Widoczne znaczne zmiany na powierzchni próbek obrobionych laserowo z mocą 750 W potwierdzają występowanie dużej ilości nieciągłości. Do dalszych badań tribologicznych wytypowano stop 6082, z którego wykonano próbki prostopadłościenne, na których obrobiono powierzchnie za pomocą lasera stosując nastawy 2,8 mm/s moc 400 W i drugą stronę 5,33 mm/s i 530 W.

 Wyniki testu tribologicznego polegającego na przeprowadzeniu testu pierscień-blok i zarejestrowaniu przebiegu współczynnika tarcia przedstawiono w postaci wykresów. Bardzo małe zużycie przy zastosowaniu oleju NT100 nie pozwala na jednoznaczną ocenę wpływu obróbki laserowej na odporność na zużycie. Należy jednak zaznaczyć, że pomimo wzrostu chropowatości udało się przeprowadzić próbę tarciową, uzyskując bardzo niski współczynnik tarcia. Do pełnej analizy potrzebna jest większa ilość próbek i szerszy program badań, tak aby można było zaprojektować skojarzenie pod wymagany wyrób wykonywany z stopu 6082.

Rys. 5 Wykresy przebiegu współczynnika tarcia dla skojarzenia blok (stop 6082 w stanie surowym) – pierścień z stali 100Cr6. Parametry badania smarowanie olejem NT100 siła normalna 30, 100, 200 N

Wykresy przebiegu tarcia przedstawione na rysunku 5 wskazują, że wzrost obciążenia siłą normalną od 30 do 200 N nie powoduje większego przyrostu współczynnika tarcia. Bardzo znikome zużycie na powierzchni próbki nie pozwala na określenie odporności na zużycie, przy stosowaniu smarowania olejem NT100. Gwałtowne zatarcie próbki nastąpiło przy zastosowaniu tarcia suchego. Dla próbek obrobionych laserem, ale nie obrobionych cieplnie, widoczny jest niewielki wzrost współczynnika tarcia (rys. 6).


Rys. 6 Wykresy przebiegu współczynnika tarcia dla skojarzenia blok (stop 6082)– pierścień z stali 100Cr6. Parametry badania smarowanie olejem NT100 siła normalna 30 N. Próbki: w stanie surowa, po obróbce laserowej 400 W/2,8 mm/s, i 530 W/ 5,33 mm/s

Zwiększenie obciążenia siłą normalną przy stosowaniu smarowania olejem (w sposób zanurzeniowy) nie spowodowało zwiększenia zużycia i wzrostu współczynnika tarcia (rys. 7).


Rys. 7 Wykresy przebiegu współczynnika tarcia dla skojarzenia blok (stop 6082)– pierścień ze stali 100Cr6. Parametry badania smarowanie olejem NT100 zanurzeniowo i kroplą, siła normalna 30 N i 100 N. Próbki: po obróbce laserowej 400 W/2,8 mm/s, i 530 W/ 5,33 mm/s

Zastosowanie podczas smarowania tylko jednej kropli na początku testu spowodowało wzrost współczynnika tarcia podczas przebiegu testu tribologicznego. Wartość współczynnika jest bardzo niska jak dla skojarzenia stal-aluminium. Prace te miały być wstępnym wytypowaniem parametrów testu tribologicznego, aby można było uzyskać mierzalne zużycie przy zachowaniu równomiernego współczynnika tarcia.

Na podstawie przeprowadzonych badań: pomiarów twardości, obserwacji mikroskopowej, pomiarów chropowatości, testów tribologicznych, oraz obserwacji za pomocą mikroskopu skaningowego próbek z stopów aluminium AlSi6Cu4 i 6082 (PA4) naświetlonych laserem, można stwierdzić, że:

• w stopie AlSi6Cu4 twardość w wyniku obróbki laserowej wzrosła z poziomu 60-80 HV0,1 do poziomu – 120 HV0,05, a wygrzewanie, obróbka cieplna i utwardzanie dyspersyjne spowodowały dalszy wzrost twardości stref obrobionych laserem do poziomu 160 HV
• uzyskana równomierna struktura pozwala zaproponować taką technologię do zwiększania twardości i odporności na zużycie w tych stopach,
• w stopie 6082, zawierającym mniej pierwiastków stopowych, przyrost twardości jest mniejszy bo do poziomu 120HV0,05, 
• zaproponowane parametry obróbki laserowej 400 W i 530 W przy przesuwie od 2,8 do 5,33 mm/s nie powodują dużego wzrostu chropowatości, dzięki czemu powierzchnia taka nie wymaga dalszej obróbki mechanicznej,
• wyniki wstępnych testów tribologicznych są bardzo obiecujące i pozwalają przypuszczać, że technologia rozdrabniania struktury poprzez obróbkę laserową pozwoli zwiększyć odporność na zużycie wyrobów z powierzchnią obrobioną laserowo.

 

 

Instytut Obróbki Plastycznej w Poznaniu

 

Praca była realizowana w ramach prac statutowych BB 901 57 001

 

Literatura:

[1]   Miller W.S. i inni: Recent development in aluminum alloys for the automotive industry. Material Science & Engineering A, 280 (2000) 

[2]   Sweeney K., Grunewald U.: The application of roll forming for automotive structural parts Journal of Materials Processing Technology 132 (2003)

[3]   Kiyoshi Funatani: Emerging technology in surface modification of light metals. Surface and Coatings Technology 133 134 (2000)

[4]   Waligóra Wł.: Odporność na zmęczenie powierzchni stali łożyskowej poddanej obróbce laserowej. Wyd. Politechnika Poznańska, Poznań 1994

[5]   Andrzejewski H., Wieczyński Z.: Wpływ podstawowych parametrów technologicznych na wyniki hartowania powierzchniowego wiązką lasera. Metaloznawstwo i Obróbka Cieplna, 1983

[6]   Młynarczyk A., Jakubowski J.: Obróbka powierzchniowa i powłoki ochronne. Wyd. PP, Poznań 1998

[7]   Sicard E. i in: Excimer laser treatment for aluminum alloy mechanical property enhancement. Surface and Coatings Technology 100-101 (1998) 

[8]   Luong H., Hill M.R.: The effects of laser peening on high-cycle fatigue in 7085-T7651 aluminum alloy. Materials Science and Engineering A 477 (2008) 

[9]  Rodopoulos C.A., Kermanidis A.Th., Statnikov E., Vityazev V. and Korolkov O.: The Effect of Surface Engineering Treatments on the Fatigue Behavior of 2024-T351 Aluminum Alloy. Journal of Materials Engineering and Performance Volume 16 (1) February 2007 

[10]  Zhang Hong, Yu Chengye: Laser shock processing of 2024-T62 aluminum alloy Materials Science and Engineering A257 (1998) 

[11]   Kathuria Y.P.: Laser assisted aluminum foaming: Surface and Coatings Technology 142-144 (2001)

[12]   Przestacki D., Jankowiak M., Nowak I.: Application of laser-assisted machining of turning the metal matrix composite. I International Interdisciplinary Technical Conference of Young Scientists, 17-18 April 2008, Poznań, Poland

[13]   Kawalec M., Przestacki D., Bartkowiak K., Jankowiak M.: Laser assisted machining of aluminium composite reinforced by SiC particle. Proceedings of the 27th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2008), Temecula, California, USA, October 20-23 2008, Paper No. 1906

[14]   Silaeva V.I., Smirnova N.A. and Solov’eva T.V.: Aluminum alloys and superalloys structure and properties of castable aluminum alloy MVTU-6 after laser treatment. Metal Science and Heat Treatment Vol. 50, 2008 

[15]   Nayak S. i inni: Surface engineering of aluminum alloys for automotive engine applications JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society Volume 56, Number 1 / January, 2004

[16]   Bartkowiak K., Borowski J., Wołyński A.: Laser Treatment effect on the properties of titanum alloy Ti-6Al-4V. Materials International scientific conference Functional Surfaces 2004, Trenčin, 27 – 28.05.2004

[17]   Borowski J., Kruszczak M.: Obróbka laserowa stopu aluminium AlSi6Cu4. Materiały V International Scientific – Technical Conference for PhD Students Poznań-Giewartowo 2-4.06.2004

[18]   Borowski J., Wołyński A.: Modification aluminum alloy surface layers by means of laser processing. Mat. International scientific conference TRANSFER 2006, Trenčin, 28th-29th September 2006

[19]   Bartkowiak K., Borowski J., Wołyński A., Foltynowicz L.: Surface layer modification of AlSi6Cu4 aluminum alloy via CO2 laser treatment. Proceedings of the 25th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics 2006, paper 1606