本实验采用 M2 粉和铌粉配制不同铌含量（分别为 0wt.%，0.35wt.%， 0.5wt.%)的混合粉末利用激光直接沉积技术制备出高速钢样品。通过光学显微镜XRD、扫描电镜和能谱分析等现代分析方法研究添加不同含量 Nb 元素对激光直接沉积 M2 高速钢的显微组织及对产生的碳化物的类型和形貌影响,并通过测量不同 Nb 含量样品的硬度和摩擦磨损实验，对其成形和耐磨性能进行初步分析。

本文采用激光直接沉积成形添加不同含量的 Nb 元素与 M2  高速钢混合粉末样品，研究激光参数及 Nb 含量对激光直接沉积高速钢的显微组织及成形、耐磨等性能的影响。

本实验分别配置含量为 0%Nb、0.35Nb%和 0.5%Nb（wt.%）的铌和 M2 高速钢的混合粉，利用半导体激光器在优化的激光参数下直接沉积成形多层材料样品。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X 射线衍射仪、数显显微维氏硬度计对样品的显微组织、相组成及碳化物形貌进行观察和分析并对其耐磨性能进行测试。

本实验获得的优化激光直接沉积成形工艺参数为:功率 P=1800W,扫描速度V=5mm/s，送粉量为 7.5g/min，多道搭接率为 30%。优化出 Nb 元素的最佳添加量为 0.35 wt.%， 含 Nb 0.35 wt.%的激光直接沉积成形 M2+ 0.35%Nb 高速钢样品的显微组织有明显细化，其中碳化物的尺寸有所减小。

激光直接沉积成形的不同铌含量 M2+xNb（x=0， 0.35，0.5 wt.%）高速钢样品的显微硬度在不同区域变化趋势大致相同， M2+0.35Nb (wt.%)样品平均硬度最高为 650HV。激光直接沉积成形 M2+0.35Nb(wt.%)样品的耐磨性最优，其磨损量是激光直接沉积成形不含铌的 M2 样品的 71%。

研究内容

采用 M2 粉和铌粉配制不同铌含量（分别为 0wt.%，0.35wt.%，0.5wt.%)的混合粉末利用激光直接沉积技术制作出高速钢样品。通过光学显微镜 XRD、扫描电镜和能谱分析等现代分析方法研究添加不同含量 Nb 元素对激光直接沉积M2 高速钢的显微组织及对产生的碳化物的类型和形貌影响,并通过测量不同 Nb 含量样品的硬度和摩擦磨损实验，对其成形和耐磨性能进行初步分析。

（1）研究不同激光参数对制备的 M2 高速钢显微组织及相组成的影响。

（2）研究添加不同含量的铌元素对 M2 高速钢中碳化物的形貌、尺寸、分布的影响。

对激光直接沉积成形未添加 Nb 的 M2 高速钢及含 Nb 的 M2+0.35Nb(wt.%)， M2+0.5Nb (wt.%)三种材料样品进行销盘式耐磨性能测试，在滑动距离为 18840mm 下三种成分样品的磨损量分别为 0.0014、0.0010、0.0015(g)，计算其磨损率分别为 3.725×10 -6   、 2.654×10 -6、3.980×10 -6 g/(mm2×min )。可以看出 M2+0.35Nb (wt.%)样品磨损率最小，耐磨性最好。（磨损率公式：δ=?m/(2πr2×t )，其中 δ 为磨损率，r 为样品半径，t 为时间。）

结论

本实验，分别配置含量为 0%Nb、0.35Nb%和 0.5%Nb（wt.%）的铌和 M2 高速钢的混合粉，采用半导体激光器在优化的激光参数下直接沉积成形多层材料样品。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X 射线衍射仪、数显显微维氏硬度计对样品的显微组织、相组成及碳化物形貌进行观察和分析并对其耐磨性能进行测试，得到以下结论：

(1)优化工艺参数：输出功率 P=1800W，扫描速度为 V=5mm/s，送粉量为7.5g/min，多道搭接率为 30%。在此参数下 M2 高速钢各样品的成形性最好。

(2)Nb 元素的添加对激光直接沉积成形制备 M2 高速钢的组织有一定影响， 优化出的 Nb 元素的添加量为 0.35 wt.%，其激光直接沉积成形样品的显微组织细化和碳化物的尺寸减小。

(3)激光直接沉积成形的不同铌含量 M2+xNb（x=0，0.35，0.5 wt.%）高速钢样品的显微硬度在不同区域变化趋势大致相同， M2+0.35Nb (wt.%)样品平均硬度最高为 650HV。

(4)激光直接沉积成形 M2+0.35Nb(wt.%)样品的耐磨性最优，在滑动距离为18840mm 时磨损量为 0.0010g，是激光直接沉积成形 M2 样品的 71%。