采用中国人民解放军装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室的激光快速成型系统制备Fe314激光熔覆试样（45钢为基体材料），试样尺寸为100mm×10mm×80mm，分别采用800目、1200目、2000目砂纸打磨试样，在抛光机上抛光之后，采用丙酮清洗，在空气中烘干，再用王水（HNO₃和HCl按1∶3比例的混合物）腐蚀Fe314激光熔覆层组织，采用光学显微镜分析试样的显微组织。

图3-1所示为单道搭接多层堆积Fe314激光熔覆层与基体结合的金相组织。从图3-1可以看出，熔覆层与基体之间形成了一层薄薄的平面晶体组织（界面处的白亮带）。其原因在于在基体上开始堆积时熔覆层材料受到强烈冷却，与基体之间存在很大的正温度梯度，同时基体表面是非均匀形核的有利位置，因而在基体表面上产生大量晶核，这些晶核迅速长大至相互接触便形成平面晶体组织。这层平面晶体组织的形成使得基体和熔覆层之间形成了良好的冶金结合。图3-2所示为单层激光熔覆内的金相组织，从图3-2可以看出，层内组织由柱状晶和树枝晶混合而成，这是由于Fe314合金凝固过程中不同成分的元素凝固点不同，高熔点的溶质率先凝固，这样液固相界面前沿存在着熔点较低溶质元素的偏聚，导致界面前沿液体熔点的改变。合金液体的熔点随着溶质浓度的改变而改变，这样界面前沿过冷的产生将不仅取决于界面前沿液体中实际温度的分布，还与溶质浓度的分布有关（成分过冷），随着距固液界面距离的增加，成分过冷增大，从而形成柱状晶和树枝晶组织。图3-2中柱状晶和树枝晶的生长方向大致与基体结合面垂直，其原因在于底部平面晶组织形成的同时，释放出结晶潜热使液体的过冷程度减小，形核率迅速降低，只有细晶区已形成的晶体向液体中长大。由于垂直于基体结合面的方向散热最快，而且细晶区中各晶粒的结晶位向不同，所有只有那些与散热方向平行的晶粒能够继续向液体深处生长，从而形成大致与基体结合面垂直的柱状晶和树枝晶混合区。

图3-1 熔覆层与基体结合的金相组织

图3-2 层内金相组织

图3-3所示为相邻熔覆层间组织，从图3-3可以看出，成型层层间以冶金结合的方式结合在一起，既保证了树枝晶和柱状晶生长的延续性，又保证了层间结合的强度。多层堆积过程中，高能激光束作为移动热源，当加热某一点时，熔池周围的材料被快速加热，因此前道已经凝固的任一点都要经受反复的加热、冷却热循环过程，即存在二次熔化、二次热影响现象，进而发生组织的粗化。图3-4所示为多层堆积熔覆层的顶部显微组织。从图3-4可以看出，顶部组织与层内和层间组织不同，出现了细小的等轴晶。其原因在于多层堆积过程中，已成型的熔覆层较基体具有较高的温度，并且结晶过程中随着结晶潜热的不断释放，凝固时的温度梯度G减小，在熔池顶部，通过与空气对流、辐射等方式冷却，结晶速度V逐渐增大，因此G/V减小，固液界面前沿的液体中的成分过冷增大。当成分过冷增大到一定程度的时候，在固液界面前沿的液体中生成许多新的晶核，并沿着各方向长大，这样阻碍了柱状晶和树枝晶的生长并形成细小的等轴晶体，同时熔覆层的上层组织出现了明显的不均匀，一些粗大的条状物分布在上层阻碍了细小等轴晶的生长。这主要是由于多层堆积过程中，高熔点的成分在冷却过程中首先凝固，而低熔点的成分随着固液界面逐渐流向上层，因此熔覆层表层低熔点成分相对较多，成分不均匀性增加。(www.daowen.com)

图3-3 层间组织

图3-4 顶部组织

从实验结果可以看出，Fe314合金激光熔覆层为各向异性的多晶材料，其晶粒尺寸及其分布、方向性生长的柱状晶、树枝晶以及密度等因素决定了熔覆层各方面的性能，通过光学显微镜和扫描电子显微镜可以检查熔覆层内部的显微组织分布特征，从而了解熔覆层的质量状况。但是实际零部件内部的组织分布特征显然不适合采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察。因此研究激光熔覆层中超声波的传播特性以及如何通过超声检测表征再制造涂层的质量状况非常必要。