【南京航空航天大学】采用 AerMet100 钢激光熔覆修复 30CrMnSiNi2A 钢的微观结构演变与力学性能提升

长三角G60激光联盟导读

在航空航天领域，30CrMnSiNi2A 这类超高强度钢因优异的力学性能被广泛用于起落架、机翼等关键部件，但服役中易出现磨损、裂纹等缺陷，传统修复方法难以兼顾性能恢复与结构完整性。今天为大家分享一篇发表在《Metals and Materials International》的研究论文，该研究创新性地采用 AerMet100 钢作为熔覆材料，通过激光熔覆技术修复 30CrMnSiNi2A 钢，深入探究了修复区域的微观结构演变与力学性能提升机制，为航空关键部件的高效修复提供了新方案。

摘要

超高强度钢（UHSS）在航空航天领域应用广泛，但服役期间易产生磨损、裂纹等缺陷。激光熔覆技术能精准控制热输入与冷却速率，最大限度减少热变形并形成牢固的冶金结合。本研究以 AerMet100 钢为熔覆材料，对 30CrMnSiNi2A 钢进行修复，重点阐明修复试样内的微观结构演变与力学性能提升规律。结果表明，修复区域的微观结构主要由回火马氏体、马氏体、下贝氏体及少量残余奥氏体组成，且存在明显的硬度梯度：熔覆层、热影响区（HAZ）与基材的平均硬度分别为 500.1 HV、422.7 HV 和 365.6 HV，修复区域硬度显著高于基材。这一现象主要归因于 AerMet100 中高含量的 Co 和 Ni 所实现的固溶强化与 M2C 碳化物析出，此外修复区域较高的位错密度也进一步提升了硬度。修复后试样的强度达到 1484 MPa，相较于基材性能有所提升，表明采用 AerMet100 激光熔覆可有效恢复 30CrMnSiNi2A 钢的力学性能。该研究为航空关键部件（尤其是起落架）提供了一种有效的修复方案。

本研究以 AerMet100 钢为熔覆粉末，采用激光熔覆技术修复 30CrMnSiNi2A 超高强度钢，系统研究了修复试样的微观结构、拉伸性能与硬度，验证了该修复方法的可行性，主要结论如下：

1. 激光熔覆过程中的热循环显著调控了 AerMet100 修复区域的微观结构：第一层因基材温度较低、冷却速率快，奥氏体快速转变为马氏体，部分马氏体经二次加热后形成回火马氏体，同时伴随少量残余奥氏体与 M2C 碳化物析出；第二层因热积累导致冷却速率减缓，高温奥氏体满足贝氏体转变动力学条件，最终形成下贝氏体与少量残余奥氏体。

2. 热影响区（HAZ）的微观结构受热循环影响发生转变：原始粒状贝氏体在第一次热循环中因低温快速冷却形成马氏体，后续热积累使部分马氏体转变为回火马氏体，另一部分在冷却速率降低后形成下贝氏体；AerMet100 中的高 Cr、Ni 含量抑制了碳原子扩散，提升了奥氏体稳定性，导致修复区域与热影响区均保留少量残余奥氏体。

3. 修复试样的力学性能显著提升：极限抗拉强度从基材的 1170 MPa 提升至 1484 MPa（增幅 26.8%），仅伸长率从 13.8% 轻微降至 9.5%；这一提升主要源于多强化机制的协同作用 ——M2C 碳化物析出有效钉扎位错运动，高 Co、Ni 含量实现固溶强化，且马氏体 / 回火马氏体本身具备高硬度；此外，热影响区平均硬度（422.7 HV）显著高于基材（365.6 HV），归因于马氏体转变强化。

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文章原文阅读：https://doi.org/10.1007/s12540-025-01994-9