Obrabotka Metallov 2013 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (60) 2013 104 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ нентов и поверхностного слоя основного материала. Использование электронного луча, выведенного в атмосферу, позволяет реализовывать различные ре- жимы обработки и получать покрытия требуемого качества и большой толщины (до 2 мм) с сохране- нием свойств основного металла. Использование ускорителя электронов типа ЭЛВ-6, разработанного специалистами Института ядерной физики СО РАН (Новосибирск) [9–14], позволяет обрабатывать дета- ли любых размеров без применения дорогостоящих вакуумных камер. При создании покрытий на титановых сплавах в качестве упрочняющих компонентов используют порошок WC [15–16], смесь порошков TiB и TiC [4], порошки нитридов [9] и другие материалы. В ряде работ показана возможность повышения триботех- нических свойств титановых сплавов за счет пере- плава поверхностных слоев совместно с порошком графита [3, 17]. Savalani с соавторами [6] показа- ли, что использование углеродных нанотрубок при лазерной наплавке позволяет получать покрытия с равномерно распределенными частицами TiC в матрице α-титана. В результате обработки форми- руются износостойкие поверхностные слои, содер- жащие высокопрочные частицы, распределенные в вязкой матрице. Однако высокая цена углеродных нанотрубок и сложность работы резко снижают перспективы их применения в качестве материала для наплавки. Цель данной работы заключалась в получении и исследовании износостойких слоев на титане ВТ1-0 при наплавке углеродсодержащих смесей электрон- ным лучом, выведенным в атмосферу. 1. Материалы и методы исследования В качестве основного материала использовались заготовки из технически чистого титана размерами 50×100×10 мм. Для получения качественной рабочей поверхности заготовки подвергались шлифованию. Наплавочная смесь состояла из порошка титана чи- стотой более 99,9 % производства компании Alfa Ae- sar и графита марки ГЛ 1 в соотношении 4:1 (по мас- се). Для предотвращения окисления и обеспечения равномерного плавления порошков в наплавочную смесь добавляли сварочный флюс CaF 2 (40 % по мас- се). Все компоненты порошковой смеси тщательно перемешивались и наносились на титановую основу с плотностью насыпки 0,3 г/см 2 . Обработка электронным лучом осуществлялась в Институте ядерной физики им. Будкера СО РАН с ис- пользованием ускорителя электронов ЭЛВ-6. Схема, иллюстрирующая процесс наплавки, представлена на рис. 1. Выбор технологических параметров обработки осуществлялся на основании выполненных ранее экспериментов [8–9, 11–12]. Режимы обработки при- ведены в табл. 1. Отличия между режимом 1 и ре- жимом 2 заключались в значениях тока пучка (20 и 21 мА соответственно). Потери компонентов порошковой смеси при на- плавке определялись весовым методом с использова- нием весов Pioneer PA 214C. Потери порошков ти- тана и углерода в процессе обработки составили 2,4 и 1,9 %, потери флюса – 18,3 и 19,8 % для режимов 1 и 2 соответственно. Структура полученных образцов исследовалась на оптическом микроскопе Carl Zeiss Axio Observer A1m, а при увеличениях свыше 1000 крат – на рас- тровом электронном микроскопе Carl Zeiss EVO 50 XVP. Структура материалов выявлялась раствором Кролля. Фазовый состав полученного покрытия определялся на рентгеновском дифрактометре ARL X`TRA. Дифракционные картины были получены при использовании Cu Kα-излучения. Рис. 1. Схема электронно-лучевой наплавки порошковой смеси Т а б л и ц а 1 Режимы наплавки Номер режима Скорость перемещения образцов Частота сканирования Расстояние от выпускного окна до заготовки Диаметр пучка Энергия электронов Ток пучка 1 10 мм/c 50 Гц 90 мм 12 мм 1,4 МэВ 20 мА 2 21 мА