Разработка научных основ и технологии электронно-лучевого борирования железоуглеродистых сплавов с получением на поверхности боридов тугоплавких металлов

• Автор: Сизов, Игорь Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 305 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА: СУЩНОСТЬ И ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЕ
БОРИРОВАНИЕ
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА БОРИДОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОМ БОРИРОВАНИИ
В ВАКУУМЕ

2Л.Термодинамический анализ синтеза боридов тугоплавких

металлов в вакууме

2.2.Синтез боридов тугоплавких металлов при электроннолучевом борировании под воздействием низкоэнергетического электронного пучка в вакууме
Выводы
ГЛАВА 3. ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ И СТРУКТУРА СЛОЕВ ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО И ТВЕРДОФАЗНОГО
БОРИРОВАНИЯ

ЗЛ,Влияние параметров низкоэнергетического электронного

пучка на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов
3.2.Фазовый состав и структура слоев после электронно-лучевого
и традиционного (твердофазного) борирования
Выводы
ГЛАВА 4. МЕХАНИЧЕСКИЕ И КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА СЛОЕВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОМ И ТВЕРДОФАЗНОМ БОРИРОВАНИИ
4.1.Механические свойства
4.2,Коррозионные свойства

Выводы
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТАЛЛОВЕДЧЕСКОЙ КОНЦЕПЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО БОРИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ НА ПОВЕРХНОСТИ БОРИДОВ
ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ
5.1,Экспериментальное моделирование тепловых процессов
при обработке сталей и чугунов электронным пучком . . . .170 5.2.0птимизация режимов электронно-лучевого борирования
5.3.Механизмы формирования слоев на основе боридов под
воздействием пучка электронов
5.4.0сновные металлофизические положения технологии
электронно-лучевого борирования
Выводы
ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО БОРИРОВАНИЯ
6. КТехнология электронно-лучевого борирования
6.2.Установка для электронно-лучевого борирования
6.3.Опытно-промышленные испытания инструмента после
электронно-лучевого борирования
6 АСистема поддержки принятия решений для выбора
оптимальных режимов электронно-лучевого борирования
Выводы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Долговечность и надежность деталей машин и механизмов во многом определяется свойствами поверхностного слоя, так как коррозия, износ, образование усталостных трещин начинается именно с поверхности.
В последнее время в инженерии поверхности все больше используют технологии обработки поверхности концентрированными потоками энергии (КПЭ), создаваемыми лазерным излучением, электронными и ионными пучками, высокотемпературной плазмой. Обработка КПЭ дает возможность целенаправленно изменять состояние поверхностного слоя деталей машин, инструмента и т.д. и, как следствие, улучшать их эксплуатационные свойства.
Перспективным является применение электронного пучка. Электроннолучевой нагрев имеет ряд преимуществ перед другими видами нагрева: высокий коэффициент поглощения электронного пучка металлом, позволяющий эффективно обрабатывать поверхность без поглощающих покрытий; простота организации скоростного сканирования электронным пучком обрабатываемой поверхности; высокий КПД электронной пушки - до 70-80%; возможность создания достаточно компактных электронно-лучевых установок мощностью в десятки и сотни киловатт; обработка поверхности в условиях высокого вакуума. Химико-термическая обработка, проводимая с использованием электронно-лучевого нагрева, получила название электронно-лучевой химико-термической обработки (ЭЛХТО).
При ЭЛХТО на поверхности металла происходят сложные физикохимические процессы, обусловленные одновременным воздействием на нее температуры, потока заряженных частиц и легирующих элементов. Одновременно с повышением температуры, происходят изменения в кристаллической решетке (образуются точечные дефекты, изменяются параметры решетки), что определяет принципиально иные процессы, отличные от процессов традиционной ХТО. ЭЛХТО проводится в условиях высокого вакуума (10‘3 + 10'5Па), что также имеет большое значение при

Менее изучены вопросы снижения хрупкости боридного слоя при электронно-лучевом борировании. Несмотря на то, что пути решения данной проблемы во многом схожи с лазерным борированием, электронно-лучевое борирование имеет свои особенности. На структурное состояние слоя большое влияние оказывает наличие высокого вакуума и особенности воздействия на поверхность электронного пучка, рассмотренные выше.
В работе [62] исследованы вопросы структурообразования слоя в зависимости от состава наносимой на обрабатываемую поверхность смеси. Для этого использовали двухкомпонентные порошковые смеси В4С+Сг и УС+В4С с соотношением В4С/Сг=7; 5; 3,5; 3; 2; 1,5 и УС/В4С=10; 8; 7; 6; 5; 4; 2; 1, а также трехкомпонентную смесь ¥С+В4С+Сг, в которой отношение УС/В40=7; 5; 4; 3; 2; 1; 2/3; 1/3; 1/6; 1/15, а отношение В4С/Сг=3 во всех случаях. Параметры электронно-лучевой обработки: ускоряющее
напряжение и=1,4 МэВ, ток пучка 1П=28 мА, ток развертки 1р=2,4 А. При таких параметрах облучения удельная энергия пучка, поглощаемая единицей поверхности стали (Зуд=4,6 кДж/см2.
Установлено, что после электронно-лучевого легирования чистым карбидом бора структура поверхностного слоя доэвтектическая и состоит из первичных аустенитно-мартенситных зерен и ледебурита. Рентгеноструктурным анализом выявлена а-фаза и цементит Ре3С, периоды решетки которого больше табличных, что, по мнению авторов, можно объяснить замещением части атомов углерода атомами бора и образованием карбоборидов Ре3(С,В).
При введении в легирующую смесь хрома в отношении В4С/Сг=7, количество ледебурита возрастает. Рентгеноструктурным анализом зафиксировано появление фазы Сг2з(С,В)6. Часть атомов находится в а-твердом растворе и, возможно, в цементите.
При отношении В4С/Сг=5 наблюдается преимущественно ледебуритная структура. Встречаются также участки заэвтектической структуры с избыточными карбоборидами.