激光熔覆是一种先进的材料表面处理技术。熔覆过程中的快冷快热易使熔覆层中产生残余拉应力,进而增大熔覆层的应力腐蚀开裂,降低熔覆层的使用性能。低温相变(LTT)合金粉末通过控制碳含量,并添加其他合金元素降低马氏体相变点(Ms),形成高合金马氏体相。利用低温下马氏体相变体积膨胀来抵消冷却过程中的热收缩,达到改善残余应力的作用。熔覆成形后无需进行去应力的后续处理,提高生产效率。激光熔覆具有较强的工艺性,选取适合的工艺参数组合是获得良好熔覆层的基础。本文首先分析合金元素在钢中的作用。在保证熔覆层综合力学性能的前提下,以Cr-Ni两种降低马氏体相变温度的元素为主加元素,另外添加Mn、Mo、Cu、V等微量元素,最终确定具有相同合金系统不同元素含量的两种合金粉末LTT1和LTT2。应用热膨胀仪对设计合金熔覆层相变温度进行检测,并计算了熔覆层马氏体相变产生的综合体积膨胀率。通过控制单一因素变量法及正交实验法对激光熔覆工艺参数进行研究。分析所选的各因素对熔覆层宏观质量及稀释率的影响情况,最终确定一组具有良好成形效果的熔覆工艺参数。应用选取的工艺参数进行激光熔覆实验并对熔覆层进行回火处理,对比回火前后熔覆层的组织与性能变化情况。通过3D激光共聚焦显微镜、扫描电镜和XRD等检测手段,对熔覆层微观组织进行观察与分析。分析发现,LTT合金粉末熔覆层组织由板条状马氏体和分布于马氏体板条间的残余奥氏体组成。回火处理后熔覆层晶粒细化,马氏体板条边界变模糊。从熔覆层到基材部分存在元素过渡情况,熔覆层与基材形成牢固的冶金结合。回火后熔合区元素过渡未见明显变化。对熔覆层组织不同区域进行点扫描,发现不同区域元素含量变化不大,分布均匀。通过XRD检测技术,测得熔覆层内均含有残余奥氏体组织,LTT2熔覆层残奥含量稍高。回火后熔覆层残余奥氏体含量有所降低。对熔覆层显微硬度和耐磨性能进检测发现,熔覆层显微硬度和耐磨性能与基材相比均有提高。LTT1熔覆层显微硬度最大为448.7HV,与基材相比提高了2.3倍。回火后LTT1熔覆层显微硬度略有下降。LTT2熔覆层含较多V元素,在回火中产生二次硬化作用,使回火后LTT2熔覆层的显微硬度与耐磨性能提高。通过X射线衍射技术,测量单道与多道搭接熔覆层残余应力情况。测量发现LTT合金熔覆层表面产生不同程度的压缩残余应力,说明低温相变材料明显改善了熔覆层的残余应力情况。LTT1熔覆层的残余压应力值大于LTT2,搭接熔覆层压应力值大于单道熔覆层。熔覆层最大残余压应力值达496.69MPa,出现在LTT1搭接熔覆层表面。