Obrabotka Metallov. 2016 no. 4(73)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (73) 2016 67 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 3. Типичная дифракционная картина, снятая с наплавленного слоя TiC–TiB–Ti позволяет исключить образование трещин в на- плавленных слоях и способствует полному рас- творению порошка карбида бора (рис. 1, в ). При взаимодействии титана с карбидом бора возможно протекание следующих реакций: 3Ti + B 4 C = 2TiB 2 + TiC, 5Ti + B 4 C = 4TiB + TiC. Следует отметить, что в условиях присут- ствия большого количества титана фаза TiB яв- ляется более стабильной, чем TiB 2 . На это также указывают данные работ [31–33]. На рис. 3 показана типичная рентгенограмма полученных образцов. Основными фазами, при- сутствующими в наплавленных слоях, является α-титан (α ’ -Ti), карбид титана и моноборид ти- тана. Полученные данные хорошо согласуются с результатами работ по электронно-лучевой [26, 27] и лазерной наплавке карбида бора [32–34]. Анализ диаграммы состояния Ti-B-C [35] по- казал, что в процессе первичной кристаллиза- ции вначале происходит выделение кристаллов борида титана. Поперечное сечение кристаллов моноборида титана, как правило, имеет форму, близкую к гексагональной (рис. 4, а–д ). Следу- ет отметить, что характерным для TiB являет- ся ускоренный рост в осевом направлении 010 и медленный рост в поперечном направлении [36–38]. Длина кристаллов борида титана со- ставляет 120…400 мкм, а диаметр 5…30 мкм. В наплавленном слое, полученном при мини- мальных значениях тока пучка (21 мА), длина TiB достигает 600 мкм. В образце, полученном при наплавке 48 % Ti–12 % B 4 C, толщина пер- вичных выделений борида титана не превыша- ла 15 мкм. Следует отметить, что все кристаллы моноборида титана имели полую сердцевину (рис. 4, а–д ). При анализе тонкой структуры композитов системы Ti–B–C авторы работы [39] показали, что борид титана внутри заполнен титаном. Учитывая незначительную разницу в коэффициентах линейного расширения между боридом титана и титаном, при охлаждении не формируется каких-либо дефектов. При прибли- жении к зоне термического влияния морфология первичных кристаллов борида титана все боль- ше отличается от правильной (рис. 4, д ). Это обу- словлено нехваткой атомов бора для построения идеальных кристаллов. В нижней области на- плавленных слоев наблюдается доэвтектическая область с объемной долей упрочняющих частиц ~16 % (рис. 4, е ). В данной области наблюдаются только дисперсные эвтектические выделения бо- рида титана в виде тонких полых игл длиной до 20 мкм. Данные частицы, собранные в конгло- мераты, также можно наблюдать в других зонах образца (рис. 1, а , б ). Для кристаллов карбида титана характерна сферическая и дендритная морфология (рис. 4). При кристаллизации зарождение и рост карби- дов титана происходит на плоскостях боридов титана таким образом, чтобы уменьшить поверх- ностную энергию зародыша. Как правило, таки- ми плоскостями являются (101) и (10-1) [38]. Большой интерес представляет структура титановой матрицы. В поверхностном слое тол- щиной до 1 мм титановая матрица имеет грубое пластинчатое строение (рис. 4, а ). На глубине 1 мм наблюдаются типичная для наплавлен- ных слоев структура закаленного сплава титана (рис. 4, в , г ), представляющая собой пластины из α ’ -фазы титана. Очевидно, что различная скорость охлаждения, а также различия в кон- центрациях бора и углерода в объемах мате- риала, находящихся на разном расстоянии от поверхности, оказывают влияние на структуру матрицы после охлаждения. Измельчение пла- стин альфа-титана, возможно, связано с боль- шой концентрацией бора, а также повышенной скоростью охлаждения в данных областях. Ав- торы работы [40] указывают, что добавки бора в титановые сплавы способствуют измельче- нию зерна.