Создание износостойких и коррозионно-стойких слоев методами вневакуумной электронно-лучевой закалки и наплавки

• Автор: Перовская, Марина Владимировна
• Шифр специальности: 05.03.06, 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 173 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Применение электронных источников для модифицирования поверхности

1.1. Взаимодействие пучка электронов с металлом

1.2. Закалка электронным пучком

1.3. Оплавление поверхности с использованием

источника электронов.

1.4. Электронно лучевая наплавка в вакууме.

1.5. Наплавка с использованием порошковых материалов.

1.6. Наплавка в пучке релятивистских электронов

1.7. Постановка задачи.

2. Оборудование и технология закалки и наплавки в пучке релятивистских элекгронов
2.1. Устройство ускорителя релятивистских электронов.
2.2. Характеристики электронного пучка.
2.3. Отражение электронов от поверхности металла.
2.4. Технология и кинематические схемы закалки
релятивистским электронным пучком
2.5. Наплавка электронным пучком вне вакуума.
2.6. Выбор флюсов для наплавки.
3. Закалка поверхностных слоев стали и чугуна с использованием энергии релятивистских электронов
3.1. Закалка стали методика эксперимента.
3.2. Результаты эксперимента.
3.3. Закалка чугуна
3.4. Сопоставление экспериментальных данных с расчетными.
Выводы.
4. Формирование коррозионностойких покрытий наплавкой пластин в пучке релятивистских электронов
4.1. Методика эксперимента
4.2. Структура, химический и фазовый состав
наплавленных покрытий.
4.3. Испытания на коррозионную стойкость.
Выводы.
5. Создание бифункциональных покрытий методом электроннолучевой наплавки
5.1. Методика эксперимента.
5.2. Исследование структуры, фазового состава и свойств покрытий.
5.3. Обсуждение результатов исследований.
5.4. Сопоставление с методом электрошлаковой наплавки
Выводы.
Заключение.
Литература


Обсуждены работы по модифицированию поверхностных слоев сталей, титановых сплавов и других материалов закалкой, наплавкой ленты, проволоки, порошковых смесей, оплавлением покрытий, предварительно нанесенных другими методами - плазменным, газоплазменным, детонационным напылениехМ, химико-термической обработкой. Большая часть обзора посвящена описанию созданной в ИФПМ СО РАН под руководством академика Панина В. Е. высокоэффективной технологии электронно-лучевой наплавки в вакууме, позволяющей получать высококачественные покрытия с пористостью менее 1%. Рассмотрены основные вехи развития технологии электронно-лучевой вневакуумной обработки на ускорителе и результаты, полученные в ИЯФ СО РАН и сотрудничающих организациях. На основании анализа перечисленных экспериментальных данных сформулированы цель и задачи работы. Второй раздел - методический. В нем описаны устройство и принцип работы ускорителя релятивистских электронов ЭЛВ-6, разработанного в ИЯФ им. Г.И. Будксра СО РАН под руководством академика А. Н. Скринского и использованного в работе. Рассмотрены характеристики электронного пучка и особенности его взаимодействия с материалом, в частности, распределение потерь энергии электронами пучка по мере их проникновения в материал и эффективная глубина проникновения электронов. Рассмотрены принципы и кинематические схемы закалки с использованием энергии релятивистских электронов. Описаны технология и механизмы формирования покрытий при электронно-лучевой закалке и наплавке и методики защиты покрытий от влияния атмосферного воздуха с помощью флюсов, которые очищают поверхность от оксидных загрязнений за счет протекания обменных химических реакций. На основании анализа возможностей различных флюсов выбраны наиболее подходящие для используемых в работе режимов наплавки. В третьем разделе исследовано влияние закалки в пучке релятивистских электронов на структуру и свойства поверхностного слоя стали . Обнаружен эффект упрочнения, связанный с образованием мартенситной структуры. Показано, что основными параметрами, которые влияют на дисперсность мартенсита, глубину закаленного слоя, размеры переходной зоны, твердость и износостойкость, являются время воздействия электронного пучка и вводимая удельная энергия излучения У. При этом наблюдается линейная зависимость характеристик упрочненного слоя от величины У. Кроме того, в данной главе исследовано влияние облучения па структуру и свойства поверхностного слоя серого чугуна СЧ . Показана возможность значительного увеличения твердости и износостойкости на глубину до 1,5 мм за счет растворения графитных включений, выделения цементита и закалки основы слоя на мартенсит. ХНТ различной толщины. Показано, что метод позволяет получать на дешевой низкоуглеродистой стали СтЗ слои нержавеющей стали толщиной около 2 мм, с частично сохраненной аустенитной структурой. Коррозионная стойкость таких покрытий в несколько раз повышена по сравнению с металлом подложки и возрастает с увеличением толщины используемой для наплавки пластины, что связано с ростом среднего содержания хрома в слое. Проведен сравнительный анализ свойств покрытий со свойствами нержавеющей стали XН ЮТ. Показана возможность создания данным методом на поверхности низкоуглеродистой стали наплавленных слоев с высокой коррозионной стойкостью, дополнительно упрочненных карбидами хрома. В пятом разделе проведены эксперименты по наплавке в пучке релятивистских электронов смесей порошков хрома и карбида хрома на низкоуглеродистую сталь СтЗ. Методами металлографии и электронной микроскопии подробно исследованы структура и фазовый состав наплавленных слоев, определено в них содержание хрома. Изучено распределение микротвердости, проведены испытания на коррозионную стойкость и абразивный износ. Показано, что износостойкость наплавленных покрытий определяется не только твердостью, но и характером образующейся структуры. Коррозионная стойкость зависит от количества хрома в наплавляемой смеси и растет при увеличении в ней соотношения компонентов Сг/С. Подобран оптимальный режим наплавки, позволяющий получить на стали СтЗ бифункциональные покрытия, обладающие одновременно достаточно высокими значениями износостойкости и коррозионной стойкости. В заключении приводятся основные выводы по результатам диссертационной работы.