Obrabotka Metallov 2013 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (60) 2013 116 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ состава, в том числе и на крупногабаритных издели- ях [7]. Анализ литературных данных свидетельству- ет о возможности формирования покрытий на основе тугоплавких элементов, обладающих высокими по- казателями твердости и износостойкости, с исполь- зованием технологии вневакуумной электронно- лучевой наплавки [8–11]. Цель данной работы заключается в изучении структурных и фазовых превращений в поверхност- ных слоях конструкционной стали при электронно- лучевой наплавке титансодержащих порошковых смесей и оценке их влияния на твердость и износо- стойкость покрытий. Материалы и методы исследования Наплавку порошковых смесей проводили на про- мышленном ускорителе электронов ЭЛВ-6 производ- ства Института ядерной физики СО РАН электрон- ным пучком, выведенным в воздушную атмосферу. Обработка осуществлялась по следующим режимам: энергия электронов пучка – 1,4 МэВ; расстояние от выпускного отверстия до образца – 90 см; ток пуч- ка – 27...28 мА. Заготовка перемещалась со скоро- стью 10 мм/с в направлении, перпендикулярном на- правлению действия электронного пучка. Наплавка производилась при сканировании образца электрон- ным пучком с частотой 26 Гц, что позволило обрабо- тать всю поверхность. Наплавке подвергались пластины из ото- жженой конструкционной стали 40Х размером 100×50×16 мм. На предварительно подготовленную поверхность материала наносилась наплавочная смесь с насыпной плотностью 0,33 г/см 2 . Для полу- чения покрытий применяли три вида порошковых смесей, которые содержали 60 масс. % легирующих компонентов и 40 масс. % флюса (CaF 2 ). Напла- вочная смесь типа «А» состояла из порошка титана (71,4 масс. %) и графита (28,6 масс. %). Смесь типа «Б» содержала 63,4 масс. % титана, 21,8 масс. % гра- фита и 14,8 масс. % молибдена. В смеси типа «В» находилось 30 масс. % титана, 3,3 масс. % графита и 26,7 масс. % тантала. Формирование покрытий происходило в услови- ях высокоскоростного нагрева поверхностного слоя за счет большого количества энергии, выделяющей- ся при торможении электронов. При этом нагрев осу- ществлялся до значений выше температуры плавле- ния материала. Ускоренное охлаждение расплава за счет интенсивного теплоотвода приводило к форми- рованию на стальной заготовке покрытия. Получен- ные образцы подвергались структурным и триботех- ническим исследованиям. Для проведения структурных исследований и определения показателей микротвердости из по- лученных образцов с использованием стандартной технологии были изготовлены поперечные шлифы. Структуру материалов выявляли методом химическо- го травления с применением 5 %-го раствора азотной кислоты в этиловом спирте [12]. Структурные иссле- дования осуществляли с применением оптическо- го микроскопа типа Carl Zeiss Axio Observer Z1m и растрового электронного микроскопа типа Carl Zeis EVO 50 XVP. Объемную долю карбидной фазы опре- деляли методом анализа изображений на оптическом микроскопе с применением модуля Multiphase . Рентгенофазовый анализ покрытий был проведен с использованием дифрактометра ARL X`TRA. Источ- ником излучения являлась медная трубка. Рентгено- граммы регистрировали с шагом 0.05 град. и време- нем накопления 3 с. Химический состав покрытий определяли на оптико-эмиссионном спектрометре ARL 3460. Микротвердость покрытий устанавливали на ми- кротвердомере Wolpert Group 402MVD. Измерения проводили с нагрузкой 10 г. Дорожки уколов были ориентированы в направлении от поверхности по- крытия образца к основному материалу. Оценить эффективность высокопрочных покры- тий при эксплуатации в реальных условиях позволили триботехнические испытания. Износостойкость опре- деляли в условиях трения о закрепленные абразив- ные частицы. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 17367-71 в течение 35 с при скорости вращения круга 100 об/мин и нагрузке на образец 3Н. Результаты исследований и их обсуждение Структурные исследования покрытий, получен- ных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки, показали, что в процессе обработки фор- мируются слои, толщина которых составляет 2,07, 2,39 и 2,12 мм для смесей типа «А», «Б» и «В» соот- ветственно. Дефектов в виде трещин и расслоений ни на поверхности образцов, ни в объеме покрытий обнаружено не было. Объемная доля легирующих элементов в поверхностном слое уменьшается с уве- личением толщины получаемого покрытия. Химиче- ский состав материалов, представленный в табл. 1, свидетельствует о снижении концентрации легирую- щих элементов в поверхностных слоях наплавлен- ных покрытий. Металлографические исследования показа- ли, что в покрытии «А» наблюдается наибольшее количество карбида титана. Частицы в виде ден- дритных построений равномерно распределены по всему объему покрытия (рис. 1, а ). Размер частиц карбида титана изменяется от 1 до 5 мкм. Кроме того, в покрытии присутствуют колонии ледебури-