Obrabotka Metallov 2013 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (61) 2013 50 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Для повышения твердости и износостойкости при легировании поверхностных слоев приме- няются порошки карбидов, нитридов и боридов металлов [4–6, 8, 9, 13]. Для повышения корро- зионной стойкости титана возможна наплавка порошков тантала, ниобия, молибдена [10, 12]. В работе W.L. Wu [15] рассматривается тех- нология получения покрытий на титановом сплаве Ti-6Al-4V. В качестве наплавочных ма- териалов использовались порошки титана и карбида титана. Отмечается, что полученные покрытия обладают высокой твердостью и из- носостойкостью. Для получения высокопрочных частиц кар- бида титана в работе [5] с использованием 2 кВт Nd-YAG лазера на титан наплавляли по- рошковые смеси, содержащие 5, 10, 15 и 20 % углеродных нанотрубок (УНТ). Было показа- но, что при добавлении 20 % УНТ в покрытии появляются трещины. При наплавке 5 и 10 % УНТ карбидные частицы представляют собой тонкие иглы. Увеличение содержания УНТ до 15 и 20 % приводит к росту размеров частиц, осей дендритов. Авторами было показано, что увеличение содержания УНТ повышает микро- твердость покрытий. В работе [16] наплавку порошков (TiC и Ti) производили CO 2 -лазером типа HL-2000. Было по- казано, что твердость уменьшается по мере при- ближения к подложке. При этом твердость вблизи поверхности покрытия составляет 1400 HV, что в 4,5 раза выше твердости подложки (300 HV). Основным недостатком лазерных установок является их высокая стоимость и низкий КПД обработки. В данной работе для поверхностного легирования титановых сплавов была использо- вана технология наплавки порошковых смесей электронным лучом, выведенным в атмосферу. Преимуществами данной технологии являются отсутствие вакуумных камер и высокая производительность процесса наплав- ки, что позволяет проводить обработку крупногабаритных деталей в атмосфере воздуха. В работе исследовались структур- ные особенности и износостойкость поверхностно легированных слоев ти- тана ВТ1-0, полученных методом элек- тронно-лучевой наплавки углеродсо- держащих порошковых смесей. 1. Материалы и методы исследования При реализации технологии вневакумной электронно-лучевой наплавки углеродсодержа- щих порошковых смесей в качестве основно- го материала использовались пластины титана ВТ1-0 размерами 100×50×10 мм. Для удаления окалины поверхность заготовок подвергалась шлифованию. Несмотря на кратковременность теплового воздействия в процессе электронно- лучевой обработки, атмосферные газы ока- зывают существенное влияние на качество получаемых покрытий. Поэтому для предот- вращения окисления и обеспечения равномер- ного плавления порошков в наплавочную смесь добавляли 50 % (вес.) защитного флюса CaF 2 . В качестве легирующих компонентов использо- вались углерод и ниобий. В ряде случаев для улучшения смачивания порошков графита (С) и ниобия (Nb) в порошковую смесь добавлялся титан (Ti). В статье представлены результаты трех наиболее репрезентативных режимов, для обозначения которых в тексте используются аббревиатуры 1TNC (в наплавочной смеси ис- пользовали порошки Ti, Nb и C), 2NC (порошки Nb и С), 3ТС (порошки Ti и С). Состав и доля каждого компонента в наплавочной смеси пред- ставлены в табл. 1. Компоненты порошковой смеси равномерно перемешивались и наносились на заготовки из титана ВТ1-0 с плотностью насыпки 0,2 г/см 2 . Наплавка осуществлялась с использованием ускорителя ЭЛВ-6 в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. Обработка титановых заготовок выполнялась по следующим техноло- гическим режимам, основанным на предыду- щих экспериментах [9–12, 10]: энергия пучка электронов – 1,4 МэВ, ток пучка электронов – 32 мА, расстояние от выпускного окна до заго- товки – 90 мм, частота сканирования – 50 Гц, Т а б л и ц а 1 Состав и процентное содержание компонентов порошковой смеси Номер образца Процентное содержание элемента в исходной насыпке, % (вес.) Процентное содержание флюса в исходной насыпке, % (вес.) Ti Nb C CaF 2 1TNC 23 21 6 50 2NC 0 40 10 50 3TC 40 0 10 50