Obrabotka Metallov 2012 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (54) 2012 86 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Материалы и методы исследования В качестве заготовок использовались пла- стины низкоуглеродистой стали 20 размером 50×100×14 мм следующего химического соста- ва: 0,18 % С, 0,23 % Si, 0,50 % Mn, 0,04 % S, 0,035 % P. Для поверхностного легирования стальных заготовок применяли порошок аморф- ного бора марки А (ТУ 212-001-4953404-2003) в смеси с порошком железа и флюса MgF 2 . Про- цесс наплавки осуществлялся в Институте ядер- ной физики СО РАН на промышленном ускори- теле электронов типа ЭЛВ-6. Технологические параметры наплавки представлены в табл. 1. Металлографические исследования структу- ры полученных образцов проводились на опти- ческих микроскопах Carl Zeiss AxioObserver A1m и AxioObserver Z1m при увеличениях в ди- апазоне х50…х1000. Более глубокие исследова- ния были выполнены на растровом электронном микроскопе Carl Zeiss EVO 50 XVP. Структуру материала выявляли химическим травлени- ем в 3 %-ном растворе азотной кислоты в эти- ловом спирте. Трансмиссионные электронно- микроскопические исследования проводились на микроскопе Tecnai G20. Результаты исследований и их обсуждение Наплавка на стальную заготовку одного слоя аморфного бора приводит к образованию по- верхностного слоя, обладающего явно выражен- ной градиентной структурой. Выделяющиеся при кристаллизации материала бориды являют- ся разобщенными. Содержания бора для форми- рования в поверхностном слое сплошной борид- ной зоны недостаточно (рис. 1, а ). При двух- и трехслойной электронно-лучевой наплавке концентрация бора в расплаве возрас- тает и формируются покрытия с более плотным расположением боридов. Поверхностные слои наплавленного материала практически полно- стью состоят из боридных кристаллов. По на- правлению к основному металлу содержание бора снижается, в результате чего уменьшается объемная доля боридов железа. Результаты проведенных исследований сви- детельствуют о формировании при наплавке сложной структуры, характеризующейся на- личием боридов различной формы и колоний эвтектики. При повышенном содержании бора образуются бориды железа округлой формы (рис. 1, б ). Имеется два объяснения образова- нию кристаллов неправильной формы, в кото- рых отсутствуют элементы симметрии. Одно из них аналогично объяснению неправильной формы зерен в поликристаллической структу- ре, формируемой при кристаллизации метал- лических материалов. Заключается оно в том, что растущие из множества центров кристаллы сталкиваются между собой, мешают росту друг друга и препятствуют тем самым правильной огранке. Второе объяснение связано с типом боридов железа, образующихся при электронно-лучевой наплавке. Данные рентгенофазового анализа сви- детельствуют о том, что при наплавке аморфно- го бора формируются бориды двух типов – FeB и Fe 2 B. Гурьевым А.М. с соавторами отмечает- ся, что соединение FeB склонно к выделению в виде частиц округлой формы, а бориды Fe 2 B – в форме игл [6, 7]. Фаза FeB, содержащая боль- шее количество бора по сравнению с боридом Fe 2 B, преимущественно выделяется в поверх- ностном слое наплавляемого материала. В на- правлении от поверхности наплавленного слоя к стальной подложке объемная доля фазы FeB снижается более интенсивно, чем Fe 2 B. Т а б л и ц а 1 Технологические параметры наплавки Ток пучка 4 мА Расстояние от выпускного окна до заготовки 90 мм Энергия пучка электронов 1,4 МэВ Плотность насыпки 0,2 г/см 2 Скорость перемещения образцов относительно пучка электронов 10 мм/с