162 / 530
Actual Problems in Machine Building. 2016. N 3
Innovative Technologies
in Mechanical Engineering
____________________________________________________________________
162
мм) толщину наплавляемого слоя, отсутствие разбрызгивания наплавляемого металла,
высокую производительность и коэффициент полезного действия оборудования [4-7].
В качестве материалов, пригодных для нанесения антикоррозионных износостойких
покрытий, широкое распространение получили высоколегированные многокомпонентные
самофлюсующиеся сплавы на никелевой основе системы Ni-Cr-Fe-Si-B. Их важнейшим
преимуществом является образование при нагреве формирующегося покрытия тонкой
легкоплавкой пленки борсодержащих стекол, предотвращающей негативное воздействие
кислорода воздуха [6, 7].
Цель данной работы заключалась в поиске оптимальных технологических решений,
обеспечивающих формирование высоколегированных поверхностных слоев при наплавке
порошковой смеси системы Ni-Cr-Fe-Si-B электронным пучком, выведенным в воздушную
атмосферу.
Материалы и методы исследования
В качестве основного металла использовали пластины толщиной 10 мм из
низкоуглеродистой стали 10 (0,12 % С, 0,28 % Si, 0,50 % Mn, 0,04 % S, 0,035 % P). Для
удаления окалины поверхность образцов подвергалась предварительному шлифованию.
Наплавку порошковых смесей осуществляли на промышленном ускорителе электронов ЭЛВ-
6 производства Института ядерной физики СО РАН. Для формирования упрочненных слоев
применяли порошок ПН77Х15С3Р2. Порошковую смесь равномерно распределяли по
поверхности упрочняемой пластины. Плотность насыпки составляла 0,45 г/см
2
. Наплавку
осуществляли по следующим режимам: ток пучка – 25 мА; скорость - от 10 до 20 мм/с;
расстояние от выпускного окна до заготовки – 90 мм; энергия пучка электронов – 1,4 МэВ.
Металлографические исследования наплавленных покрытий были проведены на
микроскопе Carl Zeiss Axio Observer A1m при увеличениях в диапазоне от х50 до х1000. Для
выявления микроструктуры исследуемые покрытия подвергались химическому травлению с
использованием смеси состоящей из хлорида железа (FeCl
3
), азотной (HNO
3
) и соляной (HCl)
кислот. Для оценки фазового состава использовали рентгеновский θ-θ дифрактометр ARL
X'TRA. Дифракционные картины регистрировались в режиме сканирования с шагом 2Θ =
0,05°. Время накопления импульсов составляло 5…15 с на одну точку. Твердость
полученных материалов исследовали с использованием прибора Wolpert Group 402MVD.
Нагрузка на алмазный индентор составляла 0,98 Н.
Результаты и их обсуждение
Наиболее эффективный подход к решению проблемы формирования высокопрочных
легированных поверхностных слоев основывается на использовании таких технологических
режимов наплавки, которые минимизируют тепловой вклад высококонцентрированного
источника энергии. Одним из параметров обработки, позволяющим снизить время теплового
воздействия, является скорость перемещения обрабатываемого материала относительно
электронного пучка, выведенного в воздушную атмосферу. Высокие скорости обработки
позволяют не только увеличить производительность процесса, но и снизить степень
разбавления материала покрытия основным металлом.
Проведенные структурные исследования показали, что при наплавке порошковых
смесей со скоростью от 10 до 20 мм/с формируются поверхностно модифицированные
материалы, обладающие градиентной структурой. Толщина наплавленных слоев находится в
диапазоне 1,4…2,5 мм.