理的材料是HT20-40灰口鑄鐵，激光處理參數(shù)是：激光功率2000W，激光光斑直徑5mm，掃描速度30mm／s。激光處理區(qū)總深度為1mm，其中的重熔層深度為0.15mm，在重熔層下部是激光淬火層。重熔區(qū)的殘留奧氏體為枝晶結(jié)構(gòu)，它以外延形式從熔池向表面方向生長，與滲碳體組成共晶組織，一次晶軸間距約為5～8μm，二次晶軸間距約為1.5μm，相鄰的一次晶軸多為平行排列［5］。枝晶殘留奧氏體通常有較高的含碳量，對可鍛鑄鐵激光重熔區(qū)奧氏體成分測定表明，它的含碳量為2％。重熔層下邊為淬火區(qū)，該區(qū)的殘留奧氏體面積大，為塊狀，在未完全溶解石墨周圍的殘留奧氏體數(shù)量明顯大于其它區(qū)域。殘留奧氏體的硬度為650～700HV0.1。在液氮中冷卻48h以后，殘留奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，原殘留奧氏體區(qū)有明顯的浮凸［6］，此時的顯微硬度變?yōu)?20～900HV0.1。
/*g9drwaa }6/L5j:+ 用公式a＝0.3548＋0.0044X
jG($:>3a@ a& >(*P Q 對殘留奧氏體的含碳量進行了測量（式中a為晶格常數(shù)；X為奧氏體含碳量），獲得的含碳量數(shù)值為1.8％。該區(qū)的殘留奧氏體數(shù)量高達30％，透射電鏡觀測到了直徑為20nm左右的微晶奧氏體，它的電子衍射圖為系列同心圓環(huán)［4，14］。激光處理區(qū)的耐磨性比母材提高很多倍，其中的殘留奧氏體對耐磨性的提高有一定的幫助作用。
=%u\x=u| 8`bQ,E+2 2．4高合金鋼激光處理區(qū)中的殘留奧氏體
f8]Qn8 -TnvX(ok4 用于激光處理的材料有5CrNiMo和W18Cr4V鋼，激光處理參數(shù)分別是：激光功率2000W，光斑直徑5～8mm和掃描速度34mm／s。高合金鋼的激光處理區(qū)較難達到奧氏體均勻化，局部區(qū)域奧氏體合金元素含量偏高。殘留奧氏體的形貌有兩種，一種是板條馬氏體之間的殘留奧氏體，另一種是塊狀馬氏體間的殘留奧氏體，后者存在孿晶結(jié)構(gòu)，位錯密度較高。對激光處理試樣回火后，發(fā)現(xiàn)它的硬度明顯高于正常淬火、回火組織的硬度［15，16］，說明固溶于奧氏體中的合金元素較多，提高了奧氏體在高溫的穩(wěn)定性，表現(xiàn)為抗回火能力增強，同時也導(dǎo)致激光處理材料的熱疲勞性獲得改善［15］。
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