Obrabotka Metallov. 2017 no. 1(74)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (74) 2017 41 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Обработка чугунов лазерной закалкой и оплавлением известна для серых, высокопроч- ных и некоторых легированных чугунов, упроч- нение при этом обусловлено образованием мар- тенсита, ледебурита, дисперсных карбидов [15]. Лазерная обработка с оплавлением поверх- ности в ряде случаев диктуется необходимостью получения упрочненных слоев, обладающих утонченной структурой с метастабильными фа- зами, а также для устранения поверхностных дефектов, измельчения и перераспределения различных включений, присущих данному типу чугунов [16]. При этом значительно ухудшается исходная шероховатость обрабатываемой по- верхности. Твердость и износостойкость чугу- нов после лазерного оплавления определяется количеством образующегося ледебурита [15]. Интерес представляет поверхностное упрочне- ние чугунов лазерным инжекционным легирова- нием титаном [11–13]. При этом из титана, по- даваемого в зону оплавления, и имеющегося в составе чугуна углерода образуется in situ части- цы карбида титана. Проведенные ранее исследо- вания упрочнения по этой технологии аустенит- ного чугуна нирезист с чешуйчатым графитом, используемым для изготовления рабочих орга- нов ступеней многоступенчатых электроцентро- бежных насосов для добычи нефти, показали, что количество образующегося TiC ограничива- ется частичным удалением углерода [12–14]. В настоящей работе исследовано влияние параметров лазерного оплавления на структуру, микротвердость, вид рельефа поверхности и по- терю массы образцов из серого чугуна в отбе- ленном состоянии. Последнее представляет ин- терес для оценки роли структурного состояния углерода в чугуне на степень его утраты в ходе лазерного оплавления. Методика проведения исследований Химический состав исследуемого чугуна CЧ20 приведен в табл. 1. Заготовки образцов чугуна имели дендрит- ную структуру доэвтектического белого чугуна с характерными более темными включениями ледебурита (рис. 1). Рис. 1. Структура исследованного чугуна СЧ20 в исходном состоянии Т а б л и ц а 1 Химический состав (в %) материала СЧ20 C Si Mn S P 3.3…3.5 1.4…2.4 0.7…1 до 0.15 до 0.2 Процесс оплавления осуществляли на уста- новке OPTOMEC LENS 850-R с волоконным ла- зером YLR-1000 IPG Photonics c длиной волны 1.07 мкм, пятном круглого сечения и гауссовым распределением плотности мошности. Кон- струкция системы обеспечивает фокусировку луча на расстоянии 8 мм от обреза лазерной го- ловки в пятно диаметром 0.2 мм. Для изменения размера лазерного пятна в случае обработки рас- фокусированным лучом меняли расстояние до поверхности образца. Для расчетов требуемых расстояний в целях получения заданного диаме- тра пятна использовали формулы, приведенные в [17, 18]. Обработку проводили одиночными прохо- дами в среде высокочистого аргона сфокуси- рованным лучом при диаметре пучка в месте падения на поверхность обрабатываемого об- разца d = 0.2 мм, а также расфокусированным пучком при различных диаметрах пучка 2.0 и 4.0 мм. Варьировали также мощность излуче- ния P 1.0, 0.8, 0.7 и 0.6 кВт. Микротвердость зоны оплавления измеряли на микротвердомере ПМТ-4 при нагрузке 50 г. Микроструктуры по- сле лазерной обработки исследовали на микро- скопе Axiovert 40 МАТ фирмы Карс Цейс. Для выявления микроструктуры использовали 4 %-й водный раствор азотной кислоты. Во всех экспериментах фиксировали изменение веса образцов.