Obrabotka Metallov 2013 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (61) 2013 6 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ сердцевина стальных изделий обладает повы- шенным уровнем вязкости. Обладая рядом важных достоинств, техно- логия цементации имеет также и недостатки. Один из них заключается в малой производи- тельности и высокой энергоемкости процесса. При формировании упрочненных слоев толщи- ной ~ 0,5...2 мм длительность процесса цемен- тации составляет 6...8 часов и более. Второй не- достаток обусловлен тем, что технологические возможности методов цементации ограничены габаритами термического оборудования. Созда- ние и эксплуатация оборудования для цемента- ции особо крупных изделий экономически не рациональны. Эффективным решением отме- ченной проблемы, позволяющим, как и при це- ментации, получать слои достаточной толщины, является наплавка на изделия упрочняющих по- крытий. В настоящее время в производственных условиях применяется множество методов, даю- щих возможность наплавлять материалы, обла- дающие высокой износостойкостью. В первую очередь, речь идет о процессах лазерной [2–4], электронно-лучевой, плазменной, электродуго- вой наплавки [5–9]. Особо может быть выделена технология поверхностного упрочнения сталей пучками электронов, выведенными в воздуш- ную атмосферу. Эта технология, реализуемая на мощных промышленных ускорителях производ- ства Института ядерной физики им. Г.И. Будкера (г. Новосибирск), позволяет с высокой произво- дительностью наплавлять на стальные изделия износостойкие покрытия, а также при необходи- мости проводить поверхностную термическую обработку сталей [10, 11]. Цель данной работы заключалась в изучении возможности использования ускорителя элек- тронов для реализации комбинированной обра- ботки низкоуглеродистой стали, сочетающей на- плавку порошковой железо-графитовой смеси с последующей закалкой наплавленного слоя. Методика экспериментальных исследований В качестве материала, выполнявшего функ- цию подложки, использовали нормализован- ную низкоуглеродистую стать 20 (0,19 % С; 0,47 % Mn; 0,20 % Si; 0,009 % P; 0,042 % S; 0,15 % Ni; 0,15 % Cu) с ферритоперлитной структурой. Образцы для наплавки имели форму пластин с размерами 100×50×10 мм. Для наплав- ки использовали порошковую смесь, содержа- щую 25 % (вес.) карбонильного железа ОСЧ6-2, 25 % (вес.) графита марки ГЛ-1 (ГОСТ 5279-74) и 50 % (вес.) флюса MgF 2 . Перед наплавкой по- рошковую смесь ровным слоем насыпали на по- верхность пластины в количестве 0,2 г/см 2 . Наплавку выполняли на промышленном ускорителе электронов ЭЛВ-6 в Институте ядер- ной физики СО РАН по следующим режимам: ток пучка ( I ) – 24 и 26 мА, диаметр пучка ( d ) – 12 мм, скорость перемещения электронного пуч- ка ( v ) – 10 мм/с, расстояние от выпускного окна до обрабатываемой поверхности ( h ) – 90 мм. Для того чтобы обеспечить наплавку порошковой смеси по всей ширине образца, осуществлялось сканирование электронного пучка с частотой 50 Гц и размахом 50 мм. Закалку и отпуск осуществляли также с ис- пользованием электронного пучка, выведенного в атмосферу. Основные технологические параме- тры электронно-лучевой закалки: энергия пуч- ка – 1,4 МэВ; ток пучка – 32 и 34 мА; расстояние от выпускного отверстия до обрабатываемой поверхности – 90 мм; скорость перемещения за- готовки в продольном направлении – 70 мм/с; частота сканирования – 50 Гц; размах сканиро- вания – 50 мм. В режиме отпуска закаленных слоев ток пучка составлял 9,5 мА, расстояние от выпускного отверстия до заготовки – 122 мм, скорость перемещения заготовки – 70 мм/с. Структурные исследования сталей выполня- ли с использованием светового микроскопа Axio Observer A1m и растрового микроскопа EVO 50 XVP компании «Carl Zeiss». Объектами иссле- дования служили металлографические шлифы, приготовленные по стандартным методикам, включающим операции механического шли- фования и полирования. Для оценки твердости материалов использовали прибор Wolpert Group 402MVD. Нагрузка на алмазный индентор со- ставляла 0,98 Н. Износостойкость при трении о закрепленные частицы абразива оценивали на образцах, имею- щих форму цилиндров диаметром 2 мм и высо- той 10 мм. В процессе испытаний образцы с си- лой 3 Н прижимались к вращающемуся диску с абразивной бумагой и перемещались при этом в радиальном направлении. Траектория движения