Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 4

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 4 2019 71 MATERIAL SCIENCE Введение Алюминиевые сплавы находят широкое применение в различных отраслях машино- строения, особенно в транспортном машино- строении [1]. Непрерывно возрастает инте- рес к использованию алюминиевых сплавов (в частности силуминов [2, 3]) в качестве мате- риала для блоков цилиндров и деталей шатун- но-поршневой группы бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания. По сравне- нию с традиционно применяемыми блоками цилиндров из серого чугуна блоки из алюмини- евых сплавов имеют ряд преимуществ: наряду с малым удельным весом они обладают высоким удельным модулем упругости, хорошей тепло- проводностью, что обеспечивает значительную разгрузку термически нагруженных зон. Вслед- ствие меньшей массы блоков цилиндров и дета- лей шатунно-поршневой группы снижается по- требление горючего и соответственно выброс вредных веществ [4]. При этом для повышения сопротивления различным видам усталостного разрушения и изнашивания детали из алюми- ниевых сплавов подвергают поверхностному модифицированию. Примером является приме- няемая с 80-х годов ХХ века технология лазер- ного оплавления поверхности головок блоков цилиндров из литейных сплавов АК9ч и АК7ч, которая позволила увеличить долговечность в процессе эксплуатации за счет изменения мор- фологии эвтектического кремния и образования мелкодисперсных интерметаллидных фаз, свя- зывающих кремний в сложные соединения. Та- кой эффект стал возможен благодаря высоким скоростям нагрева и охлаждения при лазерном плавлении [5]. Анализ современной литературы также сви- детельствуетобактуальностииперспективности повышения свойств поверхности алюминиевых сплавов с использованием технологий лазерно- го модифицирования, которые предлагается ис- пользовать для обработки различных деталей [6–11]. Дальнейшее улучшение комплекса фи- зико-механических свойств алюминиевых спла- вов может быть достигнуто за счет изменения химического состава поверхностного слоя [12]. В частности, большой интерес вызывает ла- зерное легирование алюминиевых сплавов, которые легируют как отдельными неметал- лическими и металлическими элементами, на- пример кремнием, бором, железом, никелем, хромом, кобальтом, молибденом [13–16], так и смесями этих элементов, различными соеди- нениями и сплавами [17–26]. При этом в лите- ратуре отмечается повышение коррозионной стойкости [15], механических свойств [13, 23] и износостойкости в условиях адгезионного и абразивного изнашивания [16, 24–26], подвер- гнутых лазерному легированию, алюминиевых сплавов по сравнению со сплавами без лазерно- го легирования. Поэтому целью данной работы стало исследование возможности повышения физико-механических свойств литейного алю- миниевого сплава АК7ч путем лазерного ле- гирования порошковыми смесями Cu–Zn–Ti и Si–Cu, нанесенными на поверхность образцов в виде обмазок, что упрощает проведение об- работки. Выбор составов порошковых смесей обусловлен предположением, что при таком легировании возможно выделение дисперс- ных интерметаллидов CuAl 2 и Al 3 Ti, аналогич- ных образующимся в высокопрочных сплавах АЛ4М и В124, и фаз, содержащих цинк, анало- гичных образующимся в сплаве В95 [27]. Методика исследований Лазерному легированию подвергали до- эвтектический литейный алюминиевый сплав АК7ч по ГОСТ 1583–93 системы Al–Si–Mg (силумин) промышленной плавки, химический состав которого представлен в табл. 1. Хими- ческий состав сплава определяли с использова- нием оптического эмиссионного спектрометра «SPECTROMAXx F». Составы легирующих обмазок представлены в табл. 2. Легирующие обмазки состоят из порош- ковой смеси легирующих элементов и связующе- го вещества. В качестве связующего вещества ис- пользовали смесь, содержащую 70 об. % водного раствора декстрина (13 % (C 6 H 10 O 5 ) n –87 % H 2 O) и 30 об. % натриевого жидкого стекла Na 2 O(SiO 2 ) n . Данная смесь на основе декстрина характери- зуется малым сухим остатком и не оказывает влияния на состав легированных слоев, а так- же обеспечивает хорошую адгезию легирую- щей обмазки с поверхностью образцов [10].