Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 4 2019 78 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ветвленные трещины, ширина и количество ко- торых существенно возрастает с увеличением числа термических циклов. Таким образом, лазерное легирование порош- ковыми смесями Cu–Zn–Ti и Si–Cu, нанесенны- ми на поверхность образцов в виде обмазок, при выбранных параметрах формирует на поверхно- сти алюминиевого сплава АК7ч легированные слои глубиной h = 3,5…4,0 мм. Полученные ле- гированные слои характеризуются дисперсной структурой, повышенной микротвердостью и повышенным сопротивлением упругопластиче- скому деформированию. Выбранные параметры лазерного легирования также обеспечивают рав- номерное распределение легирующих элемен- тов по глубине легированных слоев, за исклю- чением меди. Это обусловливает формирование достаточно крупных (1…5 мкм) частиц интерме- таллидной фазы CuAl 2 и относительно малое их количество и, как следствие, невысокие уровни упрочнения и износостойкости сплава. Поэтому параметры лазерного легирования порошковы- ми смесями Cu–Zn–Ti и Si–Cu, нанесенными на поверхность образцов в виде обмазок, требуют корректировки. В частности, представляется це- лесообразным уменьшить глубину зоны оплав- ления и увеличить содержание титана и цинка в составе порошковой смеси, а также провести легирование данными порошковыми смесями при подаче порошков в зону обработки в струе защитного газа. Однако лазерное легирование сплава АК7ч приводит к повышению его разга- ростойкости, которая является наиболее важным свойством для деталей блоков цилиндров и де- талей шатунно-поршневой группы бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания. Выводы Исследованы возможности повышения физи- ко-механических свойств литейного алюминие- вого сплава АК7ч путем лазерного легирования порошковыми смесями Cu–Zn–Ti (смесь № 1) и Si–Cu (смесь № 2), нанесенными на поверх- ность образцов в виде обмазок. Установлено, что в результате лазерного легирования на по- верхности образцов сплава АК7ч формируются легированные слои глубиной h = 3,5…4,0 мм. Легированные слои имеют дендритно-ячеистую структуру, основными структурными составля- ющими которой являются твердый раствор α–Al и сетка эвтектических кристаллов кремния по границам дендритных ячеек. По сравнению со структурными параметрами сплава в литом со- стоянии после лазерного легирования размер дендритных ячеек α–Al уменьшился от 50…190 до 5,0…60,0 мкм, а размер кристаллов кремния уменьшился от 5…30 до 0,5…2,0 мкм. В струк- туре легированных слоев также присутствует ин- терметаллид CuAl 2 с размером частиц 1…5 мкм. При этом легирующие элементы, за исключени- ем меди, достаточно равномерно распределены по глубине легированных слоев. Лазерное легирование приводит к упрочне- нию поверхности и повышает микротвердость алюминиевого сплава АК7ч от 90 HV 0,025 до 125 HV 0,025 при легировании смесью № 1 и до 100 HV 0,025 при легировании смесью № 2. Ос- новными причинами упрочнения сплава АК7ч после лазерного легирования являются диспер- гирование структуры и насыщение твердого рас- твора легирующими элементами. При этом леги- рование смесью № 1 приводит к более сильному упрочнению, чем легирование смесью № 2. Это обусловлено более высоким содержанием меди в легированном слое, а также насыщением твер- дого раствора титаном и цинком. Количество интерметаллидной фазы CuAl 2 в полученных легированных слоях невелико и, по-видимому, не оказывает существенного влияния на упроч- нение. По данным микроиндентирования, леги- рованные слои характеризуются повышеннным сопротивлением упругопластическому дефор- мированию, о чем свидетельствует рост параме- тров R е в 1,2…1,38 раза, H IT /E * в 1,33…1,67 раза и 3 *2 IT H E в 2,14…3,71 раза. Испытания на износостойкость в условиях абразивного изнашивания показали, что лазер- ное легирование приводит к некоторому росту интенсивности изнашивания Ih (снижению из- носостойкости) алюминиевого сплава АК7ч от (1,49 ± 0,09)10 −3 до (1,82 ± 0,06)10 −3 при леги- ровании порошковыми смесями № 1 и 2. Это обусловлено относительно небольшим упрочне- нием и существенным измельчением структуры сплава АК7ч при лазерном легировании. Однако лазерное легирование сплава АК7ч приводит к повышению его разгаростойкости, что выра- жается в уменьшении количества и размеров термических трещин. Для достижения более