Obrabotka Metallov 2013 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (61) 2013 44 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ заготовок, составляет 22,4 %. Одним из способов увеличения количества тантала в поверхностном слое является многократная электронно-лучевая наплавка. Цель работы заключалась в исследовании строения, механических свойств и коррозион- ной стойкости многослойных титан-танталовых покрытий, сформированных методом вневаку- умной электронно-лучевой наплавки танталсо- держащих порошковых смесей на заготовки из титана ВТ1-0. Материалы и методы исследования В качестве основного материала в работе использовали толстолистовые заготовки из ти- тана ВТ1-0 размерами 100×50×10 мм. Перед электронно-лучевой обработкой на поверхность титановых заготовок наносилась смесь легиру- ющих порошков и флюсов в соотношении: 51 % (вес.) Ta; 18 % (вес.) Ti; 23 % (вес.) CaF 2 ; 8 % (вес.) LiF. Вневакуумная электронно-лучевая обра- ботка выполнялась в Институте ядерной физи- ки им. Г.И. Будкера СО РАН с использованием промышленного ускорителя электронов ЭЛВ-6. Многослойные композиты получали последо- вательной наплавкой танталсодержащей по- рошковой смеси при токе пучка 24 мА, энергии электронов 1,4 МэВ и мощности пучка 33,5 кВт. Заготовки поступательно перемещались под электронным пучком со скоростью 10 мм/с. Для увеличения производительности процесса об- работки поверхность заготовки сканировалась в поперечном направлении с амплитудой 25 мм. По результатам эксперимента были сформиро- ваны образцы с двух-, трех- и четырехслойными покрытиями. Структурные исследования наплавленных покрытий осуществлялись на оптическом ми- кроскопе Carl Zeiss Axio Observer Z1m и рас- тровом электронном микроскопе Carl Zeiss EVO 50 XVP. Анализ фазового состава наплавленных слоев проводился на рентгеновском θ-θ дифрак- тометре ARLX’TRA. Регистрация дифракцион- ных картин осуществлялась с использованием CuKα 1 /α 2 -излучения. Испытания на ударный изгиб проводились в соответствии с ГОСТ 9454-78 «Материалы ме- таллические. Методы испытания на изгиб» на маятниковом копре MetroCom. Ударная вязкость оценивалась на образцах с V-образным концен- тратором, нанесенным перпендикулярно наплав- ленному слою. В качестве контрольного матери- ала был выбран технически чистый титан ВТ1-0. Измерение микротвердости осуществлялось на приборе Wolpert Group 402MVD. Нагрузка на индентор составляла 0,98 Н. Индентирование проводилось от поверхности покрытия в глубь титановой основы с шагом 200 мкм. Для проведения испытаний на коррозионную стойкость из покрытий готовились образцы раз- мером 10×10×1 мм. В качестве коррозионной среды использовали кипящий 68 %-й раствор азотной кислоты. Результаты и обсуждения Методом рентгенофлуоресцентного анализа установлено, что при реализации наплавки за два прохода концентрация тантала в наплавленном слое составила 32 %. В трех- и четырехслойных покрытиях концентрация тантала составила 36 и 37 % соответственно. Многослойная электронно-лучевая наплавка танталсодержащих смесей приводит к форми- рованию градиентного строения в поперечном сечении образцов. В структуре покрытия можно выделить три характерные зоны: покрытие, зону термического влияния и зону основного металла (рис. 1). Процесс электронно-лучевой обработки ти- тановых заготовок с порошковыми насыпка- ми реализуется с высокими скоростями за счет выделения огромной энергии, что приводит к оплавлению используемых материалов. При этом в покрытиях формируется литая структу- ра с явно выраженным дендритным строением. Приповерхностный слой представлен хаотич- но ориентированными дендритами, на фоне которых при травлении выявляются границы равноосных зерен (рис. 2, а ). На границах слоев из-за неравновесных условий кристаллизации сформировались дендриты вытянутой формы (рис. 2, б ). В междендритном пространстве на- блюдается структура игольчатого (пластинчато- го) типа (рис. 2, в ). Структурные исследования показали, что при формировании покрытия за не- сколько проходов в структуре первого оплавлен- ного слоя уменьшается количество дендритов и в