西南交通大学研究团队，在国际知名期刊《Journal of Materials Research and Technology》上发表了一项关于不同材料对高速列车车轴激光熔覆修复性能影响的研究。科研人员使用五种不同成分的Fe基合金材料（24CrNiMo、AISI 4340、H13、Fe314和316L）对损伤的EA4T车轴进行修复，并评估其疲劳性能，从而为车轴修复材料的选择提供理论依据。
研究团队选用了标准的EA4T车轴钢作为基材。24CrNiMo、AISI 4340、H13、Fe314和316L五种Fe基合金粉末是通过气雾化法制备的，粒径均小于100微米。在EHLA处理过程中，团队采用了优化的工艺参数，包括激光功率、扫描速度、送粉速率等，确保了高质量的熔覆层。
EA4T钢的化学成分（wt%）。
Material | C | Mn | Cr | Si | Ni | Mo | Cu | Fe |
EA4T | 0.23 | 0.78 | 1.05 | 0.35 | 0.24 | 0.22 | 0.19 | Bal. |
五种熔覆粉末的化学成分（wt%）。
Powders | C | Cr | Si | Mo | Ni | Mn | Fe |
24CrNiMo | 0.22 | 1.09 | 0.49 | 0.50 | 1.18 | 0.81 | Bal. |
AISI4340 | 0.42 | 0.85 | 0.29 | 0.45 | 2.63 | 0.74 | Bal. |
H13 | 0.4 | 5.2 | 1.0 | 1.2 | \ | 0.4 | Bal. |
Fe314 | 0.1 | 17.5 | 0.12 | \ | 10.5 | \ | Bal. |
316L | 0.0092 | 17.93 | 0.46 | 2.46 | 12.01 | 0.12 | Bal. |
EHLA实验中使用的激光加工参数。
Laser Power (W) | Scanning Speed (m/min) | Powder feeding rate (g/min) | Overlap ratio | Distance from focus (mm) | z-increment (mm) |
1500 | 40 | 13 | 90 % | 1 | 0.1 |
（a） EHLA维修流程示意图；（b）疲劳试样的详细尺寸。
（a） 残余应力测试位置和间距示意图；（b）拉压疲劳试验。
熔覆层的SEM图像：（a）24CrNiMo；（b）AISI 4340；（c）H13；（d）316L；（e）Fe314。
用五种粉末材料修复的试样的宏观疲劳断裂形态：（a）AISI 4340，（b）24CrNiMo，（c）H13，（d）Fe314，（e）316L。
研究发现，所有熔覆层均未观察到裂纹，但存在少量孔隙。不同合金的熔覆层在微观结构上表现出显著差异。低合金钢（如AISI 4340）的熔覆层在冷却过程中形成了马氏体结构，而高合金钢（如316L和Fe314）则保持了稳定的奥氏体结构。
AISI 4340、24CrNiMo、H13、316L、Fe314熔覆层的（a1-e1）晶界图、（a2-e2）局部取向图和（a3-e3）取向分布直方图的EBSD分析。
从熔覆层到基材的横截面显微硬度分布：（a）AISI 4340，（b）24CrNiMo，（c）H13，（d）316L，（e）Fe314；（f）不同材料包层中间区域的平均显微硬度。
高合金钢的熔覆层硬度普遍较高，且弹性模量较低，这与其稳定的奥氏体结构和较低的原子堆积密度有关。低合金钢的熔覆层硬度较低，但弹性模量较高。
疲劳测试结果显示，所有修复后的样品疲劳强度均低于未损伤的EA4T车轴（370 MPa）。其中，高合金钢熔覆层（316L和Fe314）表现出较好的疲劳性能，疲劳强度保留率分别达到92%和96%。而低合金钢熔覆层的疲劳强度保留率较低，仅为60%至81%。
研究团队指出，熔覆层的柱状晶生长和固相缺陷是导致修复后样品疲劳强度降低的主要原因。高合金钢由于其稳定的奥氏体结构和较低的弹性模量，在修复过程中表现出更好的性能。低合金钢在冷却过程中发生的马氏体相变导致微观结构不均匀性增加，进而影响了其疲劳性能。
本研究修复后的样品疲劳强度普遍低于未损伤样品。高合金钢由于其稳定的奥氏体结构和较低的弹性模量，在修复过程中表现出更好的性能。对于车轴修复应用，应优先选择具有稳定单相奥氏体结构、与基材弹性模量匹配、抑制柱状晶生长且韧性高的材料。
