Obrabotka Metallov 2011 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (53) 2011 68 МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ превращений в зоне легирования. Возможности ЭВЛ могут быть усилены путем последующей электронно-пучковой обработки (ЭПО). Изучены особенности ЭПО поверхности стали 45 после электровзрывного алитирования [2], алитирова- ния с карбидом кремния [3], технически чистого титана ВТ1-0 после алитирования и бороалитиро- вания [4]. В работах [5, 6] изучено влияние ЭПО на поверхность стали 45 после электровзрывного меднения. Показано, что ЭПО приводит к выгла- живанию поверхности обработки и увеличению ее микротвердости. Представляет интерес прове- сти исследования влияния ЭПО на поверхность стали 45 после электровзрывного боромеднения, приводящего к образованию в зоне легирования мелкодисперсных боридов и повышению ее ми- кротвердости до 1250…1300 HV [7], что и яви- лось целью настоящей работы. Обработке подвергали сталь 45 в отожжен- ном состоянии. Образцы имели форму цилин- дрических шайб диаметром 20 и высотой 5 мм. Технологические особенности ЭВЛ рассмо- трены в работе [1]. ЭВЛ проводили в режиме, который обеспечивал поглощаемую плотность мощности q p = 8,6 ГВт/м 2 , достаточную для оплавления и легирования поверхности без вы- плеска расплава. Взрываемая медная фольга имела толщину 20 мкм и массу 35 мг. В области взрыва размещали навеску порошка аморфного бора массой 20 мг. При этом отношение атом- ных концентраций бора и меди в струе состав- ляло 3,5. Последующую ЭПО поверхности осущест- вляли на установке «Соло» (Институт сильно- точной электроники СО РАН) при следующих основных параметрах облучения: поглощаемая плотность мощности пучка электронов q e = 2,0, 2,5 и 3,0 ГВт/м 2 ; длительность импульсов τ = 100 и 200 мкс; частота их следования f = 0,3 Гц; число импульсов N = 5 и 10. Обработку осуществляли при давлении рабочего газа аргона в вакуумной камере 0,02 Па. Структуру поверхности после ЭПО изучали с помощью светового микроскопа OLYMPUS GX-51, сканирующего электронного микроско- па Carl Zeiss EVO50. Рентгеноструктурный ана- лиз выполняли на дифрактометре ARL X’TRA в медном K α -излучении. Оценку увеличения износостойкости об- разцов после обработки проводили с использо- ванием простого способа экспресс-испытаний на износ истиранием в условиях сухого тре- ния скольжения без смазки. К образцу под постоянной нагрузкой 0,8 Н прикладывали вращающийся со скоростью 2 об/с шарик из закалённой стали ШХ15 диаметром 14 мм, который вытирал на нём лунку. Испытания периодически приостанавливали и замеряли диаметр d лунки под оптическим микроскопом МБС-9. Испытания прекращали, когда зави- симости диаметра лунки от числа оборотов выходили на насыщение. Увеличение износо- стойкости оценивали по отношению диаме- тров лунок. Сканирующая электронная микроскопия по- казала, что ЭВЛ приводит к формированию тон- кого слоя покрытия, образованного частицами капельной фракции продуктов взрыва фольги и их взаимодействия с порошком бора, что обу- словливает высокую шероховатость поверхно- сти. Последующая ЭПО сопровождается плав- лением поверхности, объединением покрытия с зоной легирования и выглаживанием рельефа. С увеличением q е снижается количество и раз- меры остатков капельной фракции. При этом на поверхности облучения наблюдается формиро- вание сетки микротрещин с характерным разме- ром фрагментов от 100 до 200 мкм (рис. 1 а , б ). Трещины преимущественно образуются вдоль границ зерен. Средний размер фрагментов не за- висит от q е , однако растет с увеличением коли- чества импульсов ЭПО. При этом увеличивается величина раскрытия микротрещин и их глуби- на. Образование микротрещин, обусловленное действием термических напряжений в услови- ях импульсного характера ЭПО, наблюдалось и на поверхности электровзрывного меднения стали 45 в работе [3]. Одной из возможностей, предотвращающих образование микротрещин, является обработка поверхности в условиях ее предварительного нагрева [8]. ЭПО, как и в работах [2, 3], приводит к фор- мированию на поверхности структуры ден- дритной и ячеистой кристаллизации (рис. 2). При q е = 2,0 и 2,5 ГВт/м 2 и τ = 100 и 200 мкс ко- личество зерен с дендритной кристаллизаци- ей заметно больше, чем с ячеистой, а при q е = = 3,0 ГВт/м 2 формируется только структу- ра дендритной кристаллизации. С ростом q е и τ среднее расстояние λ 1 между ячейка-