Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 92 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ – порошок бора аморфного марки A (ТУ 212-001- 49534204-2003); – порошок фторида магния MgF 2 . Порошки фторида магния, играющего роль флю- са, смешивали с порошком бора аморфного в соот- ношении по массе 1 : 3 и насыпали толщиной 1 мм на поверхность образцов из стали, уплотняя до обе- спечения плотности 0,2 г/см 2 . Предварительно шли- фованные образцы толщиной 5 мм, шириной 50 мм и длиной 150 мм подвергались зачистке абразивной бумагой и обезжиривались перед нанесением смеси порошков бора и флюса. Подготовленные образцы располагались на столе, дающем возможность осуществлять их перемещение со скоростью 10 мм/с под выходящим в атмосферу электронным лучом ускорителя электронов ЭЛВ-6, ко- торый обеспечивал энергию электронов 1,4 МэВ при токе пучка 4 мА. Расстояние от окна, выпускающего пучок в атмосферу, до обрабатываемой поверхности составляло 90 мм. Диаметр электронного пучка у по- верхности образцов был равен 12 мм. Часть образцов после оплавления зачищалась, на них наносился но- вый слой порошка бора, смешанного с флюсом, и про- цесс наплавки повторялся. Затем подобная итерация проводилась с частью образцов, прошедших два этапа оплавления. В результате исследовалась структура и измерялась микротвердость поверхностных слоев по- сле одно-, двух- и трехкратного оплавления. Структурные исследования наплавленных слоев выполняли на фронтальных и поперечных шлифах, приготовленных с использованием операций шли- фования и механического полирования. Металлогра- фические исследования проводились на оптическом микроскопе AxioObserver A1m. Фазовый состав исследовался с использованием рентгеновского θ-θ дифрактометра ARL X'TRA. Сканирование осущест- влялось с использованием Cu K α излучения в поша- говом режиме со временем накопления t = 3…10 с на одну точку и шагом Δ 2θ = 0,05 и 0,02°. Микротвердость поверхностных слоев оценивали на поперечных шлифах вдавливанием четырехгран- ной алмазной пирамиды при нагрузке 0,98 Н с исполь- зованием твердомераWolpert Group 402 MVD. Для ис- следования характера разрушения сформированных электронно-лучевым оплавлением композиций образ- цы подвергали ударному разрушению на маятниковом копре, после чего с использованием растрового элек- тронного микроскопа EVO50XVP изучались изломы. Результаты исследований Металлографические исследования структуры оплавленных композиций позволили сделать заклю- чение о проплавлении поверхностного слоя стали на глубину до 0,6 мм. При этом поверхностный слой содержит эвтектику ( α -Fe – Fe 2 B) и бориды типа FeB и Fe 2 B (рис. 1). В ходе металлографических иссле- дований выявлена структурная неоднородность по- верхностного слоя после однократного оплавления. Наблюдаются зоны с повышенным содержанием бо- ридов и зоны, в которых они прак- тически отсутствуют (рис. 1, в ). Микротвердость зон с повышен- ным содержанием боридов со- ставляет до 14000 МПа при мак- симальной глубине их залегания 0,4 мм. Повышение структурной рав- номерности поверхностного слоя и распределения боридов дости- гается повторением процесса на- плавки. После второй и третьей на- плавки неравномерность распре- деления боридов устраняется. В то же время наблюдается переход- ная зона, в которой уменьшается количество боридов и увеличива- ется доля эвтектики ( α -Fe – Fe 2 B). В зоне первичной кристаллиза- ции непосредственно около зоны основного металла избыточных крупных кристаллов боридов не зафиксировано. Зона основного а б а б Рис. 1 .Микроструктуры, полученные электронно-лучевой наплавкой амор- фного бора. Стрелками отмечены зоны с малым содержанием боридов: а , б – эвтектики пластинчатого типа, содержащие бориды FeB и Fe 2 B; в – нерав- номерность содержания боридов в оплавленном поверхностном слое при одно- стадийномоплавлении; г –слойсплошныхборидов,расположенныйнепосредственно у поверхности оплавленного образца после второго оплавления