Obrabotka Metallov. 2016 no. 4(73)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (73) 2016 64 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Титан и сплавы на его основе широко ис- пользуются в авиастроении, судостроении, химической промышленности и медицине. Распространенность титановых сплавов в про- мышленности обусловлена комплексом их уни- кальных свойств, таких как высокая удельная прочность, пластичность, отличная коррозион- ная стойкость и биосовместимость [1]. Однако при контакте с другими конструкционными ма- териалами титановые сплавы подвержены силь- ному адгезионному изнашиванию [2–4]. Про- цесс трения титановых сплавов характеризуется высоким и нестабильным коэффициентом тре- ния и сопровождается схватыванием и перено- сом частиц титана на поверхность контртела. Этот перенос материала в первую очередь при- водит к истиранию поверхности титана и сопро- вождается сильным абразивным изнашиванием. Таким образом, в большинстве случаев при тре- нии наблюдаются одновременно два механизма изнашивания титановых сплавов: абразивный и адгезионный [2, 5]. Известно, что повышение прочности и твер- дости приводит к повышению износостойкости, но это не всегда характерно для титановых спла- вов. Авторы работы [2] отмечают, что термиче- ская обработка (ТО) титановых сплавов Ti-Nb- Ta-Zr (β-Ti) и Ti-6Al-4V (α+β-Ti) не приводит к повышению износостойкости. Кроме того, вы- зывает интерес тот факт, что потеря массы вы- сокопрочного титанового сплава Ti-6Al-4V в условиях воздействия нежестко закрепленных абразивных частиц выше, чем технически чи- стого титана [6]. Скорость абразивного изна- шивания титановых сплавов примерно в семь раз выше скорости изнашивания углеродистой стали 1080. Таким образом, ТО не позволяет по- высить триботехнические свойства титана и его сплавов, что ограничивает возможность их при- менения для изготовления деталей, эксплуатиру- ющихся в условиях абразивного изнашивания. Одним из перспективных методов, позво- ляющих повысить износостойкость титановых сплавов, является поверхностное упрочнение [7–16]. Данный подход позволяет увеличить уро- вень твердости, износостойкости, улучшить вы- сокотемпературные свойства титана и снизить коэффициент трения. При этом свойства основ- ного металла не изменяются. В настоящее время можно выделить две основные технологии по- верхностного упрочнения, используемые для по- вышения износостойкости титановых сплавов: лазерная и электронно-лучевая обработка. Дан- ные методы позволяют получать материал типа упрочняющие частицы–титановая матрица с вы- соким комплексом свойств. В качестве упроч- няющих частиц обычно используются карбиды, бориды или силициды [9, 17–22]. Первые рабо- ты по лазерной наплавке на титановые сплавы появились в 80-х годах прошлого века, и интерес к данной технологии не исчез в настоящее время [23, 24]. Работ по использованию электронного луча в качестве источника энергии для обра- ботки титановых сплавов значительно меньше. Традиционные электронно-лучевые установки оснащены вакуумной камерой, которая позво- ляет не только защитить обрабатываемый ма- териал от окисления, но и выполняет функцию радиационной защиты. Часто для получения ка- чественного слоя необходимо делать несколько проходов электронным лучом, осуществляю- щим предварительный прогрев заготовок. В конце 1990-х годов в научной литературе стали появляться работы по повышению износо- стойкости титана и сплавов на его основе мето- дами электронно-лучевой наплавки в воздушной среде [15, 16, 25]. Использование в качестве наплавляемого ма- териала карбида бора было показано в работах [26, 27]. Авторами этих работ были получены покрытия толщиной 1,6 мм, содержащие части- цы карбида и борида титана, а также отмечено, что получение композитов TiC-TiB-Ti позволяет повысить высокотемпературную твердость ма- териалов. В настоящей работе рассматриваются воз- можности получения на титановых сплавах из- носостойких слоев толщиной до 3,4 мм методом вневаккумной электронно-лучевой наплавки по- рошков карбида бора и титана. Особое внимание уделяется исследованию влияния режимов об- работки на структуру и триботехнические свой- ства наплавленных слоев. Материалы и методы исследования В работе в качестве упрочняемого материала использовался титановый сплав ВТ1-0. Заготов- ки размером 50 × 100 мм вырезались из листа ти- тана толщиной 12 мм методом гидроабразивной