ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ Fe,Cr,Mn И Ni НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ В АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

摘要

Изучены сплавы на основе алюминия, легированные переходными металлами Fe,Mn,Ni,Cr, а также структура и твердость в литом состоянии и после лазерного плавления в диапазоне режимов, идентичных селективному лазерному плавлению, и после лазерного плавления и термической обработки. Установлено, что в литом состоянии микроструктура сплавов Al-2FeMn и Аl-2,5FeCr характеризуется наличием дендритов алюминиевого твердого раствора, окруженных фазами Al_3(Fe,Mn), Al_6Mn для сплава с Fе, Mn и Al_3(Fe, Cr) и Аl_7Cr для сплава с Fе, Сr. Сплавы Al-4.5FeMn, Аl-6FeMn, Аl-4,5FeNi, Аl-ЗFeCr отличаются присутствием первичных кристаллов угловатой формы Аl_6Mn, Аl-ЗFe и Аl_7Cr соответственно. Микроструктура сплавов после лазерного плавления мощностью 36,7 Вт характеризуется очень дисперсным строением дендритов и эвтектики. Установлено, что с повышением количества легирующих элементов от 2 до 6 % мае. средний размер дендритной ячейки уменьшается от 0,45 до 0,2 мкм. Установлено, что при лазерном плавлении несколькими последовательно идущими импульсами на границе с предыдущим импульсом формируется переходная зона с отличной от центра микроструктурой. Показано, что микроструктура сплавов Аl-2FeMn, Аl-4,5FeNi и Аl-2,5FeCr характеризуется большим размером дендритной ячейки 1,7-2,2 мкм. Микроструктура сплавов Аl-4,5FeMn, Аl-6FeMn и Аl-ЗFeCr в переходной зоне отличается наличием первичных кристаллов фаз Аl_6Mn и Аl_7Сr соответственно. Их образование связано как со снижением скорости охлаждения в первый момент кристаллизации ванны расплава, так и с высоким содержанием легирующих элементов. Показано, что первичные кристаллы не были обнаружены в сплавах с содержанием переходных металлов менее 3-4 %. Сплавы Аl-4,5FeMn, Аl-6FeMn и Аl-4,5FeNi характеризуются высокой твердостью (89-93 НУ). Твердость сплавов Аl-2FeMn, Аl-2,5FeCr и Аl-ЗFeCr, легированных переходными металлами в количестве менее 3 %, ниже и составляет 56-60 НУ. Сплавы Аl-4,5FeMn, Аl-6FeMn и Аl-4,5FeNi характеризуются высокой термической стабильностью интерметал-лидных фаз при нагреве до 300 °С, о чем свидетельствует снижение твердости всего на 7-10 единиц. Наименьшую термическую стабильность демонстрируют сплавы, легированные железом и хромом. При нагреве до 300 °С снижение твердости в этих сплавах происходит на 10-18 единиц. Установлено влияние мощности лазерного излучения на зеренную структуру сплавов. Показано, что при малой мощности плавления 26,3-36,7 Вт в сплавах формируются крупные зерна с аналогичной эпитаксиальному слою кристаллографической ориентировкой. При мощности более 42,7 Вт в структуре обработанной области появляется центральная зона, состоящая из более мелких кристаллов средним размером 58 мкм. Их образование связано со значительным увеличением объема расплава и независимым зарождением твердых фаз.