激光熔覆是利用激光束实现表面涂层制备的激光表面加工技术,依据熔覆材料的选择可以获得所需表面性能,适用于表面改性强化以及受损零部件的修复再利用,已经广泛应用到冶金、化工、船舶、航空航天等领域。但传统激光熔覆存在熔覆效率低、对基体热输入高等问题。超高速激光熔覆技术通过对熔覆粉末的控制,实现高熔覆效率地制备高表面平整度、高质量熔覆层,具有较大的研究价值和市场竞争力。轧辊由于工况恶劣,是常见的因表面失效而报废的轴类零件,造成资源浪费和环境压力,其中9Cr2Mo是较为常用的一种轧辊用钢。M2高合金钢具有良好的硬度、耐磨性以及红硬性,是常用的刀具、模具、轧辊等部件材料,通过改善加工工艺可以获得较好的力学性能。利用超高速激光熔覆在9Cr2Mo钢表面制备M2熔覆层,而工艺参数的选择对熔覆层形貌尺寸、组织性能都有决定性的作用。通过有限元模拟和物理实验研究,对熔覆层形貌尺寸、组织结构、力学性能进行研究,归纳工艺参数对熔覆层成形性能以及力学性能的影响。基于超高速激光熔覆过程和成形特点,利用ABAQUS有限元模拟软件,建立有限元模型,获得温度场的变化。模拟结果表明熔覆层中上部温度较高、温度梯度较小,熔覆层底部温度梯度较大,熔覆层边缘与底部接触位置热输入偏低、热量损失大难以实现理想的熔覆结合形貌,熔覆层附近基体有不同程度的温度升高和降温过程,将对基体组织结构产生影响。研究表明,随着熔覆速度的增大,熔覆层尺寸减小、宽高比增大,对单道熔覆道形状尺寸影响最大。增大熔覆道间距、减小激光功率以及增大熔覆速度,都会使单位面积输入熔覆层的能量密度减小,获得更好的多道熔覆层表面形貌。研究了不同工艺参数下熔覆层微观组织结构,发现熔覆层以细小等轴晶为主,晶间分布着细小的网状碳化物,且室温下存在部分残余奥氏体以及少部分M2C不稳定相。通过增大激光功率、减小熔覆速度、降低熔覆道间距可以获得更高的输入能量密度,组织尺寸也会随之变大,其中激光功率对组织尺寸的影响最为明显,同时熔覆层平均显微硬度也会提高,且硬度分布更为均匀、变化幅度也较小。超高速激光熔覆制备的M2熔覆层不仅硬度高于基体,同时耐磨性也大幅提高。