автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.07, диссертация на тему:Разработка и исследование процессов упрочнения поверхности алюминиевых сплавов излучением лазера

РГб од

• (I да ^ 0

На правах рукописи УДК 621.785.5: 621.9.048.7

СМИРНОВА Наталия Анатольевна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЛАЗЕРА Специальность 05.03.07 - Оборудование и технология лазерной обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

А.Н. Сафонов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

B.C. Крапошин

кандидат технических наук, профессор B.C. Гаврилюк

Ведущее предприятие: Институт проблем лазерных и

информационных технологий РАН

Защита диссертации состоится "24 " декабря_2000 года на заседании диссертационного совета К 053.15.03 Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Телефон для справок 267-09-63.

Автореферат разослан 46" XI 2000 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В.И. Гирш

Подписано к печати 13.И.2 000 Заказ № 466"7"

Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э.Бауман;

/г/гт ¿ш. 35 . о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение технического уровня и эффективности производства требуют создания принципиально новой техники и технологии с использованием высокоэффективных методов поверхностного упрочнения деталей машин.

К числу новых процессов поверхностного упрочнения относится лазерная термическая обработка (ЛТО) и лазерное легирование. Эффективность лазерной поверхностной обработки обусловлена высокой плотностью потока энергии, локальностью воздействия и возможностью бесконтактной передачи энергии в зону обработки. В результате ЛТО и лазерного легирования металлы и сплавы приобретают в локальных объемах высокие физико-механические свойства, недостижимые при традиционных методах упрочнения. ЛТО и лазерное легирование наиболее широко используются для деталей, работающих в условиях трения скольжения, абразивного и эрозионного изнашивания. В настоящее время показана принципиальная возможность и сформулированы технологические основы лазерной термической обработки и легирования поверхности большинства сталей. Однако в целом ряде отраслей промышленности, тага« как авиационное, автомобильное и сельскохозяйственное машиностроение широко применяют алюминиевые сплавы. В связи с этим научный и практический интерес представляет использование лазерных технологий для термической обработки и легирования поверхности сплавов на основе алюминия.

В опубликованных работах по ЛТО и лазерному легированию основное внимание уделяется исследованию влияния лазерного излучения на фазовый, структурный состав и микротвердость зон лазерного воздействия (ЗЛВ) в алюминиевых сплавах различного химического состава. Отмечено, что при лазерной обработке возможно как повышение микротвердости зоны лазерного воздействия, так и разупрочнение. Отмечено, что лазерное легирование различными компонентами значительно повышает твердость поверхности алюминиевых сплавов и положительно влияет на напряженное состояние ЗЛВ. Показано положительное влияние ЛТО и лазерного легирования на триботехнические характеристики и коррозионную стойкость упрочненных поверхностей.

Вместе с тем реализация высоких потенциальных возможностей новых процессов сдерживается отсутствием научных представлений о за-

кономерностях формирования структуры ЗЛВ, механизмах упрочнения при ЛТО и легировании различных алюминиевых сплавов и влиянии исходного состояния на упрочнение. Основная масса работ отражает частные случаи модификации лазерным излучением поверхности конкретных марок алюминиевых сплавов, что существенно затрудняет систематизацию полученных экспериментальных данных. Недостаточно исследованы микроструктура легированных зон, процессы старения и теплостойкость зоны упрочнения в различных алюминиевых сплавах. Отсутствуют исследования влияния ЛТО и лазерного легирования на усталостную прочность алюминиевых сплавов.

Вследствие этого невозможно дать практические рекомендации по выбору режимов обработки и в полной мере реализовать преимущества ЛТО и лазерного легирования. Решение этой проблемы является весьма актуальной задачей.

Цель данной работы - разработка практических рекомендаций по выбору режимов лазерной термической обработки и лазерного легирования для упрочнения рабочих поверхностей деталей двигателей внутреннего сгорания, изготовленных из деформируемых и литейных алюминиевых сплавов.

В работе поставлены и решены следующие задачи:

1) установление основных механизмов упрочнения, закономерностей формирования структуры и изменения свойств алюминиевых сплавов в зависимости от исходного состава, структурного состояния, скорости нагрева и охлаждения при обработке лазерным излучением;

2) установление закономерностей изменения структуры и свойств алюминиевых сплавов при поверхностном лазерном легировании;

3) разработка на этой основе рекомендаций по практическому использованию технологии лазерной термической обработки и лазерного легирования промышленных изделий.

Научная новизна работы заключается в

1) анализе механизмов упрочнения при ЛТО деформируемых и литейных алюминиевых сплавов, которые состоят в значительном измельчении структуры, пересыщении твердого раствора и возможности дальнейшего дисперсионного твердения при естественном и искусственном старении;

2) применении расчетно-экспериментальной методики для установления связи между режимами ЛТО, скоростью охлаждения ванны расплава и дендритным параметром структуры, которая состоит в измерении денд-

ритного параметра структуры, и расчете скорости охлаждения расплава в зависимости от режимов ЛТО: скорости обработки (скорости перемещения образца) и мощности излучения;

3) в установлении основных закономерностей влияния исходной структуры алюминиевых сплавов на эффективность упрочнения, которые состоят в неодинаковой степени растворения в твердом растворе при скоростном нагреве различных по размеру упрочняющих образований, свойственных основным структурным состояниям алюминиевых сплавов -отожженному, искусственно и естественно состаренному;

4) анализе влияния параметров лазерной обработки на геометрические параметры и микротвердость ЗЛВ, которые проявляются вследствие изменения энерговклада лазерного излучения при варьировании параметров обработки. Увеличение энерговклада излучения приводит к увеличению объема ванны расплава и росту геометрических размеров ЗЛВ. При этом растет время пребывания расплава при сверхкритических температурах и в результате более полного растворения избыточных фаз возможно получение более пересыщенных твердых растворов;

5) анализе механизмов упрочнения при лазерном легировании алюминиевых сплавов, которые состоят в значительном измельчении структуры и пересыщении твердого раствора, как легирующими элементами сплава, так и легирующими элементами, вводимыми при лазерном легировании, а также в образовании в зоне лазерного легирования упрочняющих фаз, не свойственных системе компонентов сплава;

6) обосновании причин повышения теплостойкости алюминиевых сплавов после лазерной термической обработки и лазерного легирования, состоящих в положительном влиянии пересыщенного твердого раствора и мелкодисперсных упрочняющих фаз, формируемых при лазерной обработке.

Практическая ценность работы заключается в следующем.

1. Обоснована необходимость применения поглощающих покрытий с целью эффективного использования излучения твердотельных лазеров с длиной волны 1,06 мкм, обусловленная высокой отражательной способностью алюминиевых сплавов.

2. Даны практические рекомендации по выбору режимов ЛТО и лазерного легирования из слоя легирующей пасты и инжекцией порошка, и выбору поглощающих покрытий и связующих веществ, применение которых дает возможность получить наибольший упрочняющий эффект при

формировании зон лазерного упрочнения глубиной более 1 мм с мелкодисперсной структурой и минимальной пористостью. Выполнение рекомендаций дает возможность получения мелкодисперсной структуры упрочненного слоя с ингерметаллидами, либо без них.

3. Показана возможность формирования протяженных зон лазерного упрочнения (глубиной более 1 мм) с минимальной пористостью при лазерной термической обработке и лазерном легировании из слоя легирующей пасты излучением твердотельного лазера мощностью до 1 кВт.

4. Разработаны режимы ЛТО и легирования, увеличивающие усталостную выносливость на растяжение-сжатие алюминиевых сплавов на 5 % и 15 % соответственно, по сравнению с исходным состоянием после закалки и искусственного старения.

5. Даны практические рекомендации по выбору режимов обработки излучением твердотельных и СОг-лазеров деталей двигателей внутреннего сгорания из деформируемых и литейных алюминиевых сплавов, способствующих повышению термостабильности обработанных поверхностей.

6. Разработаны способы лазерной обработки боковых поверхностей шлицевых канавок, состоящие в обработке плоскостей канавок таким образом, чтобы обеспечить сохранение геометрии острой кромки; при этом угол расхождения луча оптимизируют таким образом, чтобы обеспечить наиболее полное проникновение лазерного пучка в обрабатываемую канавку.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры «Лазерная техника и технология» МГТУ им. Н.Э. Баумана, Международной конференции «Лазерная техника и технология» (Вильнюс, октябрь 1991), Всероссийской научно-технической конференции «Создание прогрессивных технологий, конструкций и систем и социально-экономические проблемы производства» (Калуга, декабрь 1998), V Международном симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (Москва, февраль 1999).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ, получен патент.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 121 наименования; содержит 135 страниц машинописного текста, 85 рисунков и 7 таблиц.

Автор выражает глубокую признательность профессору, доктору технических наук А.Г. Григорьянцу за научные консультации при выполнении и оформлении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе на основе литературных данных приведен анализ состояния разработки процессов лазерного упрочнения и легирования поверхности алюминиевых сплавов. Рассмотрены особенности фазовых и " структурных превращений в алюминиевых сплавах в условиях скоростного нагрева и охлаждения, отмечено формирование дендритной микроструктуры, образование пересыщенных твердых растворов и метаста-бильных фаз при быстром охлаждении из жидкого состояния. Рассмотрены особенности микроструктуры алюминиевых сплавов после закалки из жидкого состояния.

Дан анализ причин упрочнения при ЛТО, отмечено повышение микротвердости ЗЛВ силуминов и разупрочнение дуралюминов, формирование структуры поверхностных слоев алюминиевых сплавов при лазерном легировании, рассмотрены свойства алюминиевых сплавов, упрочненных поверхностной ЛТО и лазерным легированием. Даны примеры ЛТО и лазерного легирования алюминиевых сплавов и промышленных деталей. Указано положительное влияние ЛТО и лазерного легирования на износостойкость, коррозионную стойкость поверхности и напряженное состояние зоны упрочнения.

Показано изменение свойств при старении и жаропрочности. Рассмотрены технологические особенности лазерной термической обработки и лазерного легирования поверхности алюминиевых сплавов, способы повышения поглощательной способности металлических поверхностей, введения легирующих компонентов в зону воздействия лазерного луча, влияние лазерного легирования различными компонентами на структуру и микротвердость зон лазерного легирования алюминиевых сплавов. Отмечено, что лазерное легирование значительно повышает твердость поверхности алюминиевых сплавов.

Практически все работы посвящены решению частных задач — исследованию лазерной обработки конкретного сплава или группы сплавов и не содержат широкого обобщения результатов на всю гамму используемых в промышленности алюминиевых сплавов.

На основе анализа литературных источников показано, что недостаточно исследованы закономерности формирования структуры ЗЛВ, не полностью раскрыты механизмы упрочнения при ЛТО различных алюминиевых сплавов и не установлено влияние исходного состояния на упрочнение ЗЛВ. Недостаточно исследованы микроструктура легированных зон, процессы старения и теплостойкость ЗЛВ в различных алюминиевых сплавах. Отсутствуют исследования влияния ЛТО на усталостную прочность алюминиевых сплавов.

На основании анализа литературных данных сформулированы цель настоящей работы и направления исследований.

Во второй главе приведено описание материалов, оборудования и методик исследования структуры ЗЛВ и механических свойств упрочненных слоев. Исследовали эффективность лазерного упрочнения и легирования различных материалов: технического алюминия АО; деформируемых алюминиевых сплавов АМгб, Д16, Д19, В96, АК4; литейных алюминиевых сплавов АК9, АК5М7, АК12ММгН, АК12М2МгН, АК21М2Н, МВТУ-6 в различных исходных структурных состояниях после отжига, закалки, естественного и искусственного старения.

Обработку образцов и деталей машин проводили с использованием излучения различных непрерывных СОг-лазеров, твердотельного лазера и твердотельных импульсных лазерных технологических установок. Для увеличения поглощения энергии лазерного излучения использовали поглощающие покрытия на основе ZnO, желтой и белой гуаши, грунтовки ВМЛ-0143 в смеси с ЪпО, ФС-1М, МЦС-510, ВМЛ.

В качестве легирующих материалов для лазерного легирования использовали порошки ПГ-ХН80СРЗ, хрома, никеля, бора, карбидов кремния и карбидов титана. Исследовали два метода лазерного легирования: из легирующей пасты, предварительно нанесенной на обрабатываемую поверхность, и легирование инжекцией легирующего порошка в расплавленный металл на поверхности.

Исследования структуры зон лазерного воздействия и лазерного легирования включали металлографические исследования на оптическом и растровом электронном микроскопах.

Для исследований фазового состава применяли рентгеноструктур-ный анализ на рентгеновском дифрактометре ДРОН-ЗМ. Анализ распределения легирующих элементов по глубине упрочненного слоя проводи-

ли на мгасрорентгеноспектральных анализаторах «Camebax-micro» и «Link Analytical» AN-10000.

Измерение твердости поверхности 3JIB образцов и промышленных деталей проводили на приборе ТП-7р-1 по методу Виккерса. Микротвердость на поперечных микрошлифах измеряли на приборе ПМТ-3.

Испытания на малоцикловую усталость при схеме натр ужения растяжение-сжатие проводили на испытательной машине УММ-01. Испытывали стандартные образцы, обработанные излучением лазера по специально разработанной схеме по концентратору напряжений.

Для исследования стабильности упрочняющего эффекта в ЗЛВ при нагреве использовали специальную методику измерения твердости поверхности ЗЛВ при температурных испытаниях.

В третьей главе приведены результаты исследований особенностей структуры, формирующейся под воздействием непрерывного лазерного излучения, в зависимости от химического состава, исходного состояния сплава и параметров ЛТО.

Проведен анализ механизмов упрочнения при ЛТО алюминиевых сплавов, которые состоят в значительном измельчении структуры, пересыщении твердого раствора, образовании квазиэвтектики при высоких скоростях охлаждения (более 10б К/с) и возможности дальнейшего дисперсионного твердения при естественном и искусственном старении.

Исследования силуминов показали, что при ЛТО с оплавлением происходит измельчение кристаллов кремния в 18-40 раз. Это является одной из причин упрочнения ЛТО сплавов, состав которых близок к эвтектическому. Дисперсионно твердеющие алюминиевые сплавы, состав которых далек от эвтектического, после закалки и старения при последующей ЛТО разупрочняются, так как прирост твердости вследствие измельчения структуры и пересыщения твердого раствора при лазерной закалке этих сплавов не превышает ее снижения вследствие исчезновения метастабилъных фаз и метастабильных сегрегации.

Отмечено, что упрочнение технического алюминия и деформируемых сплавов, не упрочняемых термообработкой, возможно только вследствие измельчения зерна и увеличения дефектности кристаллического строения. Пересыщенные твердые растворы в таких материалах не образуются либо их образование не приводит к существешюму упрочнению: прирост твердости невелик и большой перспективы ЛТО этих материалов не имеет.

Приведены результаты исследований строения зон лазерного воздействия. Расчетно-экспериментальным методом установлена закономерная связь между режимами ЛТО (скоростью обработки и мощностью излучения), скоростью охлаждения ванны расплава и дендритным параметром структуры, которая состоит в том, что увеличение скорости обработки приводит к увеличению скорости охлаждения расплава, а рост мощности излучения, подводимой к поверхности, наоборот, уменьшает скорость охлаждения. В результате увеличение скорости обработки приводит к закономерному уменьшению значения дендритного параметра и, следовательно, к измельчению структуры сплава, а увеличение мощности излучения, напротив, приводит к увеличению размеров зерен: значение дендритного параметра растет.

Установлены закономерности влияния параметров лазерной обработки на геометрические параметры и микротвердость ЗЛВ, которые проявляются вследствие изменения энерговклада лазерного излучения при варьировании параметров обработки. Увеличение энерговклада излучения приводит к увеличению объема ванны расплава, росту геометрических размеров ЗЛВ и уменьшению скорости охлаждения: как следствие, закономерно увеличиваются размеры зерна кристаллизовавшегося расплава. Одновременно растет и время пребывания расплава при сверхкритических температурах: в результате более полного растворения избыточных фаз возможно получение более пересыщенных твердых растворов.

Рассмотрено влияние исходного состояния на микротвердость ЗЛВ силуминов. Установлено, что упрочняющий эффект ЛТО максимален для естественно-состаренного сплава и минимален для сплава после отжига. Это можно объяснить тем, что сравнительно крупные стабильные фазы, характерные для отожженного состояния, из-за кратковременности нагрева не успевают полностью раствориться в твердом растворе и обогатить его легирующими элементами; в результате формируется ЗЛВ небольших размеров со структурой незначительно пересыщенного твердого раствора с крупными частицами упрочняющих фаз. Растворение метаста-бильных упрочняющих фаз, свойственных искусственно состаренному состоянию сплава, происходит полнее и формируется структура более пересыщенного твердого раствора. Кроме того, при лазерном плавлении выделяется внутренняя энергия напряженного состояния границы раздела твердый раствор - метастабильная фаза, что способствует получению бо-

лее глубоких ЗЛВ. Исходная структура пересыщенного твердого раствора с метастабильными сегрегациями, полученная после естественного старения, способствует гомогенизации твердого раствора и получению максимальной степени его пересыщения; в ЗЛВ формируется более однородная структура с большей микротвердостью.

Исследовано влияние легированности исходной структуры на микротвердость ЗЛВ алюминиевых сплавов, которое проявляется как в увеличении степени пересыщения твердого раствора (в основном имеет место для доэвтектических и эвтектических сплавов), так и в сильном измельчении кристаллов эвтектического и избыточного кремния (для эвтектических и заэвтектических сплавов). В низколегированном доэвтектиче-ском сплаве АК9 прирост твердости в результате ЛТО составил 16 %, в легированном эвтектическом сплаве АК12ММгН - 28 %, а в высоколегированном заэвтектическом сплаве АК21М2Н - 53 %.

Проведена оценка влияния поглощающих покрытий на размеры и микротвердость ЗЛВ при обработке излучением СОг-лазеров и твердотельных лазеров. Установлены типы поглощающих покрытий, применение которых дает возможность получения наибольшего упрочняющего эффекта при формировании достаточно протяженных зон лазерного влияния (глубиной более 1 мм) с минимальной пористостью.

В четвертой главе приведены результаты исследований лазерного легирования различными материалами алюминиевых сплавов после закалки и искусственного старения.

Отмечено, что актуальной задачей упрочнения поверхности является лазерное легирование поверхности деформируемых алюминиевых сплавов, упрочненных обычной закалкой и старением, которые в отличие от литейных алюминиевых сплавов не упрочняются при лазерном воздействии без введения легирующих добавок.

Исследовали два способа подачи легирующего материала в зону лазерной обработки. Первый способ состоял в оплавлении нанесенного на поверхность алюминиевых сплавов слоя порошковой пасты, приготовленной на основе легирующего материала с использованием различных связующих веществ. При втором способе подачи легирующего материала использовали инжекцию в зону оплавления легирующего порошка. Лазерное легирование излучением твердотельного лазера осуществляли только при оплавлении слоя порошковой пасты.

Анализ результатов металлографических исследований, рентгено-структурного и рентгеноспекгрального аналшов показывает, что упрочнение при лазерном легировании алюминиевых сплавов обусловлено значительным измельчением структуры и пересыщением твердого раствора, как легирующими элементами сплава, так и легирующими элементами, вводимыми при лазерном легировании. Кроме того, в зоне лазерного легирования могут образовываться упрочняющие фазы, не свойственные системе компонентов сплава, что дает возможность упрочнения материалов, лазерная термическая обработка которых неэффективна.

При полном растворении легирующих элементов в твердом растворе микротвердость повышается примерно в 1,5 раза. С образованием ин-терметаллидов в легированной зоне микротвердость увеличивается в 2-5 раз, однако, сильно возрастает неравномерность ее распределения по глубине зоны лазерного легирования, что может служить причиной хрупкого разрушения упрочненного слоя.

Проведен анализ влияния состава связующего вещества на шероховатость, степень искажения геометрии поверхности и пористость упрочненной зоны. На этой основе даны практические рекомендации по выбору оптимального состава связующего вещества при лазерном легировании из слоя легирующей пасты, дающего возможность получения наиболее однородной мелкодисперсной структуры с минимальной пористостью.

Даны практические рекомендации по выбору оптимального состава поглощающего покрытия при лазерном легировании инжекцией порошка для получения мелкодисперсной структуры упрочненного слоя. Установлены наиболее полно отвечающие этим требованиям поглощающие покрытия, дающие возможность получить мелкодисперсную структуру пересыщенного твердого раствора с интерметаллидами, либо без них.

Установлено, что увеличение расхода порошка при лазерном легировании инжекцией и увеличение толщины слоя легирующей пасты уменьшают энерговклад в поверхность обрабатываемого сплава и тем самым уменьшают размеры упрочненной зоны. Одновременно растет концентрация легирующих элементов в зоне лазерного легирования и повышается ее микротвердость. Анализ этих закономерностей дал возможность установить оптимальный расход порошка при лазерном легировании инжекцией и оптимальную толщину слоя легирующей пасты.

Показана возможность формирования протяженных зон лазерного упрочнения (глубиной более 1 мм) с минимальной пористостью при ле-

гировании из слоя легирующей пасты твердотельным лазером при малой мощности излучения.

Установлено увеличение глубины легированной зоны в 1,5-2 раза по сравнению с ЗЛВ без легирования вследствие увеличения поглоща-тельной способности обрабатываемой поверхности при легировании порошками бора, карбидов кремния и карбидов титана.

В пятой главе приведены результаты исследований таких свойств зон лазерного упрочнения и легирования алюминиевых сплавов, как температурная стабильность упрочнения и усталостная прочность при растяжении-сжатии.

В процессе эксплуатации некоторые детали из алюминиевых сплавов подвергаются длительному воздействию повышенных температур, поэтому оценка термостабильности упрочняющего эффекта лазерной обработки важна для таких деталей. На основе анализа кинетических кривых изменения твердости при нагреве показана возможность дополнительного упрочнения алюминиевых сплавов после лазерной обработки. Отмечено значительное повышение твердости при старении после ЛТО и лазерного легирования, что свидетельствует о высокой степени пересыщения твердого раствора.

Дополнительный упрочняющий эффект у дуралюмшюв выше, чем у силуминов, что соответствует большему упрочнению первых сплавов вследствие дисперсионного твердения. Однако силумины обладают более высокой теплостойкостью из-за присутствия в структуре сильно измельченного при ЛТО кремния: разупрочнение ЗЛВ в силуминах наступает при температурах, больших 250 °С. Максимальное повышение твердости ЗЛВ по сравнению с исходной твердостью у дуралюминов достигается после выдержки при температуре 200 °С (в 1,7-2,3 раза), а у силуминов -при 250 °С (в 1,5-1,6 раз).

Установлено положительное влияние на теплостойкость алюминиевых сплавов структуры пересыщенного твердого раствора с мелкодисперсными упрочняющими фазами, формируемой при лазерном легировании. Теплостойкость после лазерного легирования железом, никелем и сплавом ПГ-ХН80СРЗ остается на более высоком уровне по сравнению с лазерной обработкой без легирования. Наибольшей теплостойкостью при температуре до 250 °С обладают алюминиевые сплавы, легированные порошком ПГ-ХН80СРЗ. Лазерное легирование дает возможность увеличить их устойчивость при нагреве в 2,5-3 раза.

Приведены результаты испытаний на малоцикловую усталость образцов алюминиевого сплава АК9 на машине УММ-01 при схеме нагру-жения растяжение-сжатие. Усталостная выносливость алюминиевых сплавов может быть повышена на 5 % лазерной термической обработкой или на 15 % лазерным легированием по сравнению с исходным состоянием после закалки и искусственного старения.

В шестой главе на основании анализа зависимости размеров, микротвердости и химического состава упрочненного слоя от параметров лазерной термической обработки и лазерного легирования, проведенного в главах 3 и 4, даны практические рекомендации по выбору оптимальных режимов обработки излучением твердотельного и С02-лазеров поверхностей деталей двигателей внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов.

Установлено, что для повышения термостабильности поверхности деталей из алюминиевых сплавов лазерным легированием оптимальными легирующими порошками являются порошки сплава ПГ-ХН80СРЗ, а также порошки карбидов титана и кремния.

Разработаны способы лазерной обработки боковых поверхностей шлицевых канавок, состоящие в обработке плоских поверхностей канавок расфокусированным лучом лазера. Лазерную обработку по первому способу следует проводить таким образом, чтобы обеспечить сохранение геометрии острой кромки канавки; для этого луч лазера направляют под углом к обрабатываемой поверхности.

Второй способ предполагает оптимизацию угла расхождения луча таким образом, чтобы обеспечить наиболее полное проникновение лазерного пучка в обрабатываемую канавку, при этом глубина упрочненной зоны возрастает на 22-44 %, а ее ширина - на 7-14 %.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлены закономерности формирования структуры ЗЛВ и раскрыты механизмы упрочнения при ЛТО деформируемых и литейных алюминиевых сплавов, которые состоят в значительном измельчении структуры, пересыщении твердого раствора и возможности дальнейшего дисперсионного твердения при естественном и искусственном старении.

2. Расчетно-экспериментальным методом установлена закономерная связь между режимами ЛТО, скоростью охлаждения ванны расплава и дендритным параметром структуры, которая состоит в том, что при уменьшении мощности излучения или увеличении скорости обработки

растет скорость охлаждения расплава и закономерно уменьшаются значения дендритного параметра.

3. Установлены закономерности влияния параметров лазерной обработки на геометрические параметры и микротвердость ЗЛВ, которые проявляются вследствие изменения энерговклада лазерного излучения при варьировании параметров обработки. Увеличение энерговклада излучения приводит к увеличению объема ванны расплава, росту геометрических размеров ЗЛВ и закономерному увеличению размеров зерен кристаллизовавшегося расплава. Одновременно растет и время пребывания расплава при сверхкритических температурах: в результате более полного растворения избыточных фаз возможно получение более пересыщенных твердых растворов.

4. Установлены основные закономерности изменения исходной структуры алюминиевых сплавов при ЛТО и вскрыто ее влияние на эффективность упрочнения. Эти закономерности состоят в том, что сравнительно крупные стабильные фазы, характерные для отожженного состояния, из-за кратковременности нагрева не успевают полностью раствориться в твердом растворе.

Растворение метастабильных упрочняющих фаз, свойственных искусственно состаренному состоянию сплава, происходит полнее и формируется структура более пересыщенного твердого раствора. Кроме того, при лазерном плавлении, по-видимому, выделяется внутренняя энергия напряженного состояния границы раздела твердый раствор-метастабиль-ная фаза, что способствует получению более глубоких ЗЛВ.

Исходная структура пересыщенного твердого раствора с метаста-бильными сегрегациями, полученная после естественного старения, способствует гомогенизации твердого раствора и получению максимальной степени его пересыщения; в ЗЛВ формируется более однородная структура с большей микротвердостью.

5. Обоснована необходимость применения поглощающих покрытий с целью эффективного использования излучения как СОг-лазеров с длиной волны 10,6 мкм, так и твердотельных лазеров с длиной волны 1,06 мкм, обусловленная высокой отражательной способностью алюминиевых сплавов.

Даны практические рекомендации по выбору режимов ЛТО излучением С02-лазеров и твердотельного лазера и выбору поглощающих покрытий, применение которых дает возможность получить наибольший

упрочняющий эффект при формировании зон лазерного упрочнения глубиной более 1 мм с мелкодисперсной структурой и минимальной пористостью.

6. Установлены закономерности формирования структуры зон лазерного легирования и раскрыты механизмы упрочнения, которые состоят в значительном измельчении структуры и пересыщении твердого раствора, как легирующими элементами сплава, так и легирующими элементами, вводимыми при лазерном легировании, а также в образовании в зоне лазерного легирования упрочняющих фаз, не свойственных системе компонентов сплава.

7. При полном растворении легирующих элементов в твердом растворе микротвердость повышается примерно в 1,5 раза. С образованием ин-терметаллидов в легированной зоне микротвердость увеличивается в 2-5 раз, однако, сильно возрастает неравномерность ее распределения по глубине зоны лазерного легирования, что может служить причиной хрупкого разрушения упрочненного слоя.

8. Проведен анализ двух способов лазерного легирования алюминиевых сплавов: оплавлением легирующих порошковых паст и инжекцией легирующих порошков. Установлены закономерности изменения структуры легированных слоев для различных поглощающих покрытий, связующих веществ и порошков различного химического состава.

9. На основании анализа пористости упрочненной зоны, степени измельчения структуры и искажения геометрии поверхности даны практические рекомендации по выбору оптимального состава связующего вещества для лазерного легирования из слоя легирующей пасты и поглощающего покрытия при лазерном легировании инжекцией порошка. Выполнение рекомендаций дает возможность получения мелкодисперсной структуры упрочненного слоя с интерметаллидами, либо без них.

10. Даны практические рекомендации по выбору режимов обработки излучением С02-лазеров. Установлено, что эффект лазерного легирования наилучшим образом проявляется при большей мощности излучения и меньшей скорости обработки по сравнению с ЛТО; это соответствует большему энерговкладу лазерного излучения, т.к. часть энергии лазерного излучения расходуется на плавление легирующей пасты или порошка.

11. Показана возможность формирования протяженных зон лазерного упрочнения (глубиной более 1 мм) с минимальной пористостью при ле-

пгровании из слоя легирующей пасты твердотельным лазером мощностью до 1 кВт.

12. Научно обоснованы причины повышения теплостойкости алюминиевых сплавов после лазерной термической обработки и лазерного легирования, состоящие в положительном влиянии пересыщенного твердого раствора и мелкодисперсных упрочняющих фаз, формируемых при лазерной обработке.

13. Усталостная выносливость алюминиевых сплавов может быть повышена на 5 % лазерной термической обработкой или на 15 % лазерным легированием по сравнению с исходным состоянием после закалки и искусственного старения.

14. На основании анализа зависимости размеров, микротвердости и химического состава упрочненного слоя от параметров JITO и лазерного легирования даны практические рекомендации по выбору оптимальных режимов обработки излучением твердотельного и COr-лазеров деталей двигателей внутреннего сгорания из деформируемых и литейных алюминиевых сплавов, способствующих повышению термостабильности обра-ботшшых поверхностей.

15. Разработаны способы лазерной обработки боковых поверхностей шлицевых канавок, состоящие в обработке их плоскостей таким образом, чтобы обеспечить сохранение геометрии острой кромки; при этом угол расхождения луча оптимизируют так, чтобы обеспечить наиболее полное проникновение лазерного пучка в обрабатываемую канавку, при этом глубина упрочненной зоны возрастает на 22-44 %, а ее ширина - на 714 %.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н., Макушева H.A. Упрочнение алюминиевого поршневого сплава АЛ25 непрерывным СОг-лазером // Металловедение и термическая обработка металлов.-1983.-№ 8.-С. 6163.

2. Упрочнение поверхности сплавов лазерным излучением / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов, H.A. Макушева и др. // Поверхность, физика, химия, механика.-1983.-№ 9.-С. 124-131.

3. Лазерное упрочнение поверхности деталей двигателей внутреннего сгорания / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов, H.A. Макушева и др. // Технология и организация производства.-!984.-№ 2.-С. 50-52.

4. Исследование микроструктуры алюминиевых и медных сплавов после обработки непрерывным С02-лазером / А.Н. Сафонов, А.Г. Григорьянц, H.A. Макушева и др. // Электронная обработка материа-лов.-1984.-№ 8.-С. 26-29.

5. Влияние лазерной обработки на структуру литейного алюминиевого сплава МВТУ-6 / А.Н. Сафонов, В.И. Силаева, H.A. Смирнова и др. // Сб. науч. тр. Иркутского Политехнич. ин-та.-Иркутск, 1987.-С. 63-66.

6. Упрочнение сплава АЛЗО в результате термической обработки и поверхностного легирования с помощью непрерывного излучения лазера / А.Г. Григорьянц, H.A. Смирнова, А.Н. Сафонов и др. // Электронная обработка материалов.-1989.-№ 5.-С. 21-25.

7. Смирнова H.A., Сафонов А.Н. Лазерное упрочнение алюминиевых сплавов //Лазерная технология: Сб. тезисов докл. (Вильнюс).-1991-№ 10.-С. 29-30.

8. Сафонов А.Н., Смирнова H.A. Стабильность упрочнения алюминиевых сплавов, обработанных лазерным излучением II Металловедение и термическая обработка металлов.-1994.-№ 6.-С. 32-34.

9. Пат. 2050240 РФ, МКИ6 В23К26/00. Способ лазерной обработки боковых поверхностей шлицевых канавок / А.Н. Сафонов,

H.A. Смирнова, Г.Ю. Микульшин и др. // Открытия. Изобретения.....-

1995.-№ 35.

10. Сафонов А.Н., Смирнова H.A., Кривушина O.A. Особенности поверхностной лазерной закалки деформированных и литейных алюминиевых сплавов // Производственные технологии (Программа «Конверсия и высокие технологии. 1997-2000 годы»): Сб. науч.-техн. статей.-Липецк, 1997.-С. 16-18.

11. Сафонов А.Н., Смирнова H.A., Кривушина O.A. Исследование особенностей поверхностной лазерной закалки алюминиевых сплавов // Материаловедение.-1998.-№ 10.-С. 28-31.

12. Сафонов А.Н., Смирнова H.A., Кривушина O.A. Лазерная обработка поверхности алюминиевых сплавов // Создание прогрессивных технологий, конструкций и систем и социально-экономические проблемы производства: Тр. Всеросс. науч.-техн. конф.-Калуга, 1998.-С. 72-73.

13. Разработка методов лазерного модифицирования поверхности сплавов / А.Н. Сафонов, H.A. Смирнова, O.A. Кривушина и др. // Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: Тр. V междунар. симпозиума.-М., 1999.-С. 65-68.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ ПРОЦЕССОВ ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ

И ЛЕГИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ.

1.1. Особенности фазовых и структурных превращений в алюминиевых сплавах в условиях скоростного нагрева и охлаждения.

1.1.1. Специфические особенности лазерного нагрева.

1.1.2. Формирование дендритной микроструктуры при быстром охлаждении из жидкого состояния.

1.1.3. Образование пересыщенных твердых растворов и метастабильных промежуточных фаз.

1.1.4. Особенности микроструктуры алюминиевых сплавов после закалки из жидкого состояния.

1.1.5. Анализ причин упрочнения при лазерной термической обработке.

1.2. Формирование структуры алюминиевых сплавов при лазерном легировании.

1.2.1. Взаимодействие лазерного излучения с поверхностью металлов и сплавов при лазерном легировании.

1.2.2. Структура поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования.

1.2.3. Особенности формирования структуры при легировании нерастворимыми частицами.

1.3. Свойства алюминиевых сплавов, упрочненных поверхностным лазерным легированием.

1.3.1. Влияние лазерного легирования на износостойкость алюминия и его сплавов.

1.3.2. Изменение свойств при старении и жаропрочность.

1.3.3. Влияние лазерной обработки на коррозионную стойкость.

1.3.4. Остаточные напряжения после лазерного легирования.

1.4. Технологические особенности лазерной термической обработки и лазерного легирования поверхности алюминиевых сплавов.

1.4.1. Способы повышения поглощательной способности металлических поверхностей.

1.4.2. Основные технологические характеристики лазерной обработки

1.4.3. Способы введения легирующих компонентов в зону воздействия лазерного луча.

1.4.4. Примеры JITO и лазерного легирования алюминиевых сплавов и промышленных деталей.

Для повышения несущей способности и ресурса работы деталей машин успешно применяют лазерную термическую обработку и лазерное легирование. В настоящее время показана принципиальная возможность и сформулированы технологические основы лазерной термической обработки и легирования поверхности большинства сталей. Однако в целом ряде отраслей промышленности, таких как авиационное, автомобильное, сельскохозяйственное машиностроение и ряде других широко применяют алюминиевые сплавы. В связи с этим большой интерес представляет использование лазерной технологии для термической обработки и легирования поверхности алюминия и его сплавов.

Эффективность лазерной поверхностной обработки обусловлена высокой плотностью потока энергии, локальностью воздействия и возможностью бесконтактной передачи энергии в зону обработки. В результате лазерного поверхностного упрочнения металлы и сплавы приобретают в локальных объемах высокие физико-механические свойства, недостижимые при традиционных методах упрочнения. Лазерное поверхностное упрочнение широко используется для деталей, работающих в условиях трения скольжения, абразивного и эрозионного изнашивания.

В работах, проведенных ранее на АМО ЗИЛ, НИИТАВТОПРОМ и в других организациях, показано, что перспективным методом улучшения фи-зико-механических свойств поверхностных слоев литейных алюминиевых сплавов является их термообработка и легирование лазерным излучением. В этих работах показано, что рост микротвердости обусловлен измельчением структуры и повышением дефектности кристаллического строения. Проведенные исследования, а также литературные данные по этому вопросу не раскрывают полностью механизмов упрочнения и закономерностей формирования структуры и изменения свойств при лазерной обработке и легировании алюминиевых сплавов.

В современном машиностроении становится все более острой проблема повышения срока службы быстро изнашивающихся деталей машин. Наиболее часто в процессе эксплуатации износу подвергаются только локальные участки рабочих поверхностей.

Цель данной работы - разработка практических рекомендаций по выбору режимов лазерной термической обработки и лазерного легирования для упрочнения рабочих поверхностей деталей двигателей внутреннего сгорания, изготовленных из деформируемых и литейных алюминиевых сплавов. Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

1) установление основных механизмов упрочнения, закономерностей формирования структуры и изменения свойств алюминиевых сплавов в зависимости от исходного состава, структурного состояния, скорости нагрева и охлаждения при обработке лазерным излучением;

2) установление закономерностей изменения структуры и свойств алюминиевых сплавов при поверхностном лазерном легировании;

3) разработка на этой основе рекомендаций по практическому использованию технологии лазерной термической обработки и лазерного легирования промышленных изделий.

Научная новизна работы заключается в

1) анализе механизмов упрочнения при JITO деформируемых и литейных алюминиевых сплавов, которые состоят в значительном измельчении структуры, пересыщении твердого раствора и возможности дальнейшего дисперсионного твердения при естественном и искусственном старении;

2) применении расчетно-экспериментальной методики для установления связи между режимами JITO, скоростью охлаждения ванны расплава и дендритным параметром структуры, которая состоит в измерении дендритного параметра структуры, и расчете скорости охлаждения расплава в зависимости от режимов ЛТО: скорости обработки (скорости перемещения образца) и мощности излучения;

3) в установлении основных закономерностей влияния исходной структуры алюминиевых сплавов на эффективность упрочнения, которые состоят в неодинаковой степени растворения в твердом растворе при скоростном нагреве различных по размеру упрочняющих образований, свойственных основным структурным состояниям алюминиевых сплавов - отожженному, искусственно и естественно состаренному;

4) анализе влияния параметров лазерной обработки на геометрические параметры и микротвердость ЗЛВ, которые проявляются за счет изменения энерговклада лазерного излучения при варьировании параметров обработки. Увеличение энерговклада излучения приводит к увеличению объема ванны расплава и росту геометрических размеров ЗЛВ. При этом растет время пребывания расплава при сверхкритических температурах и в результате более полного растворения избыточных фаз возможно получение более пересыщенных твердых растворов;

5) анализе механизмов упрочнения при лазерном легировании алюминиевых сплавов, которые состоят в значительном измельчении структуры и пересыщении твердого раствора, как легирующими элементами сплава, так и легирующими элементами, вводимыми при лазерном легировании, а также в образовании в зоне лазерного легирования упрочняющих фаз, не свойственных системе компонентов сплава;

6) обосновании причин повышения теплостойкости алюминиевых сплавов после лазерной термической обработки и лазерного легирования, состоящих в положительном влиянии пересыщенного твердого раствора и мелкодисперсных упрочняющих фаз, формируемых при лазерной обработке.

Практическая ценность работы заключается в следующем.

1. Обоснована необходимость применения поглощающих покрытий с целью эффективного использования излучения твердотельных лазеров с длиной волны 1,06 мкм, обусловленная высокой отражательной способностью алюминиевых сплавов.

2. Даны практические рекомендации по выбору режимов JITO и лазерного легирования из слоя легирующей пасты и инжекцией порошка, и выбору поглощающих покрытий и связующих веществ, применение которых дает возможность получить наибольший упрочняющий эффект при формировании зон лазерного упрочнения глубиной более 1 мм с мелкодисперсной структурой и минимальной пористостью. Выполнение рекомендаций дает возможность получения мелкодисперсной структуры упрочненного слоя с интерметаллидами, либо без них.

3. Показана возможность формирования протяженных зон лазерного упрочнения (глубиной более 1 мм) с минимальной пористостью при лазерной термической обработке и лазерном легировании из слоя легирующей пасты излучением твердотельного лазера мощностью до 1 кВт.

4. Разработаны режимы JITO и легирования, увеличивающие усталостную выносливость на растяжение-сжатие алюминиевых сплавов на 5 % и 15 % соответственно, по сравнению с исходным состоянием после закалки и искусственного старения.

5. Даны практические рекомендации по выбору режимов обработки излучением твердотельного и С02-лазеров деталей двигателей внутреннего сгорания из деформируемых и литейных алюминиевых сплавов, способствующих повышению термостабильности обработанных поверхностей.

6. Разработаны способы лазерной обработки боковых поверхностей шли-цевых канавок, состоящие в обработке плоскостей канавок таким образом, чтобы обеспечить сохранение геометрии острой кромки; при этом угол расхождения луча оптимизируют таким образом, чтобы обеспечить наиболее полное проникновение лазерного пучка в обрабатываемую канавку.

Автор защищает: основные положения механизмов упрочнения при JITO и при лазерном легировании алюминиевых сплавов, которые состоят в значительном измельчении структуры, в пересыщении твердого раствора, как легирующими элементами сплава, так и легирующими элементами, вводимыми при лазерном легировании и возможности дальнейшего дисперсионного твердения при естественном и искусственном старении, в возможности образовании в зоне лазерного легирования упрочняющих фаз, не свойственных системе компонентов сплава; закономерности влияния исходной структуры алюминиевых сплавов на эффективность упрочнения, которые состоят в неодинаковой степени растворения в твердом растворе при скоростном нагреве различных по размеру упрочняющих образований, свойственных основным структурным состояниям алюминиевых сплавов - отожженному, искусственно и естественно состаренному; практические рекомендации по выбору режимов лазерной обработки и выбору поглощающих покрытий и связующих веществ, применение которых дает возможность получить наибольший упрочняющий эффект при формировании зон лазерного упрочнения глубиной более 1 мм с мелкодисперсной структурой и минимальной пористостью; рациональные режимы JITO и легирования, увеличивающие усталостную выносливость на растяжение-сжатие алюминиевых сплавов на 5 % и 15 % соответственно, по сравнению с исходным состоянием после закалки и искусственного старения; способы лазерной обработки боковых поверхностей шлицевых канавок и рациональные режимы обработки деталей двигателей внутреннего сгорания из деформируемых и литейных алюминиевых сплавов, способствующие повышению термостабильности обработанных поверхностей.

Автор выражает глубокую признательность профессору, доктору технических наук А.Г. Григорьянцу за научные консультации при выполнении и оформлении работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлены закономерности формирования структуры ЗЛВ и раскрыты механизмы упрочнения при ЛТО алюминиевых сплавов, которые состоят в значительном измельчении структуры, пересыщении твердого раствора, образовании квазиэвтектики при высоких скоростях охлаждения (более 10б К/с) и возможности дальнейшего дисперсионного твердения при естественном и искусственном старении.

Изменение свойств материалов, не упрочняемых термообработкой, за счет измельчения зерна и увеличения дефектности кристаллического строения невелико и большой перспективы ЛТО этих материалов не имеет.

2. Расчетно-экспериментальным методом установлена закономерная связь между режимами ЛТО, скоростью охлаждения ванны расплава и дендритным параметром структуры, которая состоит в том, что увеличение скорости обработки приводит к увеличению скорости охлаждения расплава и закономерному уменьшению значения дендритного параметра, а рост мощности излучения, подводимой к поверхности, наоборот, уменьшает скорость охлаждения, что приводит к увеличению размеров зерен.

3. Установлены закономерности влияния параметров лазерной обработки на геометрические параметры и микротвердость ЗЛВ, которые проявляются за счет изменения энерговклада лазерного излучения при варьировании параметров обработки. Увеличение энерговклада излучения приводит к увеличению объема ванны расплава, росту геометрических размеров ЗЛВ и закономерному увеличению размеров зерен кристаллизовавшегося расплава. Одновременно растет и время пребывания расплава при сверхкритических температурах: в результате более полного растворения избыточных фаз возможно получение более пересыщенных твердых растворов. Действие разнонаправленных факторов приводит к экстремальной (для дисперсионно твердеющих сплавов) или монотонной (для силуминов) зависимости характеристик ЗЛВ от параметров лазерной обработки.

4. Установлены основные закономерности изменения исходной структуры алюминиевых сплавов при ЛТО и вскрыто ее влияние на эффективность упрочнения. Эти закономерности состоят в том, что сравнительно крупные стабильные фазы, характерные для отожженного состояния, из-за кратковременности нагрева не успевают полностью раствориться в твердом растворе и обогатить его легирующими элементами; в результате формируется ЗЛВ небольших размеров со структурой незначительно пересыщенного твердого раствора с крупными частицами упрочняющих фаз.

Растворение метастабильных упрочняющих фаз, свойственных искусственно состаренному состоянию сплава, происходит полнее и формируется структура более пересыщенного твердого раствора. Кроме того, при лазерном плавлении выделяется внутренняя энергия напряженного состояния границы раздела твердый раствор-метастабильная фаза, что способствует получению более глубоких ЗЛВ.

Исходная структура пересыщенного твердого раствора с метастабиль-ными сегрегациями, полученная после естественного старения, способствует гомогенизации твердого раствора и получению максимальной степени его пересыщения; в ЗЛВ формируется более однородная структура с большей микротвердостью.

5. Установлено закономерное влияние легированности исходной структуры на микротвердость ЗЛВ алюминиевых сплавов, которое проявляется как в увеличении степени пересыщения твердого раствора, так и в сильном измельчении кристаллов эвтектического и избыточного кремния.

6. Научно обоснована необходимость применения поглощающих покрытий с целью эффективного использования излучения как С02-лазеров с длиной волны 10,6 мкм, так и твердотельных лазеров с длиной волны 1,06 мкм, обусловленная высокой отражательной способностью алюминиевых сплавов.

Даны практические рекомендации по выбору режимов ЛТО излучением СОг-лазеров и твердотельного лазера и выбору поглощающих покрытий, применение которых дает возможность получить наибольший упрочняющий эффект при формировании достаточно протяженных зон лазерного влияния (глубиной более 1 мм) с минимальной пористостью.

7. Установлены закономерности формирования структуры зон лазерного легирования и раскрыты механизмы упрочнения при лазерном легировании поверхности алюминиевых сплавов, которые состоят

- в значительном измельчении структуры и пересыщении твердого раствора, как легирующими элементами сплава, так и легирующими элементами, вводимыми при лазерном легировании;

- в образовании в зоне лазерного легирования упрочняющих фаз, не свойственных системе компонентов сплава, что дает возможность упрочнения-материалов, лазерная термическая обработка которых неэффективна;

- в возможности дальнейшего дисперсионного твердения при естественном и искусственном старении.

8. При полном растворении легирующих элементов в твердом растворе микротвердость повышается примерно в 1,5 раза. С образованием интерме-таллидов в легированной зоне микротвердость увеличивается в 2-5 раз, однако, сильно возрастает неравномерность ее распределения по глубине зоны лазерного легирования, что может служить причиной хрупкого разрушения упрочненного слоя.

9. Проведен анализ двух способов лазерного легирования алюминиевых сплавов: оплавлением: легирующих порошковых паст и инжекцией легирующих порошков. Установлены закономерности изменения структуры легированных слоев для различных поглощающих покрытий, связующих веществ и порошков различного химического состава.

10. На основании анализа пористости упрочненной зоны, степени измельчения структуры и искажения геометрии поверхности даны практические рекомендации по выбору оптимального состава связующего вещества для лазерного легирования из слоя легирующей пасты и поглощающего покрытия при лазерном легировании инжекцией порошка. Выполнение рекомендаций дает возможность получения мелкодисперсной структуры упрочненного слоя с интерметаллидами, либо без них.

11. Даны практические рекомендации по выбору режимов обработки излучением С02-лазеров. Установлено, что эффект лазерного легирования наилучшим образом проявляется при большей мощности излучения и меньшей скорости обработки по сравнению с JITO; это соответствует большему энерговкладу лазерного излучения, так как часть энергии лазерного излучения расходуется на плавление легирующей пасты или порошка.

12. Показана возможность формирования протяженных зон лазерного упрочнения (глубиной более 1 мм) с минимальной пористостью при легировании из слоя легирующей пасты твердотельным лазером при мощности излучения менее 1 кВт.

Установлено увеличение глубины легированной зоны в 1,5-2 раза по сравнению с ЗЛВ без; легирования вследствие увеличения поглощательной способности обрабатываемой поверхности при легировании порошками бора и карбидов титана.

13. На основе анализа кинетических кривых старения установлена возможность дополнительного упрочнения алюминиевых сплавов после лазерной обработки. Дополнительный упрочняющий эффект у дуралюминов выше, чем у силуминов, что соответствует большему упрочнению первых сплавов за счет дисперсионного твердения. Однако силумины обладают более высокой теплостойкостью из-за присутствия в структуре сильно измельченного при ЛТО кремния.

14. Установлено положительное влияние на теплостойкость алюминиевых сплавов структуры пересыщенного твердого раствора с мелкодисперсными упрочняющими фазами, формируемой при лазерном легировании. Теплостойкость после лазерного легирования выше по сравнению с лазерной обработкой без легирования.

15. Усталостная выносливость алюминиевых сплавов может быть повышена на 5 % лазерной термической обработкой или на 15 % лазерным легированием по сравнению с исходным состоянием после закалки и искусственного старения.

16. На основании анализа зависимости размеров, микротвердости и химического состава упрочненного слоя от параметров ЛТО и лазерного легирования даны практические рекомендации по выбору рациональных режимов обработки излучением твердотельного и СОг-лазеров деталей двигателей внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов, способствующих повышению термостабильно сти и износостойкости обработанных поверхностей.

17. Разработаны способы лазерной обработки боковых поверхностей шли-цевых канавок, состоящие в обработке плоских поверхностей канавок расфокусированным лучом лазера таким образом, чтобы обеспечить сохранение геометрии острой кромки канавки; при этом угол расхождения луча оптимизируют так, чтобы обеспечить наиболее полное проникновение лазерного пучка в обрабатываемую канавку, при этом глубина упрочненной зоны возрастает на 22-44 %, а ее ширина - на 7-14 %.

6.4. Заключение

1. На основании анализа зависимости размеров, микротвердости и химического состава упрочненного слоя от параметров лазерной термической обработки и лазерного легирования, проведенного в главах 3 и 4, даны практические рекомендации по выбору оптимальных режимов обработки излучением твердотельного и СОг-лазеров поверхностей деталей двигателей внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов.

2. Установлено, что для повышения термостабильности и износостойкости поверхности дет алей из алюминиевых сплавов лазерным легированием оптимальными легирующими порошками являются порошки сплава ПГ-ХН80СРЗ, а также порошки карбидов титана и кремния.

3. Разработаны способы лазерной обработки боковых поверхностей шлицевых канавок, состоящие в обработке плоских поверхностей канавок расфокусированным лучом лазера. Лазерную обработку по первому способу следует проводить таким образом, чтобы обеспечить сохранение геометрии острой кромки канавки; для этого луч лазера направляют под углом к обрабатываемой поверхности. Второй способ предполагает оптимизацию угла расхождения луча так:им образом, чтобы обеспечить наиболее полное проникновение лазерного пучка в обрабатываемую канавку, при этом глубина упрочненной зоны возрастает на 22-44 %, а ее ширина - на 7-14 %.

1. Крапошин B.C. Термическая обработка стали и сплава с применением лазерного луча и прочих прогрессивных видов нагрева // Итоги науки и техники: Науч -техн. сб. ВИНИТИ.-М., 1987.-С. 144-206.-(Сер. Металловедение и термическая обработка; Т. 21).

2. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов-М.: Машиностроение, 1975.-296 с.

3. Коваленко B.C., Головко Л.Ф., Черненко B.C. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера.-Киев: Техника, 1990.-191 с.

4. Криштал М.А., Жуков А.А., Кокора А.Н. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера.-М.: Металлургия, 1973.-192 с.

5. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучом лазера-М.: МГУ, 1975.-384 с.

6. К вопросу механизма упрочнения материала при воздействии непрерывного лазерного излучения / B.C. Коваленко, К. Энами, Е. Арта и др. // Электронная обработка материалов.-1980.-№ 1.-С. 35-39.

7. Лазерная техника и технология: В 7 кн. / Под ред. А.Г. Григорьянца.-М.: Высшая школа. 1987.-Кн. 3: Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностной лазерной обработки.-191 с.

8. Упрочнение алюминиевого сплава АЛ4 излучением С02-лазера / В. Д. Кальнер, В.И.Волгин, В.М. Андрияхин и др. //Поверхность, физика, химия, механика.-1982.-№ 12.-С. 131-134.

9. Мирошниченко И С. Закалка из жидкого состояния.-М.: Металлургия, 1982.-168 с.

10. Ю.Муратов B.C. Особенности формирования структуры и свойств быстро затвердевших алюминиевых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов.-1997.-№ 5.-С. 31-34.

11. П.Мондольфо Н.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов: Пер. с англ.-М.: Металлургия, 1979.-640 с.

12. Characterization of Al—Si—alloys rapidly quenched from the melt / A. Bendjik, R. Delhez, L. Katgerman и др. //J. Mater. Sci.-1980.-V. 15, № 11.-P. 2803-2810.

13. З.Волгин В.И. Исследование и разработка технологии лазерного упрочнения деталей автомобиля из литейных алюминиевых сплавов: Дис. . канд. техн. наук: 05.02.08.-М., 1984.-170 с.-д.с.п.

14. Leech P.W. The laser surface melting of aluminium-silicon based alloys // Thin Solid Films.-1989.-V. 177.-P. 133-140.

15. Giovahola В., Kurz W. Simulation of rapid solidification in laser processing // Laser Treat. Mater. Eur. Conf.-Oberursel, 1987.-P. 33^1.

16. Antona P.L., Appiano S., Moschini R. Laser surface remelting and alloying of aluminum alloys // Laser Treat. Mater. Eur. Conf.-Oberursel, 1987, -P. 133-145.

17. Гуреев Д.М., Золотаревский А.В., Зайкин A.E. Упрочнение алюминиевых сплавов при лазерно-дуговой обработке // Физика и химия обработки материалов.-1990.-№ 1.-С. 79-83.

18. Hegge H.J., Dehosson J.Th.M. Solidification structures during laser treatment // Scripta Metallurgica et materialia.-1990.-V. 24.-P. 593-599.

19. Андрияхин B.M. Процессы лазерной сварки и термообработки.-М.: Наука, 1988.-176 с.

20. Reznicek P., Holmanova М., Honzik О. Surface treatment of aluminum alloys using lasers //Aluminium.-1989.-V. 65, № 12.-P. 1259-1262.

21. Физическое металловедение: В 3 т. / Под ред. Р.У. Кана, П.Т. Хаазена.-М.: Металлургия, 1986.-Т. 2: Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми физическими свойствами.-624 с.

22. Елагин В.И. Легирование деформируемых сплавов переходными метал-лами.-М.: Металлургия, 1975.-247 с.

23. Салли И.В. Кристаллизация при сверхбольших скоростях охлаждения-Киев: Наукова Думка, 1972.-136 с.

24. Капустникова СВ. Типы эвтектических структур в системе Al-Si // Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа: Материалы 2-й Всесоюзн. науч. конф.-Днепропетровск, 1982.-С. 96-97.

25. Бадаев В.Г., Гришина Н.П. Влияние скорости охлаждения при кристаллизации на структуру и свойства литых заготовок из сплава АК5М2 // Исследование процессов литья и обработки цветных металлов и сплавов: Сб. статей.-М., 1982.-С. 40-44.

26. Радченко М.В., Зубков А.В., Косоногов Е.Н. Электронно-лучевое упрочнение поршневого сплава АК21 // Электронно-лучевая сварка: Материалы Всесоюзн. науч. конф.-М., 1986.-С. 99-102.

27. Таран Ю.Н., Мирошниченко И.С., Галушко И.М. О влиянии скорости охлаждения на формирование структуры сплавов эвтектического типа // Металлофизика.-1974.-№ 56.-С. 77-83.

28. Furrer P., Warlimont Н. Gefuge und Eigenschaften nach rascher Erstarrung // Zeitschrift fur Mel:allkunde.-1971.-Bd. 62, № 2.-S. 100-111.

29. Якунин A.A., Силка Л.Ф., Лысенко А.Б. Структура и свойства быстро закристаллизованных и экструдированных сплавов А1-Сг // Физика металлов и металловедение.-1983.-Т. 56, № 5.-С. 945-950.

30. Эллиот Р. Управление эвтектическим затвердеванием-М.: Металлургия, 1987.-352 с.

31. Atasoy О. A. The effect of Twinning on the Growth of Silicon Crystals in Al-Si Eutectic Alloys // Zeitschrift Шr Metallkunde.-1987.-Bd. 78.-S. 177-183.

32. Taha M.A. Effect of rate of cooling on the structure and properties of Al-4,5 wt% Cu stir-cast alloy //Int. Leichtmetalltag.-Leoben (S.A.), 1981.-P210-211.

33. Das Samar, Ramachandren Tiruvannamalai R., Suryanarayara Challapall. Transformation behavior of rapidly quenched 3008 aluminium alloy //Zeitschrift fur Metallkunde.-1984.-Bd. 75, № 5.-S. 356-361.

34. Упрочнение деталей лучом лазера / Под общ. ред. B.C. Коваленко.-Киев: Техника, 1981.-216 с.

35. Миркин Л.И., Смыслова Е.П., Смыслов Е.Ф. Структура и свойства металлов после импульсных воздействий.-М.: МГУ, 1980.-169 с.

36. Особенности пластической деформации металлических фольг, подвергнутых лазерному облучению / С.С. Самойлович, Ю.М. Палей, В.В. Павлов и др. // Физика и химия обработки материал ов.-1982.-№ 6.-С. 14-16.

37. Миркин Л.И., Смыслов Е.Ф. О возможности получения упрочненного алюминия с помощью лучей лазера и ударных волн // Изв. вузов. Цветная металлургия-1976.-№ 6.-С. 90-93.

38. Исследование возможности упрочнения поршневого алюминиевого сплава АЛ25 лазерным излучением / Г.А. Анисович, Г.Ф. Шатуров, З.Д. Павленко и др. //Изв. АН БССР. Физ.-техн. науки,-1979.-№ 1-С. 57-59.

39. Эпштейн Г.Н. Высокоскоростная деформация и структура металлов.-М.: Металлургия, 1971.-248 с.

40. Иванов Л.И., Янушкевич В.А. Воздействие лазерного импульсного излучения на объемные свойства металлических и полупроводниковых материалов // Физика и химия обработки материалов.-1977.-№ 6.-С. 3-9.

41. Бондаренко Г.Г., Иванов Л.И., Янушкевич В.А. Природа структурных нарушений в алюминии при воздействии гигантских импульсов оптического генератора // Физика металлов и металловедение.-1973.-Т. 36, № 4-С. 879-880.

42. Воздействие импульсного лазерного излучения на деформируемые алюминиевые сплавы / С.А. Маслиев., В.И. Неверов, В.Н. Пименов и др. // Физика и химия обработки материалов.-1992.-№ З.-С. 34—37.

43. Luft U., Bergmann H.W., Mordike B.L. Laser surface melting of aluminium alloys // Fachber. Metallbearb.-1987.-Bd. 64, № 2.-S. 173-178.

44. Pierantoni M., Blank E. Le traitement de surface de Г aluminium par laser // Schweiz. alum. Rdsch.-1989.-V. 39, № l.-C. 8-11.

45. Nicdas G. Application du laser en traitement de surface d'alliages legers // 3eme Colloq. Int. Soudage et fusion faisceau 'electrons et laser.-Lyon, 1983.-V. l.-P. 253-262.

46. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов.-М.: Металлургия, 1981.-416 с.

47. Bergmann H.W., Eltze К. Annealing by laser treatment //Laser Treat. Eur. Conf-Oberursel, 1987.-P. 419-425.

48. Поглощение энергии при лазерной химико-термической обработке алюминиевых сплавов / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, В.Н. Подругин и др. // Электронная обработка материалов.-1984.-№ З.-С. 57-60.

49. Углов А.А., Низаметдинов М.М. Об изменении микротвердости сталей при высоких давлениях окружающей среды под взаимодействием лазерного излучения //Физика и химия обработки материалов.-1997.-№ 2-С. 133-135.

50. Нестационарный термокапиллярный массоперенос при лазерном легировании металлов / А.А. Углов, И.Ю. Смуров, А.Г. Туськов и др. //Инженерно-физический журнал.-1989.-Т. 56, № 5.-С. 799-805.

51. Hornbogen Е. Metallkundliche Aspekte des Laser-legierens von Aluminium //Aluminium.-1991-Bd. 67, № 3.-S. 282-286.

52. Лазерное упрочнение поверхности деформируемых алюминиевых сплавов АМгб и АД33 порошками на основе никеля и карбида титана / И.А. Вишневецкая, М.Р. Грязное, И.Б. Болонкина и др. // Авиационная промышленность.-!990.-№ 5.-С. 40.

53. Лазерное легирование / Л.С. Ляхович, С.А. Исаков, В.М. Картошкин и др. //Металловедение и термическая обработка металлов.-1987.-№ З.-С. 14-19.

54. Кисина Ю.Б., Барсуков А.Д., Шляпина И.Р. Лазерное поверхностное легирование силумина // Металловедение и термическая обработка металлов.-1995.-№ 2.-С. 18-19.

55. Повышение износостойкости силуминов лазерной обработкой / А.Н. Гречин, И.Р. Шляпина, И.А. Гречина и др. // Металловедение и термическая обработка металлов.-1989.-№ З.-С. 23-24.

56. Лазерное легирование поверхности изделий из силуминов / А.Н. Гречин, И.Р. Шляпина, А.Ш. Набутовская и др. // Металловедение и термическая обработка металлов-1991.-№ З.-С. 12-15.

57. Макланов А.Г. Лазерное легирование алюминиевых сплавов кремнием и его соединениями // Прочность, пластичность материалов и новые процессы их получения и обработки: Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф-Минск, 1990.-С. 42-43.

58. Alliages super ficiels d'aluminium a'haute te obtenus par fusion par laser / M. Pierantoni, J.D. Wagniere, E. Blank и др. // 4eme Colloq. Int. Soudage et fusion faisceau 'electrons et laser.-Saclay, 1988.-V. 2.-P. 681-682.

59. Боголюбова И.В., Дериглазова И.Ф., Мульченко Б.Ф. Лазерное поверхностное легирование сплава АЛ25 //Металловедение и термическая обработка металлов.-1988.-№ 5.-С. 24-25.

60. Дериглазова И.Ф., Левитес И.И., Мульченко Б.Ф. Лазерное легирование алюминиевых поршневых сплавов. Исследование структуры //Автомобильное производство: Науч.-техн. сб. (М.).-1985.-№ 12.-С. 8-10.

61. Волгин В.И. Влияние лазерного легирования поверхности на твердость алюминиевого сплава //Поверхность, физика, химия, механика-1983 -№ 1.-С. 125-128.

62. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Подругин В.Н. Лазерная химико-термическая обработка алюминия и сплава на его основе // Новые процессы поверхностного упрочнения металлов: Реферативный сб. ЦНИИТЭМТяжмаш.-М., 1982.-С. 5-7.

63. Ayers J.D., Schaeftor R.J., Robey W.P. A laser processing technique for improving the wear resistance of metals // J. of metals.-1981.-V. 33, № 8.-P. 19-23.

64. Stephen M. Copley. Commercial applications of laser processing //Thin Solid Films.-1981.-V. 84, № 4.-P. 367.71 .Ayers J.D. Modification metal surfaces by the laser melt particle injection process // Thin Solid Films.-1981.-V. 84, № 4.-P. 323-331.

65. Laser alloying of metal surface by injecting titanium carbide powders / B.S. Yilbas, R. Davies, Z. Yilbas и др. // Int. J. Mach. Tools and Manul-1989.-V. 29, № 4,-P. 499-509.

66. Коган Я.Д., Сазонова З.С., Александров В.Д. Исследование антифрикционных свойств покрытий на алюминиевых сплавах после лазерного легирования // Электронная обработка материалов.-1990.-№ 4.-С. 73-74.

67. Александров В.Д. Разработка лазерной технологии получения антифрикционных покрыт™ на алюминиевых сплавах: Дис. . канд. техн. наук: 05.02.01.-М., 1984,-168 с.

68. Влияние лазерной обработки на изнашивание деталей в абразивно-масляной среде / В.М. Голубец, М.И. Мойса, Ю.М. Бабей и др. // Физика и химия обработки материалов.-1972.-№ 4.-С. 114-115.

69. Coqurelle G., Fachinetti J.L. Friction and wear of laser treated aluminium-silicon alloys //Laser Treat. Eur. Conf.-Oberursel, 1987.-P. 171-178.

70. Лахтин Ю.М., Зеленов A.E., Чудина О.В. Получение композиционных износостойких слоев при лазерном нагреве // Фундаментальные проблемы металлургии: Тез. докл. Рос. межвуз. науч-техн. конф.-Екатеринбург, 1995.-С. 60.

71. Cooper Khershed P. Surface treating by laser melt (particle injection) //Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng.-1988.-V. 957.-P. 42-55.

72. Tomsinsky V.S., Postnikov V.S., Peleneva L.V. Laser treatment of surface of titanium and aluminium alloys // Proc. 7th Int. Congress on Heat Treatment of Materials -Moscow, 1990.-V. 6.-P. 24-30.

73. Колобнев И.Ф. Жаропрочность литейных алюминиевых сплавов.-М.: Металлургия, 1973.-320 с.

74. Металловедение алюминия и его сплавов: Справочник /А.И.Беляев, О.С. Бочвар, Н.Н. Буйнов и др.-М.: Металлургия, 1983.-351 с.

75. Шляпина И.Р., Набутовский Л.Ш., Гречина И.А. Лазерный переплав и легирование силуминов, применяемых в двигателестроении // Перспективные материалы и технологии в автомобилестроении: Меж-вуз. сб. науч. тр.-М., 1990.-С. 105-111.-д.с.п.

76. Коррозионное поведение алюминиевого сплава АЛ4, упрочненного излучением С02-лазера /Б.К. Опара, В.М. Андрияхин, В.И. Волгин и др. //Защитаметаллов.-1985.-Т. 21, № 1.-С. 87-89.

77. Pilloz М., Sahoure С., Vannes А.В. Study of the parameter of laser coating and residual stress fields created by these coating // Surface Eng. High Energy Beams: Sci. and Technol.: Proc. 2nd IFHT Semin.-Lisbon, 1989.-P. 387-413.

78. Никоноров В.И., Ройтенбург Д.И. Методы нанесения и свойства поглощающих покрытий, применяемых при лазерной обработке металла //Автомобильное производство: Науч.-техн. сб. (М.).-1985.-№ 2.-С. 15-17.

79. Marsoglu Muzayyen. The effect of surface finish to laser irradiation of Al-Si alloys //Prakt. Metallogr.-1990.-V. 27, № 3.-P. 139-143.

80. H.J. Hegge, J.-Th.M. de Hosson. Solidification structures during laser treatment // Scripta Metallurgica et Materialia.-1990.-V. 24, № 3.-P. 593-598.

81. Inagaki-Rywtarow Masahisa, Shieno Jimbuo-Shigeo. Absorptive surface coating for C02-laser transformation hardening // 3eme Colloq. Int. Soudage et fusion faisceau 'electrons et laser.-Lyon, 1983.-V. l.-P. 190.

82. Леонтьев П.А., Чеканова H.T., Хан М.Г. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов.-М.: Металлургия, 1986.-142 с.

83. Лазерное и электронное упрочнение материалов /В.С.Коваленко, А.Д. Верхотуров, Л.Ф. Головко и др.-М.: Наука, 1986.-276 с.

84. Крапошин B.C. Зависимость глубины закалки сталей и чугунов от режима лазерного облучения //Физика и химия обработки металлов-1988-М» 6-С. 88-96.

85. Chande J., Marumber J. Composition control in laser surface alloying //Metallurgical Transactions.-l 983.-V. 14, № 2.-P. 189-190.

86. Модификация газо-термических покрытий излучением лазера / А.А. Углов, А.Д, Фолин, А.О. Наумкин и др. // Физика и химия обработки материалов.-1987.-№ 4.-С. 78-82.

87. Ayers J.D., Tuker I.R. Particalate-TiC hardened steel surface by laser melt injection // Thin Solid Films-1980.-V. 73, № l.-P. 201-207.

88. Скаков Ю.А., Еднерал H.B. Легирование поверхностных слоев при использовании лазерной обработки //Изв. АН СССР. Физика.-1983.-Т. 47, № 8.-С. 1487-1496.

89. Коваленко B.C., Волгин В.И. Влияние лазерного легирования на жаростойкость алюминиевого сплава // Применение лазеров в приборостроении, машиностроении и медицинской технике: Тез. докл. 2-й Всесоюзн. науч-техн. конф.-М., 1979.-С. 62.

90. Дьюли У. Лазерная технология и анализ материалов: Пер. с англ.-М.: Мир, 1986.-504 с.

91. Григорьев Р.Д., Иванов Ю.В., Кривов Б.И. Особенности технологического применения многоканальных лазеров //Лазеры в науке, технике,медицине: Тез. дом. 7-й Международной науч.-техн. конф.-М., 1996-С. 71-73.

92. Иванов Ю.В., Кривов Б.И., Рождествин В.Н. Перспективы развития технологических многоэлементных твердотельных лазеров с квантронами кассетного типа // Сварочное производство.-1996.-№ 8.-С. 22-24.

93. Шибаев В.В. Разработка процесса получения поверхностных покрытий из Ni-Cr-B-Si сплавов при помощи лазерного излучения: Дис. . канд. техн. наук: 05.04.05.-М., 1983.-184 с.-д.с.п.

94. Коваленко B.C. Металлографические реактивы.-М. Металлургия, 1981.-120 с.

95. Горелик С.С. С'каков Ю.А. Расторгуев JI.H. Рентгенографический и электронооптический анализ.-М.: МИСИС, 1994.-328 с.

96. Металловедение и термическая обработка стали: В 3 т. /Под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта.-М.: Металлургия, 1983.-Т. 1: Методы испытаний и исследований.-362 с.

97. Исследование микроструктуры алюминиевых и медных сплавов после обработки непрерывным С02-лазером / А.Н. Сафонов, А.Г. Григорьянц, Н.А. Макушева и др. //Электронная обработка материалов.-1984.-№ 8-С. 26-29.

98. Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием.-М.: Металлургия, 1977.-272 с.

99. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н., Макушева Н.А. Упрочнение алюминиевого поршневого сплава АЛ25 непрерывным СО^-лазером

100. Металловедение и термическая обработка металлов-1983.-№ 8.-С. 61-63.

101. Влияние лазерной обработки на структуру литейного алюминиевого сплава МВТУ-6 / А.Н. Сафонов, В.И. Силаева, Н.А. Смирнова и др. // Сб. науч. тр. ИркутскогоПолитехнич. ин-та.-Иркутск, 1987.-С. 63-66-д.с.п.

102. Лазерная техника и технология: В 7 кн. /Под ред. А.Г. Григорьянца-М.: Высшая школа, 1987.-Кн. 1: Голубев B.C., Лебедев Ф.В. Физические основы технологических лазеров.-191 с.

103. Сафонов А.Н., Смирнова Н.А., Кривушина О.А. Исследование особенностей поверхностной лазерной закалки алюминиевых сплавов // Материаловедение.-1998.-№ 10.-С. 28-31.

104. Упрочнение сплава АЛ30 в результате термической обработки и поверхностного легирования с помощью непрерывного излучения лазера / А.Г. Григорьянц, Н.А. Смирнова, А.Н. Сафонов и др. // Электронная обработка материалов.-1989.-№ 5.-С. 21-25.

105. Упрочнение поверхности сплавов лазерным излучением / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов, Н.А. Макушева и др. // Поверхность, физика, химия, механика.-1983.-№ 9.-С. 124-131.

106. Гнесин Г.Г. Карбидокремниевые материалы.-М.: Металлургия, 1977-216 с.

107. Сафонов А.Н., Смирнова Н.А. Стабильность упрочнения алюминиевых сплавов, обработанных лазерным излучением // Металловедение и термическая обработка металлов.-1994.-№ 6.-С. 32-34.

108. Смирнова НА, Сафонов А.Н. Лазерное упрочнение алюминиевых сплавов //Лазертая технология: Сб. тез. докл. (Вильнюс).-1991.-№ 10-С. 29-30.

109. Лазерное упрочнение поверхности деталей двигателей внутреннего сгорания / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов, Н.А. Макушева и др. // Технология и организация производства.-1984.-№ 2.-С. 50-52.

110. Разработка методов лазерного модифицирования поверхности сплавов / А.Н. Сафонов, Н.А. Смирнова, О.А. Кривушина и др. //Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: Тр. V междунар. симпозиума.-М., 1999.-С. 65-68.

111. Пат. 2050240 РФ, МКИ6 В23К26/00. Способ лазерной обработки боковых поверхностей шлицевых канавок / А.Н. Сафонов, Н.А. Смирнова, Г.Ю. Микулыпин и др. // Открытия. Изобретения.-1995.-№ 35.