Obrabotka Metallov 2014 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (63) 2014 118 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ методами плазменной, лазерной, дуговой, элек- тронно-лучевой наплавки и др. [2–4]. Плазмен- ный метод хорошо подходит для напыления ке- рамических материалов. Толщина упрочненного слоя составляет всего 100…200 мкм. В процессе плазменной обработки поверхности металличе- ских материалов формируется обширная зона термического влияния, обладающая низкими механическими свойствами. При дуговой на- плавке покрытие формируется параллельными валиками, в результате чего в наплавленном слое наблюдается структурная и химическая не- однородность поперек валиков, а также широкая зона термического влияния. Главные недостат- ки такой наплавки – медленный процесс обра- ботки и коробление деталей после нее. Лазер- ный метод имеет низкий КПД, так как большая часть энергии пучка отражается от металличе- ских материалов. Электронно-лучевая наплавка требует использования вакуумной камеры, что ограничивает размеры заготовок и увеличива- ет стоимость процесса. В то же время наплавку покрытий можно выполнять, используя пучок электронов, выведенный в воздушную атмос- феру [5–9]. Вневакуумная электронно-лучевая наплавка порошковых смесей позволяет за ко- роткое время сформировать ультрадисперсную структуру в поверхностном слое заготовки. Вы- сокая производительность процесса и возмож- ность обрабатывать крупногабаритные заготов- ки выгодно отличают данный способ обработки от остальных [10]. Высокой твердостью обладают карбиды пе- реходных металлов V–VII групп периодической таблицы Менделеева. Введение таких карбидов способствует повышению дюрометрических и триботехнических свойств сталей. На сегод- няшний день опубликовано много работ по на- плавке карбидосодержащих порошковых смесей на сталь [11–16]. В качестве наплавочных по- рошков использованы карбиды хрома, титана, ванадия, кремния и др. Публикаций, связанных с вневакуумной электронно-лучевой наплавкой карбидообразующих металлов, очень мало. Од- нако при легировании поверхности карбидами для их лучшего распределения в формируемом слое в наплавляемую смесь необходимо вводить смачивающий компонент, что, в свою очередь, уменьшает объем основных элементов в насып- ке. В работе корейских исследователей показа- но, что износостойкость и твердость покрытия, сформированного наплавкой титана в смеси с графитом на нержавеющей стали, выше, чем у покрытия, полученного наплавкой карбида тита- на на ту же основу [16]. В настоящей работе в качестве материала основы выбрана конструкционная сталь 40Х. Сталь данной марки обладает высокой проч- ностью, пластичностью и ударной вязкостью. Легирующими материалами служат смеси по- рошков титана с графитом и тантала с графитом. Исследования материалов, полученных в резуль- тате такого сочетания наплавляемых составов и материала основы, не проводились. Цель работы заключается в исследовании структуры, дюрометрических и триботехниче- ских свойств поверхностных слоев конструк- ционной стали 40Х, модифицированной путем вневакуумной электронно-лучевой наплавки по- рошковых смесей титана с графитом и тантала с графитом. 1. Материалы и методы исследования Вневакуумную электронно-лучевую наплав- ку выполняли в Институте ядерной физики СО РАН (г. Новосибирск). Ускоритель, разработан- ный российскими специалистами, позволяет разгонять пучок электронов с энергией 1,4 МэВ до релятивистских скоростей. На пластину из конструкционной стали 40Х размерами 50 × 100 × 16 мм наносили смесь по- рошков с насыпной плотностью 0,33 г/см 2 . Для наплавки использовали два состава порошковых смесей: титан с графитом и тантал с графитом. В настоящей работе покрытие, сформирован- ное наплавкой титансодержащей порошковой смеси, обозначено как «Ti+C», а покрытие с танталом – как «Та+С». С целью формирования в поверхностном слое карбидов MeC стехиоме- трического состава атомное соотношение метал- ла к углероду в насыпке было выбрано 1:1. Для защиты наплавляемых порошков и основного металла от окисления в порошковую смесь вво- дили 40 масс. % флюса, функцию которого вы- полнял фтористый кальций CaF 2 . Для наплавки упрочняющих слоев исполь- зуются режимы, представленные в таблице. Размах сканирования пучка электронов соот- ветствует ширине стальной заготовки. Столик с