ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 4 2025 326 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ методы поверхностного модифицирования и нанесения защитных покрытий [1, 2]. К методам поверхностной обработки относятся плазменные, лазерные, электронно-лучевые и другие технологии [3, 4], которые позволяют сформировать защитные слои на поверхности деталей, изготовленных из недорогих и широко применяемых материалов. Используя эти способы, можно также восстановить поврежденную поверхность детали вместо того, чтобы ее заменять. Следовательно, появляется возможность снизить расходы на дорогостоящие материалы и сократить время ремонтных работ. Перспективным направлением в материаловедении является создание покрытий на основе тугоплавких элементов (ниобий, молибден, ванадий, вольфрам и др.) [5–7], поскольку они в зависимости от химического состава и технологии получения способны обеспечить прочность при повышенных температурах, обладают высокими значениями твердости и износостойкости [8], а также повышают коррозионную стойкость при температурах выше 500 °С и нормальных условиях [9]. Последнее время предлагается применять соединения тугоплавких элементов с неметаллами, например бориды и карбиды [10–12]. В частности, в работах [11, 12] рассматривается перспектива использования соединений ниобия и молибдена с бором и углеродом [13–15]. Присутствие в структуре материала указанных соединений повышает жаростойкость, твердость и износостойкость покрытия [16]. Следует отметить, что ниобий, молибден и бор применяются в качестве легирующих компонентов по отдельности или иногда в сочетании только двух компонентов, например бор-ниобий [17–19]. Однако получение покрытий методом наплавки на конструкционную среднеуглеродистую сталь при одновременном легировании ниобием, молибденов и бором в литературе не рассматривалось. Важным моментом является то, что создание покрытий на основе тугоплавких элементов требует высоких затрат энергии [20]. Использование пучка релятивистских электронов, выведенного в воздушную атмосферу за счёт высокого КПД, позволяет легко переплавлять порошковые смеси тугоплавких элементов и их соединений. Таким образом, возможно сформировать модифицированный слой толщиной до 3 мм на основе тугоплавких соединений, обладающий комплексом свойств: износостойкостью, коррозионной стойкостью, жаростойкостью и высокой твердостью [21]. Покрытия, полученные по такой технологии, обладают высокой адгезий со сталью и низкой дефектностью. Часть энергии электронного пучка рассеивается в порошковом слое, вызывая его нагрев и плавление, а часть энергии идет на нагрев подложки. Особенность метода позволяет расплавлять даже тугоплавкие элементы и соединения, при этом оказывая минимальное термическое воздействие на подложку [22]. В настоящей работе впервые исследованы модифицированные слои на основе Nb, Mo и B, их микротвердость и стойкость к высокотемпературному окислению. Слои получены методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошков Nb-Mo-B при одновременном введении этих трех компонентов в ванну расплава. Целью данного исследования являлась модификация поверхностных слоев конструкционной стали 40Х методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковых композиций, состоящих из ниобия, молибдена и бора, для формирования слоев с повышенным уровнем жаростойкости и твердости. Для достижения цели исследования решались следующие задачи: − сформировать на заготовках из стали 40Х модифицированные слои, содержащие тугоплавкие элементы, такие как ниобий, молибден и бор; − проанализировать структуру и фазовый состав модифицированных слоев; − оценить уровень микротвердости полученных материалов; − проанализировать жаростойкость слоев. Методика исследований В качестве модельного материала для формирования жаростойкого покрытия была выбрана конструкционная сталь марки 40Х [23]. Эта сталь широко применяется в создании изделий и механизмов, однако она не обладает стойкостью к окислению при высоких температурах. Поэтому в работе рассматривается перспектива создания защитных покрытий на основе тугоплавких элементов на дешевых конструкционных материалах. В связи с этим на поверхность стали наплавляли порошковые смеси ниобия, молибдена и бора (табл. 1). В целях минимиза-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1