120 / 142
Actual Problems in Machine Building. Vol. 4. N 1. 2017
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
120
их поверхность [1]. Наиболее перспективными методами упрочнения и восстановления,
позволяющими радикально улучшить свойства поверхностей, являются методы наплавки.
Кроме того, упрочнение методами наплавки оказывается экономически эффективным,
поскольку ресурс работы деталей преимущественно определяется долговечностью
покрытий, которая зависит от способа покрытия [2-4].
Практически все процессы изнашивания, коррозии, роста усталостных трещин (и
т.д.), приводящие к отказам изделий, начинаются с поверхности и определяются свойствами
относительно тонкого поверхностного слоя. Наплавка является одним из основных методов
создания покрытий с целью получения специальных свойств на поверхности изделий, а
также восстановления изношенных деталей машин [5-7]. Это позволяет решать одну из
важнейших задач обеспечения оптимального соотношения свойств поверхности и объема
материала. В данном случае отпадает необходимость использования объемно-легированных
материалов и появляется возможность в известной степени решить кардинальную задачу
машиностроения – повышение надежности и долговечности деталей в условиях
эксплуатации.
Получили развитие научные исследования и практические разработки в области
наплавки композиционных покрытий, упрочненных частицами карбидов, боридов и других
высокотвердых и высокомодульных фаз. Такие покрытия эффективно работают в условиях
сильного абразивного износа и применяются в различных областях промышленности [8-11].
Целью настоящей работы являлся анализ результатов исследования механических и
трибологических свойств слоя, сформированного на стали Hardox 450 электродуговой
наплавкой порошковой проволоки системы
Fe-С-Ni-B
и модифицированного облучением
высокоинтенсивным импульсным электронным пучком.
Материал и методика исследования
В качестве материала основы использовали сталь марки Hardox 450 ((вес. %): 0,19
С
;
0,70
Si
; 1,6
Mn
; 0,025
P
; 0,010
S
; 0,25
Cr
; 0,25
Ni
; 0,25
Mo
, 0,004
B
; остальное –
Fe
). Она
характеризуется низким содержанием легирующих элементов, вследствие чего хорошо
сваривается и обрабатывается. Благодаря специальной системе закалки листов, суть которой
заключается в быстром охлаждении прокатанного листа без последующего отпуска,
достигается мелкозернистая структура стали и ее высокая твердость. Благодаря этому сталь
эффективно противостоит большинству видов износа. Наплавку упрочняющего слоя
осуществляли методом MIG/MAG (Metal Inert Gas / Metal Active Gas – дуговая сварка
плавящимся металлическим электродом с автоматической подачей присадочной проволоки)
в среде газа (
Ar
– 98 %,
CO
2
– 2%) при сварочном токе 250 – 300 A и напряжении (30 – 35) В.
В качестве наплавляемого электрода использовали порошковую проволоку следующего
химического состава (вес. %): 0,7
C
; 2,0
Mn
; 1,0
Si
; 2,0
Ni
; 4,5
B
; остальное –
Fe
.
Модифицирование наплавленного слоя осуществляли, облучая поверхность
высокоинтенсивным электронным пучком на установке «СОЛО» [12] в режиме плавления и
высокоскоростной кристаллизации в два этапа: параметры пучка электронов на первом
этапе – плотность энергии пучка электронов в импульсе
E
S
= 30 Дж/см
2
; длительность
импульсов
= 200 мкс; количество импульсов
N
= 20; на втором этапе
E
S
= 30 Дж/см
2
;
= 50
мкс;
N
= 1. Режимы облучения были выбраны исходя из результатов расчета температурного
поля, формирующегося в поверхностном слое материала при облучении в одноимпульсном
режиме [13]. Трибологические испытания модифицированной поверхности осуществляли на
трибометре «CSEM Tribometer High Temperature
S/N
07-142», CSEM Instruments; контртело –
шарик диаметром 2 мм из твердого сплава ВК6, скорость износа оценивали по площади
поперечного сечения трека износа, используя 3D-профилометр MICRO MEASURE 3D