Obrabotka Metallov 2015 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (69) 2015 104 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ков (энергия электронов до 30 кэВ, плотность энергии до 100 Дж/см 2 , длительность импульса 50…200 мкс) [8–11]. Импульсные электронные пучки с указанными параметрами обеспечива- ют высокоскоростную кристаллизацию и само- закалку поверхностных слоев металлических, металлокерамических и керамических матери- алов со скоростями охлаждения до 10 6 К/с [12, с. 155–156]. Данные условия облучения создают возможность формирования наноразмерных на- нофазных поверхностных слоев с низким уров- нем шероховатости, обладающих повышенными физико-механическими свойствами [13–15]. Целью исследования, направленного на раз- работку комбинированного метода модифика- ции поверхности титанового сплава ВТ6 порош- ком карбида бора, является анализ структурного состояния слоя обработки, сформированного в результате электровзрывного легирования и последующей электронно-пучковой обработки (ЭПО). Материал и методика исследований При исследовании использован сплав на ос- нове титана ВТ6 [1]. Химический состав сплава соответствовал ГОСТ 19807-91 (см. таблицу). Обработку поверхностного слоя осущест- вляли методами электровзрывного легирования [6, 9]. В качестве взрываемого проводника ис- пользовали фольгу титана толщиной 0,1 мкм. В область взрыва на титановую фольгу помеща- ли навеску порошка карбида бора B 4 С массой 496 мг. Для ЭВЛ использовали лабораторную электровзрывную установку типа ЭВУ 60/10 (энергоемкость 60 кДж; собственная частота раз- ряда 10 кГц; максимальное значение заряда 5 кВ; максимальная производительность 10 цикл/ч; средняя потребляемая мощность 0,55 кВт) с ха- рактерными значениями поглощаемой плотно- сти мощности при обработке поверхности мате- риала ~10 9 Вт/м 2 , давлении в ударно-сжатом слое плазмы вблизи облучаемой поверхности 10 6 …10 7 Па, времени обработки ~100 мкс, тол- Химический состав сплава ВТ6 (вес. %) Fe C Si V N Ti Al Zr O H Примесей До 0,6 До 0,1 До 0,1 3,5…5,3 До 0,05 86,45…90,9 5,3…6,8 До 0,3 До 0,2 До 0,015 Прочих 0,3 щины зоны легирования в ее центральной об- ласти 20…40 мкм. Условия для осуществления импульсного жидкофазного легирования задава- ли величиной зарядного напряжения накопителя энергии ускорителя, диаметром канала сопла и расстоянием от его среза до образца. Формиро- вание плазменного потока выполняли при на- пряжении U = 2,4 кВ [15]. Последующую термическую обработку по- верхностного слоя осуществляли высокоин- тенсивным импульсным электронным пучком (установка СОЛО, ИСЭ СО РАН) [9]. Облучение электронным пучком проводили при следующих параметрах работы источника электронов: энер- гия ускоренных электронов 18 кэВ; плотность энергии пучка электронов E S = 50 Дж/см 2 и E S = 60 Дж/см 2 ; длительность импульса воздей- ствия пучка электронов τ = 100 мкс; частота сле- дования импульсов 0,3 с –1 ; количество импуль- сов облучения N = 10. Исследование структуры модифицированно- го материала осуществляли методами сканиру- ющей электронной микроскопии. Элементный состав поверхностного слоя изучали методами микрорентгеноспектрального анализа. Результаты и обсуждение Характерной особенностью электровзрывного легирования является формирующийся высоко- развитый рельеф поверхности титанового сплава ВТ6 после облучения, представленный на рис. 1, а . На рис. 1, б изображена структура поверхности ти- танового сплава после карбоборирования и даль- нейшей электронно-пучковой обработки при сле- дующих параметрах: E S = 50 Дж/см 2 , τ = 100 мкс, N = 10 имп. На рис. 1, в показано изображение структуры поверхности титанового сплава по- сле карбоборирования и последующей элек- тронно-пучковой обработки при E S = 60 Дж/см 2 , τ = 100 мкс, N = 10 имп. Методами сканирующей электронной микро- скопии выявляется контраст, который свидетель- ствует о неоднородном распределении легирую-