Поверхностное упрочнение титановых сплавов карбидными частицами с использованием технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки

• Автор: Ленивцева, Ольга Геннадьевна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 202 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ (аналитический обзор)

1.1 Структура и свойства титановых сплавов

1.1.1 Классификация легирующих элементов

1.1.2 Классификация титановых сплавов

1.1.3 Износостойкость и антифрикционные свойства титановых

сплавов

1.2. Методы упрочнения титановых сплавов

1.2.1 Поверхностное упрочнение титана с использованием лазерного

1.2.2 Поверхностное электронно-лучевое упрочнение титановых заготовок в вакуумных камерах
1.2.3 Вневакуумная электронно-лучевая наплавка износостойких покрытий на заготовки из титана и титановых сплавов
1.3 Роль карбидов титана и ниобия в поверхностном упрочнении титановых сплавов
1.3.1 Особенности упрочнения сплавов дисперсными частицами
1.3.2 Сплавы 77-С
1.3.3 Сплавы 77-М>-С
1.4 Выводы
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материалы исследования
2.2 Оборудование и режимы вневакуумной электронно-лучевой наплавки углеродсодержащих порошковых смесей
2.2.1 Устройство ускорителя электронов ЭЛВ-
2.2.2 Технология модифицирования поверхностных слоев

2.2.3 Технологические режимы вневакуумной электронно-лучевой обработки
2.3 Методы исследования структуры материалов
2.3.1 Оптическая металлография
2.3.2 Растровая электронная микроскопия и микрорентгеноспектраль-
ный анализ
2.3.3 Просвечивающая электронная микроскопия
2.3.4 Рентгенофазовый анализ
2.4 Исследования механических свойств модифицированных материалов
2.4.1 Дюрометрические исследования
2.4.2 Наноиндентирование
2.4.3 Испытания на ударную вязкость
2.4.4 Износостойкость материалов в условиях трения о нежестко закрепленные абразивные частицы
2.4.5 Износостойкость материалов в условиях трения о закрепленью частицы абразива
2.4.6 Определение износостойкости материалов в условиях трения скольжения
2.5 Анализ топографии поверхности изнашивания
3 СТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ТИТАНА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ПОРОШКОВЫХ СМЕСЕЙ
3.1 Рентгенофазовый анализ наплавленных слоев
3.1.1 Рентгенофазовый анализ наплавленного слоя, сформированного
при наплавке смеси порошков титана и графита
3.1.2 Рентгенофазовый анализ слоя, сформированного при наплавке порошков карбидов
3.1.3 Рентгенофазовый анализ слоя, сформированного при наплавке

смеси порошков титана, ниобия и графита
3.2 Структурные исследования поверхностных слоев титана, сформированных при наплавке смеси порошков титана с графитом
3.2.1 Однослойная наплавка смеси порошков титана и графита
3.2.2 Двухслойная наплавка смеси порошков титана и графита
3.2.3 Однослойная наплавка смеси порошков титана, ниобия и графита..
3.3 Структурные исследования поверхностных слоев титана, сформированных при наплавке порошков карбидов титана и ниобия
3.3.1 Однослойная наплавка порошка карбида титана
3.3.2 Двух- и трехслойпая наплавка порошка карбида титана
3.3.3 Одно- и двухслойная наплавка порошковых смесей, содержащих карбид ниобия
3.4 Структурные исследования наплавленных слоев методом просвечивающей электронной микроскопии
3.5 Выводы
4 СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ТИТАНА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ПОРОШКОВ
4.1 Дюрометрические испытания поверхностных слоев титана, полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки
4.1.1 Микротвердость поверхностных слоев титана, полученных при наплавке порошка титана с графитом
4.1.2 Микротвердость поверхностных слоев титана, полученных при наплавке порошка карбида титана
4.1.3 Микротвердость поверхностных слоев титана, полученных при наплавке смеси порошков титана, ниобия и графита
4.1.4 Микротвердость поверхностных слоев титана, полученных при наплавке порошка карбида ниобия
4.2 Влияние вневакуумной электроннолучевой наплавки углеродсодержа-

вание луча, параметры перекрытия лазерных дорожек. Все эти параметры подбираются для разных сочетаний материалов покрытия и основного металла.
Производительность технологического процесса зависит от мощности лазера Р, диаметра пучка О и скорости сканирования V [63, 64]. Для оценки качества покрытий введено понятие степени разбавления основного материала п [65], определяемое как изменение состава материала подложки, вызванного растворением в нем упрочняющих компонентов (рисунок 1.5):
где Н- глубина наплавленного слоя, мм; к - глубина расплавленной подложки, мм.
Повышение мощности лазерного луча приводит к увеличению степени разбавления основного металла и сопровождается снижением твердости покрытия. Таким образом, при выборе параметров лазерной обработки нужно исходить не только из необходимости обеспечения качества поверхностного слоя (покрытие должно быть ровным, беспористым, не содержать трещин), но также из требований по разбавлению основного металла и его упрочнению [63].
Для анализируемого технологического процесса наплавки характерен ряд проблем. При использовании лазерной обработки сложно получить равномерную толщину наплавленного слоя. Если плотность порошковой смеси значительно отличается от плотности основного металла, нерастворившиеся частицы могут всплывать либо погружаться вниз, ухудшая однородность наплавленного слоя [63]. Увеличение плотности насыпки наплавочных порошков должно сопровождаться соответствующей коррекцией мощности лазерного излучения.
С целью упрочнения титановых сплавов могут быть использованы различные наплавочные материалы на основе никеля, кобальта, алюминия, железа с добавлением карбидов, нитридов, боридов и оксидов [65-71]. Проблемами, возникающими при упрочнении титана керамическими частицами, являются их повышенная хрупкость, несовпадение коэффициентов теплового расширения матрицы и частицы, низкий уровень адгезионных свойств.