Obrabotka Metallov. 2017 no. 1(74)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (74) 2017 53 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ фицированных алюминием поверхностных сло- ев на заготовках из титановых сплавов. Разрабо- танные к настоящему времени технологические процессы позволяют получать интерметаллид- ные слои различной толщины [13–17]. В тех слу- чаях, когда речь идет о необходимости форми- рования с высокой производительностью слоев повышенной толщины на титановых заготовках, наиболее отчетливо проявляются преимущества технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковых смесей [18]. Отличитель- ная особенность этой технологии – возможность вывода концентрированного пучка электронов на воздух и обработка заготовок вне вакуумной камеры, что резко сокращает время, необходи- мое на установку и смену изделий. Цель настоящей работы заключается в из- учении структуры, микротвердости и триботех- нических свойств поверхностных слоев, полу- ченных путем наплавки алюминия на титановые заготовки с использованием электронного пуч- ка, выведенного в воздушную атмосферу. Материалы и методы исследования Заготовками, на которых формировались по- верхностно легированные слои, были пластины размерами 100×50×12 мм из технически чисто- го титана ВТ1-0 (0,16 % вес. Al; 0,009 вес. % С; 0,12 % вес. Fe; 0,007 % вес. Cr; 0,014 % вес. Ni; остальное – Ti). Функцию наплавляемых мате- риалов выполняли порошковые смеси, в состав которых входили металлические компоненты и флюс (табл. 1). Присутствие флюса обеспечива- ло защиту нагретого до высоких температур ма- териала, особенности расплава, от воздействия газов, находящихся в воздушной атмосфере. При выполнении всех технологических экспери- ментов флюсом служило соединение LiF. Экспе- риментально установлено, что защита расплава является эффективной в тех случаях, если флюс составляет примерно половину от объема на- плавляемой порошковой смеси. Металлическими компонентами, которые вводились в порошковые смеси, служили алюми- ний и титан. С целью варьирования структурой и свойствами наплавляемых материалов было приготовлено пять типов порошковых смесей с различным соотношением титана и алюминия. Максимальное содержание титана в одной на- сыпке составляло 51 г, минимальное содержание алюминия – 5 г. Сплав, полученный при наплав- ке этой смеси, обозначен символами Ti-Al(51/5). Наибольшую весовую долю алюминия имел сплав Ti-Al (10/35) (см. табл. 1). Задача, связан- ная с расчетом содержания легирующих компо- нентов в поверхностно легированных слоях, не имеет однозначного решения. На конечный ре- зультат влияют такие факторы, как содержание алюминия и титана в исходной смеси, потеря исходных компонентов в процессе ускоренно- го нагрева порошков концентрированным элек- тронным лучом, диффузионное взаимодействие компонентов, входящих в наплавочную смесь и основной металл, неоднородность перемешива- ния материала. Наплавку порошковых материалов на ти- тановые пластины осуществляли в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН на ускорителе электронов ЭЛВ-6. Схематически процесс представлен на рис. 2. В процессе об- работки электронный луч, выведенный из уско- рителя в воздушную атмосферу, воздействовал на порошковую смесь, которая была нанесена на титановую заготовку в количестве 0,45 г/см 2 . Расстояние от выпускного отверстия до заготов- Т а б л и ц а 1 Состав порошковых смесей и содержание алюминия в наплавленном слое Образец Содержание элемента в исходной насыпке, г Содержание алюминия в наплавленном слое, % (мас.) Номер образца Обозначение Ti Al LiF 1 Ti-Al(10/35) 10 35 55 59,3 2 Ti-Al(25/25) 25 25 50 40,0 3 Ti-Al(32/20) 32 20 48 29,4 4 Ti-Al(38/15) 38 15 47 23,7 5 Ti-Al(51/5) 51 5 44 6,7