440 / 460
Actual Problems in Machine Building. 2015. N 2
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
440
титана TiC. В сталях карбид титана повышает твердость и способствует измельчению зерна.
С другой стороны, значительное повышение триботехнических свойств достигается
введением сложных карбидов, образованных при условии взаимной растворимости [11].
В работах [12-14] рассматриваются многокомпонентные карбидные покрытия на
железоуглеродистых сплавах, полученные методом химико-термической обработки с
использованием герметичных контейнеров. Показано, что карбидные покрытия систем Ti-V,
Ti-V-Cr,
V-Cr обладают высокими дюрометрическими и триботехническими
характеристиками. Таким образом, целью настоящей работы является исследование
микротвердости и износостойкости в различных условиях абразивного изнашивания
покрытий, полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки смесей
порошков титана, ванадия и графита на среднеуглеродистой стали 40Х.
Материалы и методы
Наплавку порошковых смесей на среднеуглеродистую сталь выполняли на ускорителе
ЭЛВ-6 (г. Новосибирск). Ускоритель данного типа позволяет разгонять электроны до
релятивистских скоростей. Ускоренные электроны приобретают энергию 1,4 МэВ. При
торможении электронов о слои обрабатываемого материала происходит расплавление
верхнего слоя основного металла вместе с наплавляемой порошковой смесью. Процесс
кристаллизации расплава, как и обработка электронным пучком, продолжается несколько
секунд. В результате закристаллизовавшаяся ванна расплава представляет собой
наплавленный слой.
В качестве основы для вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошков была
выбрана стальная пластина марки 40Х (0.41
С
; 1.11
Cr
; 0.17
Ni
; 0.02
Si
; 0.86
Mn
; 0.03
P
;
остальное
Fe
(масс. %)). На стальные заготовки размерами 50х100х12 мм наплавляли
порошковые композиции, состоящие из титана, ванадия и графита. В данной работе
рассмотрены три вида покрытий: (А) 57,11 % титана, 30,75 % ванадия и 12,14 % графита, (Б)
43,40 % титана, 43,89 % ванадия и 12,71 % графита, (В) 30,04 % титана, 57,35 % ванадия и
12,61 % графита по весу. Для защиты от окисления во все порошковые смеси вводили флюс
MgF
, в количестве 40 масс. %. Насыпная плотность порошковых композиций составляла 0,33
г/см
2
. Электронный пучок диаметром 12 мм сканировал поверхность с размахом 50 мм.
Скорость перемещения образца относительно выпускного устройства составляла 10 мм/с.
Ток пучка в процессе обработки порошковых смесей А, В и С составлял 27, 26 и 24 мА
соответственно.
Структурный анализ материалов проводили на растровом электронном микроскопе
Carl Zeis EVO 50 XVP
. Структуру выявляли трехпроцентным раствором азотной кислоты в
этиловом спирте. Для определения фазового состава наплавленных покрытий использовали
дифрактометр
ARL X`TRA
. Шаг регистрации рентгенограмм составил 0,05 ° со временем
накопления 3 с.
Исследованы дюрометрические свойства покрытий, переходных зон и основного
металла с использованием микротвердомера типа
Wolpert Group 402MVD
. Нагрузка на
индентор составляла 0,98 Н. Измерения микротвердости были проведены на поперечных
шлифах в направлении от поверхности покрытия к основному металлу.
Были проведены триботехнические испытания с определением износостойкости в
различных условиях абразивного изнашивания. В качестве эталонных образцов был выбран
материал основы – сталь 40Х в отожженном состоянии.
Износостойкость наплавленных материалов в условиях трения о закрепленные
частицы абразива оценивали в соответствии с ГОСТ 17367-7. Абразивным материалом
служила электрокорундовая абразивная ткань. Размер абразивных зерен варьировался в