114 / 146
Actual Problems in Machine Building. Vol. 4. N 4. 2017
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
114
Методика
В данной работе при помощи вневакуумной электронно-лучевой обработки
углеродного волокна GG 210-P формировались высокоуглеродистые слои на стали 20 с
использованием промышленного ускорителя электронов ЭЛВ-6 производства ИЯФ СО РАН.
Сущность процесса вневакуумного электронно-лучевого воздействия состоит в том, что
кинетическая энергия, сформированного в вакууме электронного пучка, выводится в
воздушную атмосферу и превращается в тепловую в зоне обработки. Именно возможность
вывести электронный пучок в воздушную атмосферу является преимущественным для
данного типа обработки. Высокая энергия луча имеет большой КПД (до 75%) и это самое
высокое значение, относительно других видов высокоэнергетического воздействия [16].
Для равномерного распределения углерода в основном материале, применялась
смачивающая компонента – особо чистый порошок железа. Так же использовали флюс и
клей. Клей использовался для предотвращения сдувания наплавляемых материалов ударной
волной электронного пучка с поверхности обрабатываемого материала. Смесь связующего
вещества с порошками железа и флюса наносилась двумя способами. Первый способ
заключался в нанесении смеси поверх двух слоев волокна, второй способ был дополнен
нанесением смеси между слоями волокна. Состав наплавляемого материала: 13 % (масс.)
углерода, 37 % (масс.) железа и 50 % (масс.) флюса, 100 % (масс.) связующего вещества.
Перед нанесением наплавляемого материала поверхность очищалась от окислов и
обезжиривалась.После нанесения заготовки сушились в печи при 40 °С до полного
высыхания связующего вещества.
Поверхность заготовки в процессе электронно-лучевой обработки находилась на
расстоянии 90 мм от выпускного отверстия. Энергия пучка электронов составляла 1,4 МэВ,
ток пучка – 8 и 10 мА. Обработка проходила в дорожечном режиме, со скоростью 10 и 25
мм/с.
Металлографические исследования образцов были выполнены на оптическом
микроскопе
AxioObserverA1m
при увеличениях в диапазоне от х25 до х1000.Микротвердость
исследуемых покрытий оценивали с применением полуавтоматического микротвердомера
WolpertGroup
402
MVD
в соответствии с ГОСТ 9450-76. Испытания на ударную вязкость
материалов с наплавленными покрытиями проводили на маятниковом копре
Metrocom.
Максимальная энергия маятника составляет 300 Дж.
Результаты и обсуждения
В результате наплавки были получены слои толщиной до 3 мм с содержанием
углерода 2,2 %. Металлографическое исследование обнаруживает следующее строение
обработанных образцов: верхний высокоуглеродистый слой, зона термического влияния,
зона основного неизмененного металла (рис. 1,2). В структуре верхнего слоя наблюдается
перлит, вторичный цементит и ледебурит. Фаза вторичного цементита имеет
видманштеттову морфологию. Зона термического влияния состоит из перлита и феррита
видманштеттова типа. Макроскопические дефекты - трещины, поры - в обработанных
образцах не обнаружены.