1 中国矿业大学机电工程学院，江苏 徐州 221116
2 徐州工程学院机电工程学院，江苏 徐州 221018
由于冲击载荷引起的动态霍尔-佩奇效应，高锰钢具有优异的形变硬化特性。研究高锰钢的激光重熔非均匀显微组织凝固原理及对超声滚压硬化行为的影响具有重要意义。对Mn13钢板表面先后进行激光重熔处理和超声滚压强化，通过扫描电子显微镜、场发射电子探针显微分析仪和电子背散射衍射仪分析了激光重熔高锰钢的显微组织和凝固过程，通过维氏硬度计和摩擦磨损试验机研究了激光重熔高锰钢的非均匀组织对超声滚压硬化的影响。研究发现：由于激光重熔过程的高温度梯度和高冷却速度，凝固组织从上到下依次为较薄的等轴树枝晶和垂直于结合面生长的柱状树枝晶，枝晶间为小角度晶界，且存在Mn元素的偏析；激光重熔高锰钢的非均匀组织在超声滚压下具有孪生硬化行为，表面硬度和耐磨性均有较大程度的提高。因此，激光重熔技术在高锰钢的表面处理领域具有潜在的应用前景。
激光技术 激光重熔 高锰钢 超声滚压 孪生硬化 磨损机理 中国激光
2024, 51(16): 1602201
1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省先进连接技术重点实验室，辽宁 大连 116024
2 株洲齿轮有限责任公司，湖南 株洲 412000
针对球墨铸铁与合金钢异种材料焊接界面容易形成碳偏聚进而产生裂纹的问题，通过采用连续-脉冲同轴双激光焊接工艺及填充镍基合金焊丝，实现了QT500与20MnCr5的优质焊接。研究了同轴双激光中不同脉冲激光功率（360、400、440、480 W）对焊缝成形质量的影响规律，讨论了激光作用位置向钢侧偏移（偏移量）对焊接接头界面碳元素偏聚现象的影响机制，对焊接接头力学性能、金相组织及硬度分布进行了综合分析。结果表明：同轴双激光焊接工艺可用于球墨铸铁与合金钢的焊接，球墨铸铁侧的热输入对焊缝的成形质量及力学性能的影响较为显著；由于球墨铸铁侧莱氏体及马氏体的析出，断裂主要发生在该侧的熔合区；在保证熔深稳定的前提下，分别研究了不同偏移量（0.1、0.2、0.3 mm）对接头的影响，激光作用位置向钢侧偏移能够有效减小球墨铸铁侧的热输入，避免碳元素过度偏聚，力学性能得到相应的提升，断裂位置向热影响区移动，焊缝接头的强度得到优化。
激光技术 连续-脉冲双激光 球墨铸铁 合金钢 镍基合金 中国激光
2024, 51(16): 1602102
1 西安理工大学 机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
2 郑州机械研究所有限公司，河南 郑州 450052
3 广东工业大学 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室，广东 广州 510006
随着工业领域金属薄壁构件设计的多样化，在高速激光切割的同时，对切口形貌质量也提出了更高的要求。本研究采用连续光纤激光器对0.2 mm厚度304不锈钢薄板进行切割实验，研究了毛刺和熔渣飞溅区产生的机理，重点讨论了加工工艺参数中的激光功率、切割速度、离焦量对毛刺堆积量和熔渣飞溅区宽度的影响关系，通过实验分析获得了最佳加工参数组合。研究结果表明，毛刺厚度随着激光功率、离焦量的增大而增加，随着切割速度的增大先降低后增加。熔渣飞溅区宽度随着激光功率的增大而增加，随着切割速度的增大而降低，随着离焦量的增大出现小范围波动。根据加工结果分析，当激光功率为125 W，切割速度为10 m/min，辅助气体压强为1.2 MPa，离焦量为−0.3~−0.5 mm，可以获得0.2 mm厚304不锈钢薄板较好的加工效果。
激光切割 薄壁 304不锈钢 毛刺 熔渣飞溅区 laser cutting thin wall 304 stainless steel burr slag splash zone 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230569
1 广东腐蚀科学与技术创新研究院，广东 广州 510530
2 中国科学院金属研究所，辽宁 沈阳 110016
3 广州大学物理与材料科学学院，广东 广州 510006
4 华南理工大学材料科学与工程学院，广东 广州 510641
使用电子万能材料试验机对不同热处理后的18Ni300马氏体时效钢进行拉伸试验，并通过X射线衍射（XRD）分析了不同热处理后马氏体及奥氏体的含量，研究了18Ni300钢在不同热处理过程中的组织演变、力学性能以及二者的关系，对比了其在不同热处理后的综合力学性能，从而筛选出了最佳热处理工艺。结果表明，热处理后试样的熔道逐渐消失，马氏体组织特征更加明显，硬度从34.1 HRC上升到52~54 HRC，抗拉强度从1174 MPa上升到2000 MPa以上。490 ℃直接时效6 h后实现了较好的强韧组合，这与组织内生成的强韧化相（逆转奥氏体）的含量密切相关。XRD测试结果表明，490 ℃直接时效后，试样内部具有最高的逆转奥氏体含量（体积分数约为6.9%），这些细小的逆转奥氏体分布在马氏体边界和内部，在一定程度上改善了18Ni300钢的韧性。
激光技术 激光选区熔化 18Ni300马氏体时效钢 逆转奥氏体 热处理 拉伸性能 中国激光
2024, 51(16): 1602302
西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室，四川 成都 610031
界面金属间化合物的厚度和种类是影响铝/钢异种材料激光熔钎焊接头性能的关键。研究了不同摆动参数下接头金属间化合物（IMCs）的厚度和种类，并进一步分析了不同摆动参数下接头的拉伸性能及断口形貌。结果表明，摆动激光可以改善铝/钢异种材料激光熔钎焊接头界面金属间化合物的厚度和相组成。未加摆动激光时，在界面形成了厚度约为8.45 μm的两层IMCs，焊缝侧IMCs为τ5-（Fe，Ni）1.8Al7.2Si，钢侧IMCs为θ-（Fe，Ni）（Al，Si）3。当激光摆动直径为2 mm、频率为30 Hz时，IMCs的分布更加连续均匀，厚度约为2.21 μm，界面层组织为τ5-（Fe，Ni）1.8Al7.2Si，最优接头线载荷为289.1 N/mm，比未加摆动激光时的接头线载荷提高了约33.9%。
激光技术 铝/钢激光熔钎焊 摆动激光 金属间化合物 力学性能 中国激光
2024, 51(12): 1202105
光子学报
2023, 52(12): 1212001
1 广东海洋大学电子与信息工程学院，广东 湛江 524088
2 广东省智慧海洋传感网及其装备工程技术研究中心广东 湛江 524088
3 广东海洋大学机械与动力工程学院，广东 湛江 524088
在304不锈钢表面预置不同质量分数的Fe60和WC复合粉末，采用光纤激光加工系统制备金属-陶瓷复合熔覆层。分别从宏观形貌、微观组织、物相分析、硬度分布等角度研究涂层的组织结构及性能。结果表明：复合熔覆层冶金结合良好，过渡区、热影响区生成CrC及WCx等硬质相，提高了熔覆层的硬度，对复合涂层力学性能有显著影响；当WC的质量分数比例为3%时，熔覆涂层的平均硬度为995 HV，约为304不锈钢基体的5倍，且高于其他质量分数比例的复合熔覆层。
304不锈钢 激光熔覆 表面改性 复合涂层 304 stainless steel laser cladding surface modification mixed coating
目的：采用光纤激光器对304不锈钢和铜进行焊接，提高焊缝抗拉强度，并分析焊接机理。方法：激光束作用在焊缝的不同位置，并对不锈钢/铜焊接接头的抗拉强度进行测试，从而找到最佳的激光束作用位置，采用光学显微镜对焊缝微观结构进行观察，采用能谱分析仪(EDS)对焊缝处元素进行分析。 结果：试验结果表明，当激光束作用的位置在靠近不锈钢侧0.15 mm时，焊缝抗拉强度达到最高的186 MPa。结论：不锈钢对激光束的吸收率大于铜，激光束靠近不锈钢侧，使得不锈钢先熔化，然后热传导将铜熔化形成熔池，且不锈钢渗透到铜侧，形成异种焊缝。
304不锈钢 铜 激光焊接 微观组织 304 stainless steel copper laser welding microstructure
1 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院，广东 佛山 528000
2 季华实验室，广东 佛山 528200
采用光斑直径为0.1 mm的激光束对2 mm厚QP980先进高强钢进行激光焊接。借助光学显微镜、扫描电子显微镜、万能材料试验机和显微硬度计等工具，研究焊接速度对接头成形、组织演变及力学性能的影响，研究发现，随着焊接速度的减小，横截面形貌从“钉”形逐渐过渡为“沙漏”形，最后变为“直筒”形。焊缝熔化区马氏体形态粗大，热影响区主要由较为细小的马氏体构成，硬度均高于母材；回火区由于母材马氏体发生分解，使得该区域硬度比母材低，但随着速度的增加，马氏体分解程度逐渐降低。由于焊缝的硬化，焊接接头断后延展率降低，不同焊接速度下的拉伸断口形貌表明均为韧性断裂。
先进高强钢 激光焊接 微观组织 力学性能 advanced high strength steel laser welding microstructure mechanical property
