WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

Pages:   || 2 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего ...»

-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт неразрушающего контроля

Направление подготовки: (15.04.01) «Машиностроение»

Кафедра оборудования и технологии сварочного производства

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

Тема работы Особенности формирования структуры ЗТВ и наплавленного металла в условиях многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавки УДК 621.791.927.053.96:699.058 Студент Группа ФИО Подпись Дата 1ВМ51 Шаронов Константин Сергеевич Руководитель Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Профессор Гнюсов С.Ф. д.т.н., профессор.

КОНСУЛЬТАНТЫ:

По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»

Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Ассистент Николаенко В.С.

По разделу «Социальная ответственность»

Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Доцент Гусельников М.Э. к.т.н.

ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ:

Зав. кафедрой ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Доцент Киселев А.С. к.т.н.

Томск – 2017 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования



«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт неразрушающего контроля Направление подготовки: (15.04.01) «Машиностроение»

Кафедра оборудования и технологии сварочного производства

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой ОТСП _____ _______ Киселев А.С.

ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы

В форме:

–  –  –

Институт неразрушающего контроля Направление подготовки: (15.04.01) «Машиностроение»

Кафедра оборудования и технологии сварочного производства Период выполнения: (осенний / весенний семестр 2015/2017 учебного года)

–  –  –

СОГЛАСОВАНО:

Зав. Ученая степень, ФИО Подпись Дата кафедрой звание ОТСП Киселев А.С. к.т.н., доцент 19.11.2015 Оглавление Реферат

Abstract

Введение

1 Литературный обзор

1.1 Общие сведения о конструкционных сталях 20, 40Х и У8

1.2 Методы упрочнения

1.2.1 Лазерная наплавка

1.2.2 Плазменная наплавка

1.2.3 Электронно-лучевая наплавка

1.2.4 Электронно-лучевая наплавка в вакууме

1.2.5 Вневакуумная электронно-лучевая наплавка

1.3 Структура и испытания на износ конструкционных сталей

1.4 Наплавка и упрочнение углеродистых конструкционных сталей............. 25

1.5 Постановка задач

2 Материалы, оборудование и методы исследования

2.1 Основной металл и материал покрытия

2.2 Оборудование для наплавки

2.2.1 Устройство ускорителя электронов ЭЛВ-6

2.2.2 Технология нанесения покрытий

2.3 Методы исследования

3. Экспериментальная часть

4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение... 61





4.1 Fast анализ

4.1 Описание главной, основных и вспомогательных функций, выполняемых объектом

4.2 Определение значимости выполняемых функций объектом

4.3 Определение значимости функций

4.4 Анализ стоимости функций, выполняемых объектом исследования........ 67

4.5 Построение функционально-стоимостной диаграммы объекта и ее анализ70 5 Социальная ответственность

5.1 Производственная безопасность

5.2 Экологическая безопасность

5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуация

5.4 Пожарная безопасность

5.5 Организационные мероприятия обеспечения безопасности

Выводы

Список используемых источников

Приложение А

Реферат

Выпускная квалификационная работа 110 с., 32 рис., 8 табл., 33 источника.

Ключевые слова: концентрированные потоки энергии, износостойкость, вакуумная и вневакуумная электронно-лучевая наплавка, однопроходная и многопроходная, микроструктура, микротвердость, зона термического влияния.

Объектом исследования является: образцы из конструкционной стали с разным содержанием (0,2…0,8%) углерода, после многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавки композиционных покрытий на основе стали 10Р6М5 и 10Р6М5+30%WC.

Цель работы – является изучить особенность формирования структуры зоны термического влияния при многопроходной вневакуумной электроннолучевой наплавке композиционных покрытий на основе стали 10Р6М5 и 10Р6М5 + WC 30% на основной металл с разным содержанием углерода (0,2…0,8%).

Выводы по работе: Показано, что при изменении содержании углерода в основном металле от 0.2 до 0.4 % (вес) ширина ЗТВ практически не изменяется, а при увеличении углерода до 0.8% ширина ЗТВ увеличивается в ~2 раза и ее твердость сохраняется на уровне 6910 ГПа.

Способ вневакуумной наплавки мегавольтным пучком электронов может успешно применяться для упрочнения конструкционных сталей с содержанием углерода до 0,4…0,45%.

Область применения: машиностроительная, строительная отрасль.

Выпускная квалификационная работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2010, фотографии были получены с использованием микроскопа OLYMPUS GX51, графики получены в графическом редакторе Grapher 9.

Abstract

Graduation qualification work 110 p., 32 Fig., 8 table, 33 sources.

Key words: concentrated energy flows, wear resistance, vacuum and nonvacuum electron beam surfacing, single pass and multi-pass, microstructure, microhardness, heat affected zone.

The object of the study is: samples from structural steel with different contents (0.2... 0.8%) of carbon, after multi-pass non-vacuum electron beam surfacing of composite coatings based on M2 steel and M2 + 30% WC.

The aim of the work is to study the peculiarity of the formation of the structure of the thermal effect zone in multi-pass non-vacuum electron beam surfacing of composite coatings based on steel M2 and M2 + WC 30% for a base metal with different carbon content (0.2... 0.8%).

Conclusions on work: It is shown that when the content of carbon in the main metal varies from 0.2 to 0.4% (weight), the width of the HAZ does not practically change, and when the carbon is increased to 0.8%, the width of the HAZ increases by a factor of 2 and its hardness remains at 6910 GPa.

The method of non-vacuum surfacing by a megavolt electron beam can be successfully used to harden structural steels with a carbon content of up to 0.4... 0.45%.

Scope: machine building.

Graduation qualification work was carried out in a text editor Microsoft Word 2010, photos were taken using the OLYMPUS GX51 microscope, the graphics were obtained in the graphical editor Grapher 9.

Введение

При длительной эксплуатации механизмов и машин изнашивание контактных поверхностей деталей, входящих в их состав, сопровождается снижением эксплуатационных показателей, и, в конечном итоге, выходом из строя (эксплуатации). Это нередко требует полной замены механизмов и машин или ряда их узлов. Поэтому для решения задач повышения эксплуатационных показателей и увеличения срока службы деталей машин используют различные способы поверхностного упрочнения. Однако кроме износостойкости контактных поверхностей к данным деталям предъявляется еще целый комплекс свойств, например, длительной прочности, цикло- и теплостойкости, контактной выносливости и т.д. Для удовлетворения этого комплекса свойств данные детали изготавливают из различных марок конструкционных сталей (в том числе и термообрабатываемых), что требует изучения влияния термического цикла наплавки на формируемую зону термического влияния (ЗТВ) основного металла.

Для термообрабатываемых сталей важно минимальное влияние термического цикла наплавки на сформированную структуру основного металла. В связи с этим широкое научное исследование и применение в промышленности находят методы, основанные на использовании концентрированных потоков энергии (КПЭ).

Так электронно-лучевая наплавка (ЭЛН) по сравнению с другими способами наплавки имеет небольшие размеры ванны расплава, концентрированный ввод энергии до 105 Вт/см2 и значительный перегрев ванны в зоне действия электронного луча способствуют растворению твердых частиц в сварочной ванне, и минимальное время ее существования за счет быстрого теплоотвода и большой скорости охлаждения (до 104 к/с) [1].

Эффективным источником с высокой объемной и поверхностной плотностью энергии является поток высокоэнергетичных электронов выведенных в атмосферу. Промышленные ускорители электронов с выводом мощного релятивистского электронного пучка в атмосферу разработаны и производятся в институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН [2]. Данное оборудование позволяет наносить износостойкие покрытия различной толщины за счет многократного послойного оплавления нанесенного наплавляемого порошка. Многократное термическое воздействие пучка электронов будет влиять и на ранее сформированную структуру ЗТВ. Вопрос влияния числа проходов электронного луча на изменение первоначально сформированной ЗТВ вообще детально не рассматривается. Открытым остается вопрос влияния содержания углерода в основном металле (конструкционной стали, например, стали 20, стали 40Х, стали У8) на формируемую структуру ЗТВ в условиях многопроходной наплавки.

Структурно-фазовый состав и свойства покрытий широко представлены в научной литературе и продолжают изучаться в различных научных коллективах. В тоже время вопросы анализа зоны сплавления с основным материалом и формируемой в нем ЗТВ остаются открытыми. Хотя этот анализ крайне необходим для безаварийной работы с точки зрения адгезии покрытия и формируемых свойств ЗТВ. При ЭЛН возможно существенное влияние на формируемую структуру ЗТВ и ее эволюцию при повторном воздействии электронного пучка большой мощности, особенно это касается мегавольтного пучка электронов выведенных в атмосферу.

Целью данной работы является изучение особенностей формирования структуры зоны термического влияния при многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавке композиционных покрытий на основе стали 10Р6М5 на основной металл с разным содержанием углерода (0,2…0,8%).

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи.

1) Провести наплавки композиционных покрытий на основе стали 10Р6М5 с помощью вневакуумной электронно-лучевой установки (ЭЛВ-6) на образцы, изготовленные из стали 20, 40Х и У8.

2) Изучить структуру ЗТВ в зависимости от числа проходов вневакуумной электронно-лучевой наплавки.

3) Провести анализ полученных структур.

4) Измерить профили микротвердости по толщине покрытий и основного металла.

5) Провести анализ полученных данных и на его основе дать рекомендации по способу вневакуумной наплавки мегавольтным пучком электронов.

–  –  –

1.1 Общие сведения о конструкционных сталях 20, 40Х и У8 Сталь 20. Конструкционными называют стали, применяемые для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. Это могут быть углеродистые и легированные стали. Содержание углерода в этой группе сталей чаще не превышает 0,5…0.6%, но может достигать 0,8…85%.

Детали современных машин и конструкций работают в условиях высоких динамических нагрузок, больших концентраций напряжений и низких температур. Все это способствует хрупкому разрушению и снижает надежность работы машин. Поэтому конструкционные стали кроме высоких механических свойств, определяемых при стандартных испытаниях (в – предел прочности, 0,2

– условный предел прочности, – относительное удлинение, – относительное сужение, ан – коэффициент линейного расширения, HB – твердость по Бринеллю) должны обладать высокой конструктивной прочностью, т.е.

прочностью, которая проявляется в условиях реального применения (в виде деталей, конструкций) и характеризует их способность противостоять внезапным разрушениям при наличии пиковых напряжений. Конструкционные стали должны хорошо: обрабатываться давлением (прокатка, ковка, штамповка и т.д.), не обладать склонностью к шлифовочным трещинам, обладать высокой прокаливаемостью и малой склонностью к обезуглероживанию, деформациям и трещинообразованию при закалке [3]. На рисунке 1.1 представлена диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита стали 20 [4].

–  –  –

Эти стали используют для деталей, работающих на износ и не испытывающих высоких нагрузок, например кулачковых валиков, рычагов, осей, втулок, шпинделей, вилок и валиков переключения передач, толкателей клапанов, пальцев рессор и многих других деталей автотракторного сельскохозяйственного и общего машиностроения [3].

Сталь 40Х. Сталь 40Х относится к конструкционным улучшаемым сталям, они используются после закалки и высокого отпуска (улучшения). Закалка проводится при температуре от 860оС в масле и дальнейшем высокотемпературном отпуске при 500оС. После данной обработки сталь приобретает структуру сорбит отпуска. Сталь 40Х работает при многократно прикладываемых нагрузках, имеет малую чувствительность к концентраторам напряжений, достаточный запас вязкости, высокий предел текучести и придел выносливости. Лучшее сочетание прочности и пластичности достигается после улучшения, если сечение данного изделия соответствует критическому диаметру (95% мартенсита) для данной стали. Химический состав стали 40Х приведён в таблице 1.2 [5].

Таблица 1.2 Химический состав стали 40Х (% вес.

) С Si Mn Cr Ni Cu S P не более 0,36 0,44 0,17 0,37 0,5 0,87 0,8 1,12 0,30 0,30 0,035 0,035 Механические свойства стали, закаливаемость зависят от содержания в ней углерода. Прокаливаемость зависит от содержания легирующих элементов. В условиях полной прокаливаемости, механические свойства мало зависят от характера легированности стали. Исключением из правил является наличие молибдена и никеля, которые повышают сопротивление стали к хрупкому разрушению. Но не следует стремится к использованию сталей с излишне высокой прокаливаемостью, поскольку необходимое для этого высокое содержание хрома, кремния и марганца будет способствовать повышению склонности к хрупкому разрушению [3].

Глубоко прокаливающиеся легированные стали применяются для массивных деталей с большой толщиной стенки или большим диаметром. Если детали работают на кручение (изгиб), распределение напряжений по сечению происходит неравномерно: максимальными они будут на поверхности детали, а в центре или середине будут равны нулю. Эти детали не нуждаются в сквозной прокаливаемости. В данном случае для надёжного обеспечения прочности детали, закаленный слой (с структурой 95% мартенсит) должен находиться на глубине не менее радиуса от поверхности. Детали, работающие на растяжение (ответственные болты, шатуны, торсионные валы), должны быть обеспечены сквозной прокаливаемостью по всему сечению детали (в центре 95% мартенсит).

При выборе стали стоит учитывать, что легирующие элементы повышают устойчивость мартенсита при отпуске, поэтому для легированных сталей, чтобы получить заданную твердость и прочность при улучшении подвергают отпуску при боле высоких температурах. Что позволяет в более полной мере снять закалочные напряжения, и получить лучшее сочетание вязкости и прочности.

Легированные конструкционные стали имеют повышенную анизотропию свойств, т.е. свойства имеют различия от направления деформации при прокатке или ковке. Уменьшение анизотропии свойств получают металлургическими способами (уменьшением в сталях не металлических включений, сульфидов, изменением условий пластической деформации).

Сталь 40Х является малолегированной и обеспечивает прокаливаемость в больших сечениях, чем соответствующие углеродистые стали. Хром не оказывает большого влияния на разупрочнение при отпуске, однако он увеличивает склонность стали к отпускной хрупкости. Изначально сталь 40Х поставляется в отожженном состояние со структурой феррит плюс перлит. На рисунке представлена диаграмма изотермического распада 1.2 переохлажденного аустенита стали 40Х [4].

Рисунок 1.2 Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита стали 40Х Углеродистая сталь У8.

Углеродистая инструментальная сталь У8 вследствие малой устойчивости переохлажденного аустенита имеет небольшую прокаливаемость, и поэтому эта сталь применяется для инструментов небольших размеров. Данную сталь используют для изготовления деревообрабатывающего инструмента, зубила, кернеры, отвертки, топоры и т.п. из-за того, что в стали У8 после термической обработки образуется трооститная структура. Углеродистые стали в исходном (отожженном) состоянии имеют структуру зернистого перлита. Температура закалки углеродистой стали У8 должна быть 760…810оС, т. е. несколько выше Aс1, но ниже Aст для того, чтобы в результате закалки стали получали мартенситную структуру и сохранили мелкое зерно и неравновесные частицы вторичного цементита. Закалку проводят в воде или водных растворах солей [3]. В таблице 1.3 приведен химический состав, а на рисунке 1.3 диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита.

Таблица 1.3 Химический состав стали У8 (% вес.

) [5] С Mn Si S P Cr Ni Cu не более 0,76 0,80 0,17 0,33 0,17 0,33 0,028 0,030 0,20 0,25 0,25

–  –  –

Одним из важнейших показателей, определяющих спрос на проектируемый объект, является его качество. Обеспечение необходимого качества возможно при удовлетворении эксплуатационных требований, предъявляемых к деталям машин.

Работоспособность и надежность детали обеспечиваются за счет выполнения следующих основных требований:

прочности, жесткости и стойкости к различным воздействиям (износу, вибрации, температуре и др.). Выполнение требований прочности при статическом, циклическом и ударном нагружении должно исключить возможность разрушения, а также возникновения недопустимых остаточных деформаций.

Требования жесткости к детали или контактной поверхности сводятся к ограничению возникающих под действием нагрузок деформаций, нарушающих работоспособность изделия, к недоступности потери общей устойчивости для длинных деталей, подвергающихся сжатию, и местной – у тонких элементов.

Деталь должна быть обеспечена износостойкостью, которая существенно влияет на долговечность работы механизма. Достаточно, чтобы для каждой детали выполнялись не все перечисленные выше требования, а лишь те, которые связаны с ее эксплуатацией. Детали, испытывающие максимальные напряжения на поверхности (изгиб, контактные напряжения), для повышения сопротивления к усталости подвергают поверхностному упрочнению [6]. Существуют следующие методы упрочнения, которые представлены на рисунке 1.4 в виде схемы.

Рисунок 1.4 – Методы поверхностного упрочнения В последние 20.

..30 лет наиболее интенсивно развиваются методы модификации поверхности материалов с помощью облучения конценрированных потоков энергии с плотностью мощности W=103...109 Вт/см2 и длительного импульса 10-8…10-5 с. Концентрированные потоки энергии (КПЭ) это методы, применяемые для термического воздействия на материалы, в целях исполнения технологических операций сварки, термической обработки, резки, размерной обработки, напыления, наплавки и т.д. Обработка КПЭ - это воздействие на поверхность заготовки исключительно потока энергии, носителями которого являются частицы: электроны, фотоны, атомы, ионы сконцентрированные в пучки ограниченных поперечных размеров. Нижняя граница плотности мощности энергии принимается 103 Вт/см2.

При воздействии КПЭ реализуется быстрый нагрев (11012 К/с), плавление, испарение и сверхбыстрое (11010 К/с) затвердевание материала. Эти процессы позволяют формировать в приповерхностном объеме материала аморфные и нанокристаллические структуры, метастабильные фазы, которые в традиционных технологических процессах невозможно получить.

Кардинальные изменения структурно-фазового состояния поверхностных слоев могут обеспечить улучшение механических и физических свойств материала.

Поэтому данные методы модификации поверхности металлических материалов являются перспективным направлением современного материаловедения. В качестве источников КЭП нашли широкое применение мощные импульсные лазеры, плазменные, ионные и электронные пучки [7].

1.2.1 Лазерная наплавка

Первые работы по исследованию влияния лазерного излучения на структуру и механические свойства материалов появились во второй половине 60-х годов прошлого века. Используемые на практике лазеры генерируют излучение с длиной волны = 0,3...10,6 мкм. Характерной чертой лазеров нового поколения является повышение их общего КПД: у CO2-лазеров с 5...10 до 8...15%; у Nd:YAG лазеров с 1...2 до 5...8%: у диодных лазеров до 42...50%.

Методы лазерной обработки образуют группы, основанные соответственно на нагреве, плавлении и ударном нагружении материала в зависимости от плотности мощности излучения лазера и от времени его воздействия. В последние десятилетие начали активно развиваться комбинированные процессы наплавки, нанесение покрытий и термообработки. Эти процессы направлены на расширение возможностей лазерной обработки за счет совместного использования лазерного излучения, электрической дуги и струи плазмы.

Нагрев наиболее распространенный метод лазерного поверхностного упрочнения посредством фазовых превращений в твердом состоянии поверхностных слоёв металлов и сплавов. Для предотвращения оплавления поверхности обрабатываемого материала требуется предварительное нанесение покрытий, поглощающих лазерное излучение. Сюда также следует отнести упрочнение посредством закалки из жидкого состояния.

В результате воздействия лазерного излучения на железоуглеродистые сплавы, в случае обработки с оплавлением, образуются два слоя с четкой границей. Первый слой в основном имеет столбчатого дендритное строение.

Вследствие высоких скоростей кристаллизации происходит преимущественный рост главных осей дендритов, направленных перпендикулярно к границе раздела слоев. Микроструктура первого слоя состоит из мелкоигольчатого мартенсита и остаточного аустенита (до 70%).

Второй слой (зона термического влияния) имеет мелкозернистую структуру, обусловленной фазовой перекристаллизацией и пластическим деформированием под действием термических напряжений и последующей рекристаллизацией. Такое изменение структуры металла определяет повышенную износостойкость инструмента и деталей машин после обработки лазерным излучением.

Путем плавления можно осуществить такие методы поверхностной обработки, как легирование, аморфизацию, плакирование, а также производить лазерную очистку зерен металлов и сплавов. Толщина слоёв с высокой твердостью и износостойкостью может изменяться от нескольких микрон до 1...3 мм. Ударное нагружение обусловлено воздействием "гигантских" импульсов излучения, которые определяют ударное упрочнение материалов [7].

С целью улучшения поверхностных свойств изделий проводят лазерное поверхностное легирование. Его осуществляют путем введения в заданные участки поверхности различных компонентов, которые, смешиваясь с материалом основы, образуют сплавы или композицию требуемого состава. При этом обязательным условием является сохранение в обработанных лазером участках поверхности значительного количества атомов материала основы.

Таким образом, принципиальное отличие легирование от закалки состоит в изменении химического состава поверхностного слоя материала.

При лазерной наплавке на поверхности достигается температура кипения и расплавления самых тугоплавких компонентов. Скорости охлаждения могут составлять порядка нескольких тысяч градусов в секунду, что гораздо больше скоростей, характерных для традиционных методов наплавки. Это приводит к измельчению первичной структуры. Так, расстояние между осями второго порядка при наплавке токами высокой частоты составляет (12...20)10-4м, при газопламенном переплаве (6...10)10-6 м, а при лазерной наплавке (2,5...0,5)10-6 м [8].

1.2.2 Плазменная наплавка

В промышленных масштабах плазменную наплавку начали применять в СССР и США в 1960-х годах. Плазменную наплавку в большинстве случаев выполняют постоянным током прямой полярности.

По виду применяемого присадочного материала способы плазменной наплавки делят на три группы:

1) наплавка проволокой и прутками;

2) наплавка по неподвижной присадке, закрепленной на наплавляемой поверхности;

3) наплавка порошком.

Вид присадочного материала определяет технологические возможности способа наплавки, конструкцию плазматрона и схему его включения в электрическую цепь. Плазменная наплавка с присадкой порошка в наибольшей степени отличается от других способов плазменной наплавки применяемыми материалами, оборудованием и технологическими возможностями.

Порошки могут быть получены практически из любого сплава независимо от его твердости, пластичности и степени легирования. Порошок дисперсностью 100...500 мкм вводится в дугу прямого действия потокам транспортирующего газа. Производительность наплавки зависит от размеров и формы изделий, толщины наплавляемого слоя, типа присадочного порошка и других факторов, находится в пределах 0,8...0,6 кг/ч [7].

Наплавка этим способом включает возникновение между основным металлом и электродом горелки (катодом) электрической дуги, обеспечивающей переход в плазменное состояние рабочего газа, подаваемого в зону дуги. При этом из сопла горелки истекает струя высокотемпературной плазмы, обеспечивающая плавление наплавочного материала. При наплавке этим способом две проволоки, последовательно подключенные к источнику питания переменного тока, подаются с постоянной скоростью в сварочную ванну под плазменной горелкой, где происходит их быстрое расплавление под действием теплоты плазмы в сочетание с нагревом электросопротивлением самих проволок при пропускании переменного тока. Для образования плазмы используют смесь гелия (75%) с аргоном (25%), а в качестве защитного газа применяют аргон, защищающий сварочную ванну и кристаллизирующийся наплавочный металл позади плазменной горелки от действия окружающей среды. При наплавке в условиях поперечного колебания плазменной горелки получают валик шириной до 64 мм. В качестве наплавочного материала используют коррозионностойкую сталь, никель и его сплавы, сплавы меди [9].

Сейчас учеными из Новосибирска разработан новый лазерно-плазменный метод наплавки. В основе метода лежит получение на поверхности материала пульсирующей лазерной плазмы. Сфокусированное на поверхности подложки импульсно-периодическое лазерное излучение зажигает оптический пульсирующий разряд (ОПР) при атмосферном давлении или выше. В зависимости от вида плазмообразующего газа плазма имеет температуру (10…30)103 К. В область нахождения приповерхностной плазмы подается присадочный порошок. При этом происходит одновременный нагрев поверхности подложки и порошка. Высокая скорость нагрева и охлаждения плазмы ОПР (106 оС/с) приводит к образованию закалочных структур в основе материала, что также способствует повышению эксплуатационных свойств.

Впервые опробована методика лазерно-плазменного нанесения самофлюсующихся NiCrBSi порошков на поверхности сталей 40ХНМА и 65Г (эксплуатирующийся до –50оС). Для создания новых композиционных морозостойких покрытий составляли смесь из порошков твердой фракции TiC и относительно легкоплавкой матрицы на основе NiCrBSi порошка. Твердость покрытия измерена на микротвердомере ПМТ3 при нагрузке 2 Н, и изменяется от величины 7…8 ГПа, вблизи подложки и до 20…25 ГПа, вблизи поверхности.

Данные значения твердости характерны для NiCrBSi и TiC порошков. На основании измерений микротвердости, элементного анализа и микроструктуры можно заключить что, во-первых, наблюдается рост микротвердости по глубине покрытия от нижней поверхности к верхней (от 7 до 25 ГПа), во-вторых, в ванне расплава происходит интенсивное перемешивание материала основы (Fe) с материалом порошка [10].

1.2.3 Электронно-лучевая наплавка Эффективным методом упрочнения поверхности является вакуумная наплавка в пучке электронов и в потоке релятивистских электронов, выпущенных в атмосферу, с использованием порошковых материалов. Данный способ наплавки получил более широкое научное исследование благодаря созданию источника с плазменным эмиттером в ИСЭ СО РАН и разрабатываемых в институте ядерной физики СО РАН.

Электронно-лучевую наплавку и легирование используют для улучшения свойств обладающих недостаточно высокими характеристиками, низкоуглеродистых сталей, титановых сплавов, меди и других металлов.

Благодаря разделению функции между основной частью детали, как правило более дешевой, и поверхности (трибологические свойства, жаростойкость и жаропрочность, коррозионная стойкость) открывается возможность широко использовать в разных отраслях промышленности данные конструкции. Это позволяет увеличить срок службы конструкций с одновременным снижением расхода дорогостоящих сталей и легирующих элементов [7].

1.2.4 Электронно-лучевая наплавка в вакууме

Вопросы вакуумной наплавки в пучке электронов с использованием порошковых материалов рассматривались многими авторами.

В институте физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН разработана высокоэффективная технология электронно-лучевой наплавки в вакууме, позволяющая создавать высококачественные покрытия с мелкозернистой структурой и минимальной пористостью (менее 1%).

В качестве метода формирования упрочненного слоя эффективной является технология электронно-лучевой наплавки (ЭЛН) в вакууме.

ЭЛН обладает рядом преимуществ отличающих её от других методов нанесения покрытий:

благодаря вакуумной среде, в которой проходит наплавка, 1) осуществляется рафинирование наплавленного металла;

2) возможность плавной и точной регулировки мощности электронного луча в широких пределах, позволяет проводить наплавку с минимальным проплавлением основного металла, сохраняя неизменный химический состав наплавленного металла;

3) простота технической реализации сканирования электронного луча позволяет задавать необходимые размеры наплавочной ванны путем изменения длины развертки электронного луча и наряду с плавной регулировкой мощности легко управлять технологическими параметрами процесса наплавки;

4) небольшие размеры ванны расплава, концентрированный ввод энергии до 105 Вт/см2 и значительный перегрев ванны в зоне действия электронного луча способствует растворению твердых частиц в сварочной ванне, а минимальное время её существования за счет быстрого теплоотвода и большей скорости охлаждения (до 104 К/с) расплавленного металла формируют пересыщенный раствор легирующих элементов в матрице [7].

Для ЭЛН в вакууме пригодны порошки дисперсностью 100…350 мкм.

При дисперсности меньше 100 мкм порошки не достаточно сыпучи в вакууме, разлетаются под влиянием паров ванны и поэтому трудно обеспечить их подачу непосредственно в ванну расплава. Для расплавления порошков больше 350 мкм требуется больше энергии, что приводит к дополнительному проплавлению основного металла, увеличению остаточных напряжений и росту зерна в покрытии [11].

Процесс наплавки композиционных покрытий на основе диборидов (боридов) титана, синтезируемых в процессе электронно-лучевой наплавки из термореагирующих порошков, способствовал дополнительному выделению количество тепла в зоне оплавления за счет экзотермической реакции между компонентами смеси. Это способствовало формированию покрытий с более однородной структурой, так же сформировалась слоистая структура с преимущественным содержанием фазовых составляющих по глубине слоя.

Приповерхностная зона покрытия состоит из частиц, имеющих ярко выраженную кристаллографическую огранку, окаймленных тонкими прослойками эвтектики. Исследования показали, что как при абразивном изнашивании, так и при износе в парах трения износостойкость коррелирует с агрегатной твердостью структурных составляющих и зависит от объемной доли тугоплавких соединений в поверхностной зоне покрытия, их морфологи и свойства металлической матрицы. Так же было наплавлено покрытие на основе карбонитридов титана для упрочнения прокатных валков и торцевых уплотнений. В процессе отработки технологии электронно-лучевой наплавки, была проведена оптимизация технологических режимов и составов покрытий.

Установлено оптимальное содержание карбонитридов титана в связке, при котором покрытие имеет минимальный коэффициент трения и интенсивности изнашивания. Полученные результаты исследования были использованы при упрочнении зубьев ковшей экскаваторов, прокатных валков, торцевых уплотнений, срок службы которых увеличился в 3…4 раза [12].

Особого внимания заслуживает электронно-лучевая наплавка релятивиским пучком электронов выведенным в атмосферу.

1.2.5 Вневакуумная электронно-лучевая наплавка

Ускорители электронов, созданные в институте ядерной физики (ИЯФ) СО РАН, обеспечивают глубокое проникновение электронов в металлы с высокой скоростью обработки поверхности (1...5 см/с). Глубина проплавления колеблется от 0,1 до 10 мм. Электромагнитная развертка может отклонять пучок на угол 45о от вертикали, что обеспечивает обработку полос разной ширины на изделиях. Расстояние от выпускного отверстия пучка до обрабатываемого изделия обычно не превышает 150 мм. Наиболее частое расстояние, используемое при закалке и наплавке, 90 мм. Легирующие элементы или химические соединения (карбиды, оксиды, бориды и т.д.) в виде смеси с флюсом наноситься на поверхность непосредственно перед обработкой [7].

Новым методом повышения твердости поверхности является поверхностная наплавка и легированием на воздухе в пучке высокоэнергетических релятивистских электронов. При этом линейная производительность обработки достигает 0,20 м/с, а при сканировании электронного луча 20 см2/с.

Для получения наплавленных поверхностных слоев с высокими эксплуатационными характеристиками основным является выбор наплавляемых легирующих компонентов. Для наплавки образцов, стойких против абразивного изнашивания, в качестве материалов широко применяют сплавы на основе карбидов WC, B4C, TiC, TaC, CrC, содержащие Cr, C и B, что позволяет формировать на поверхности гетерогенную структуру, обладающую за счет выделения карбидов и карбоборидов особенно высокой твердостью и износостойкостью. В случае лазерного легирования железа и сталей порошками карбидов и смесями ВК3, ВК5 и Т15К6, наибольшая стойкость и износостойкость наблюдается при выделении твердых тугоплавких соединений WC, TiC, VC, CrC, CrB2. При электронно-лучевой вакуумной наплавке и легировании наилучшими свойствами обладают слои с заэвтектической структурой, содержащие выделения карбидной фазы на основе M6C, M2C, MC, M7C. К получению структуры такого типа стараются применять такие же материалы в условиях вневакуумной электронно-лучевой наплавке [13].

1.3 Структура и испытания на износ конструкционных сталей

В исследуют свойства и механические характеристики [14] конструкционных и легированных сталей и металлокерамики. Так эвтектоидная сталь с мелкой (феррит + цементит) структурой, которая состояла из ферритной матрицы со средним размером зерна около 4,9 мкм и мелких частиц цементита в основном внутри зерен феррита, была образована путем горячей деформации переохлажденного аустенита при 650°C и со скоростью деформации 5 с-1, затем закалка в воде и последующей отжиг при 650°С в течение 30 мин. Эволюция микроструктуры в основном включает в себя: динамическое преобразование переохлажденного аустенита в доэвтектоидный феррит, превращение переохлажденного аустенита в пластинчатый перлит с малыми размерами колонии во время закалки в воде и сфероидизации пластинчатого перлита в процессе последующего отжига. Для сравнения, эвтектоидной стали с ультрадисперсной (феррит + цементит) структуры, состоявшей из ферритной матрицы со средним размером около 1,8 мкм и относительно крупные частицы цементита в основном расположенных на границах зерен, был получен аналогичным способом, только со скоростью деформации 0,1 с-1. Способность механических свойств при растяжении и упрочнении мелкозернистой (феррит + цементит) стали заметно улучшились по сравнению с ультрадисперсной (феррит + цементит) сталью. Чем больше предел текучести и прочности, тем лучше способность к упрочнению мелкозернистой (феррит + цементит) стали. Это связано за счет высокой объемной доли мелких частиц цементита внутри зерен феррита, но более грубый размер зерна ферритной матрицы может быть одной из причин для лучшей пластичности мелкозернистой (феррит + цементит) стали [14].

Для разработки высокоплотных мелкозернистых и крупнозернистых керметов TiC-316L применялся простой способ плавления. Мелкозернистые и крупнозернистые керметы показали увеличение твердости при уменьшении содержания связующей фазы на основе стали 316L. Это связано с более низким модулем стали 316L по сравнению с TiC. При сравнении двух этих керметов, мелкозернистые в целом имели более высокую твердость, что связано с уменьшением размеров межкарбидных прослоек и большим их наклепом.

Мелкозернистые керметы также демонстрировали более высокое сопротивление износу по сравнению с крупнозернистыми при одинаковом содержании связующей и приложенной нагрузки. Удельный износ как для мелких, так и для крупнозернистых керметов увеличивается с увеличением нагрузки. Во время испытаний образуется трибослой, что способствует переходу на трибохимический механизм износа. Исследование следов износа после сканирующей электронной микроскопии показало, что в керметах имело место множество механических повреждений на поверхности, включая обширное трещинообразование, фрагментацию зерна TiC и сдвиг [15].

В [16] представляется экспериментальное исследование поведения абразивного изнашивания стали Fe–0.22,C–1.2,Mn–0.25,Si–0.2Cr (вес %), термически обработанной на ферритно-мартенситную микроструктуру с разными объемными содержаниями мартенсита. Двухэтапная модель деформационного упрочнения при растяжении была применена для интерпретации устойчивости к царапанью при разных условиях предварительного нагружения и обусловленных этим механизмом разрушения.

Глубина царапанья, как правило, снижается с увеличением объемного содержания мартенсита. Лучшая устойчивость к царапанью и абразивному изнашиванию была получена для абсолютно мартенситной структуры. В случае дополнительного ударного воздействия лучшая устойчивость к царапанью (и возможно лучшая устойчивость к абразивному износу) получена для микроструктур с более низким содержанием мартенсита.

Экспериментальные исследования, касающиеся характеристик царапанья и износа двухфазных низколегированной стали с феррито–мартенситной структурой определенного состава, подвергнутых термообработке. Это показывает, что эффект феррит–мартенситной структуры на твердость по Мосу и устойчивости к износу зависит от рабочего режима. При низких нагрузках на контакты ферритно–мартенситные стали, обладают относительно грубыми зернисто мартенситными участками, он показывают лучшую твердость по Мосу и устойчивость к износу, в то время как стали с однородным мелкозернистым мартенситом демонстрируют худшие показатели для заданной мартенситной доли. Изменение строения микроструктуры посредством термообработки является выгодным параметром для получения материалов с малой твердостью при сохранении твердости и устойчивости к износу. Двухфазовые стали с мелкозернистыми мартенситными участками являются лучшей структурой для износостойкой стали с малой твердостью для условий умеренного износа, в то время как при агрессивном режиме работы двухфазовые стали с мелкозернистой мартенситной структурой более предпочтительны [17].

Испытание на абразивный износ в [18] было проведено на четырех различных образцах с разной микроструктурой (бейнит, перлит, мартенсит закалки и мартенсит отпуска) с аналогичным уровнем твердости (330…360 HV).

Структура оказывает значительное влияние на удельную скорость износа и характеристики рельефа. Абразивная износостойкость сильно зависела от деформации подповерхностного слоя, что является прямой зависимостью от структуры. Анализ подповерхностных слоев имел решающее значение для определения их абразивного отклика, то есть перестройки микроструктурных составляющих (перлит и бейнит) и образования белого слоя (мартенсита, отпущенного мартенсита). Также в случае многофазных микроструктур было одновременное действие механизмов оттеснения и микрорезания, приводящих к узким и глубоким следам износа. В однофазных микроструктурах, режим резания был ответственен за широкие и неглубокие следы износа. Существует сильная корреляция микроструктур между их твердостью и абразивной износостойкостью.

Влияние связующей фазы в твердых сплавах на трибологические свойства было изучено в [19]. Одинаковые образцы из традиционного композита WC–Co, и недавно разработанного WC–304SS были испытаны на износ.

Сопротивление абразивному изнашиванию разработанных WC–304SS композитов намного выше, чем традиционного WC–Co и уменьшается с добавлением углерода. Стойкость к абразивному истиранию WC–10SS(НС) на 27% выше, чем для WC–10Co образца и на 61%, чем для WC–10SS(НС)–C. При условиях малой нагрузки стойкость к абразивному истиранию обладает хорошей корреляцией с твердостью, чем с вязкостью разрушения. Высокая стойкость к абразивному истиранию композита WC–10SS(НС) обоснована с присутствием фазы, которая способствует сильному упрочнению границ раздела фаз и повышает твердость композита.

1.4 Наплавка и упрочнение углеродистых конструкционных сталей

Электронно-лучевая наплавка титан- и танталсодержащих порошковых смесей на образцы из стали 40Х рассмотрена в [20]. Покрытия полученные за один проход электронным лучом имеют толщину 2,2 и 1,7 мм. Объемная доля карбидов титана и карбидов тантала в наплавленных слоях составляет 30 и 10 %.

Максимальный уровень микротвердости наплавленных слоев достигает 10 ГПа.

Выбор схемы поверхностного легирования сталей (титанографитовой либо танталографитовой порошковой смесью) методом наплавки электронным лучом определялся условиями эксплуатации упрочняемой конструкции.

Так же обсуждается, что в предварительно закаленных сталях, обработанных низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками микросекундной и субмиллисекундной длительности воздействия в режиме плавления поверхностного слоя, выявлены формирующиеся структуры:

выделены зоны термического влияния, твердофазного (с участием полиморфного -превращения) и жидкофазного преобразования стали, инициированного термическим воздействием электронного луча.

Высокоскоростная кристаллизация и последующее охлаждение приводит к образованию в поверхностном слое поликристаллического агрегата с ультрамелким зерном (менее микрона) и наноразмерной внутризеренной структурой на основе мартенсита закалки, характеризующегося повышенными значениями твердости [21].

Механизмы охрупчивания закаленных слоев, сформированных при вневакуумной электронно-лучевой закалке углеродистых сталей рассмотрены в источнике [22]. И так в ходе металлографических и электронномикроскопических исследований отмеченно, что самый серьезный дефект поверхностных слоев, полученных путем вневакуумной электроннолучевой закалки, обусловлен перегревом поверхностной зоны до температур, близких к точке солидуса или превышающих ее.

Неоднородность структуры, образованной при закалке сталей, характерна высокими скоростями процессов нагрева и охлаждения. Для получения наиболее однородной структуры мартенситного слоя, целесообразно применять сталь со структурой сферообразного перлита. Легировать сталь У8 микродобавками титана и ниобия предложено при вневакуумном электронно-лучевом нагреве. Трудно растворимые мелкодисперсные карбиды ниобия и титана сдерживают зерна аустенита в процессе нагрева сталей. В стали У8 легированной 0,1% ниобием размер зерен аустенита, уменьшается по сравнению с нелегированной сталью в 2…2,5 раза. Установлено, что зерна аустенита и кристаллы мартенсита измельчаются микродобавками титана и ниобия, что способствует увеличению контактно-усталостной долговечности сталей в 1.5…2 раза. Наиболее высокий уровень износостойкости зафиксирован при испытании сталей со структурой мелкокристаллического мартенсита, сформированного при закалке мало легированных сталей. Анализ результатов структурных исследований свидетельствует о том, что применение сталей с тонким, закаленным по электронно-лучевой технологии в впоследствии, не отпущенным слоем не допустимо.

В работе [23] был рассмотрен мощный электронный пучок, выведенный в атмосферу, он представляет собой эффективный тепловой источник, с высокой скоростью позволяющий выполнять наплавку на низкоуглеродистую сталь, углеродсодержащих порошковых материалов. Данная технология обеспечивает формирование высоко-углеродистых слоев толщиной до 2,6 мм, обладающих высокой твердостью и износостойкостью. Так же показано, что на глубину упрочненного слоя, его структуру и механические свойства влияет мощность теплового источника. Увеличение глубины проплавления приводит к снижению в поверхностном слое концентрации углерода. При режиме обработке с силой тока пучка равной 20 мА формируются высокоуглеродистые слои толщиной 1,2 мм с максимальным содержанием углерода (2,55 %). Использование технологических режимов с током пучка 26 мА позволяет получить слои толщиной до 2,6 мм с концентрацией углерода 1,57 %. Снижением в них концентрации углерода возможно сопровождающееся дальнейшим увеличение толщины наплавляемых слоев, Установлено, что ударная вязкость поверхностно легированных материалов в большей степени зависит не от содержания углерода в наплавленных слоях, а от их толщины. Наивысшее снижение уровня ударной вязкости исходного материала (от 164 до 98 Дж/см2) зафиксировано при испытании материала с наплавленным слоем толщиной 2,6 мм, содержание углерода в котором было минимальным (1,57% С). Менее значительное снижением ударной вязкости (от 164 до 158 Дж/см2) имеет наплавка высокоуглеродистого слоя толщиной 1,2 мм.

При наплавки карбида вольфрама на низкоуглеродистую сталь в работе [24] получены покрытия, твердость которых зависит от плотности энергии излучения, что связано с формированием различных структур в основе слоя:

аустенитной, мартенситной, мартенситно-бейнитной и ферритно-мартенситной.

Наибольшими значениями износостойкости обладают структуры с аустенитной матрицей. Твердость и износостойкость повышаются за счет снижения дендритной неоднородности и измельчения структуры при введении в наплавочную смесь модификатора. Эффект увеличивается после термической обработки покрытий с модифицированной структурой. Покрытия на низкоуглеродистой стали с высоким содержанием хрома в твердом растворе, получены методом электронно-лучевой наплавки. Небольшое количество карбидов (Cr3С2, Cr7С3 и Cr23С6) входит в состав перитектики. Покрытия обладают повышенной коррозионной стойкостью при содержании хрома, превышающем 12…14%,. Сформированы покрытия со структурой сплавов доэвтектического типа, состоящие из зерен аустенита, областей эвтектики на основе карбидов Сг7С3 и Сг23С6 и соединений CrC, Cr3C2, FeCr. Покрытия характеризуются удовлетворительной прочностью и пластичностью, высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.

В работе [25] рассматривается метод наплавки в пучке релятивистских электронов, позволяющий получить наплавленные слои нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной около 2 мм, с частично сохраненной аустенитной структурой на стали СтЗ (подложка). С увеличением толщины наплавляемых слоев из стали 12Х18Н10Т количество аустенита в слое возрастает. в процессе наплавки выгорание легирующих элементов хрома и никеля незначительно.

Хром ответственный за коррозионную стойкость распределяется между твердым раствором и карбидами (Cr7С3, Cr23С6).

Коррозионная стойкость наплавленных покрытий существенно повышена по сравнению с основным металлом подложки и возрастает с увеличением толщины исходной, пластины нержавеющей стали используемой для наплавки, что связано с увеличением среднего содержания хрома в твердом растворе. Кривые потери массы наплавленных слоев в агрессивных средах носят стадийный характер. Наплавка карбидов хрома на нержавеющую сталь при незначительном уменьшении коррозионной стойкости обеспечивает увеличение твердости и износостойкости поверхностного слоя в 3 раза за счет образования карбидной эвтектики. При электронно-лучевой наплавке порошковых смесей карбида хрома и хрома на низкоуглеродистую сталь СтЗ в поверхностных слоях протекает дендритно-ячеистая кристаллизация, что приводит к формированию покрытий со структурой сплава доэвтектического типа, состоящего из зерен аустенита и эвтектической смеси твердых фаз, в основном карбидов Cr7С3 и Cr23С6. Неравновесность структуры наплавленного металла характеризуется присутствует некоторое количество соединений (CrС, Cr3С2 и FeCr). С увеличением объемной доли эвтектики содержания порошка карбида в наплавочной смеси значения твердости возрастают.

В источнике [26] говорится, что вневакуумная электронно-лучевая обработка представляет собой эффективный технологический процесс, позволяющий с высокой производительностью наплавлять боросодержащие порошки и формировать на низкоуглеродистой стали боридные слои повышенной толщины. электронно-лучевая наплавка порошка карбида бора обеспечивает наиболее высокий уровень износостойкости. Применение в качестве насыщающего компонента порошка аморфного бора приводит к снижению характеристик износостойкости в 1,5 раза, что обусловлено формированием структуры преимущественно эвтектического типа и малым содержанием боридных кристаллов. Увеличение износостойкости стали в условиях трения о закрепленные частицы абразива обеспечивает электроннолучевая наплавка боросодержащих порошков. Наибольший уровень относительной износостойкости (4,2...4,6 ГПа) по сравнению со сталью 20 имеют образцы с покрытиями, полученными по технологии двух- и трехкратной наплавки аморфного бора.

Трехслойная наплавка не только не увеличивает износостойкость борированного слоя, но и приводит к ее снижению по сравнению с наплавкой двух слоев, что обусловлено формированием на поверхности Стали 20 плотного слоя кристаллов борида железа FеВ. С высоким уровнем внутренних напряжений, приводящих к выкрашиванию крупных объемов материала. Так же было выяснено, выносливость наплавленных боридных слоев Электронным лучом в 2 раза превышает выносливость покрытий, сформированных по технологии печного борирования. Высокопрочные боридные слои, прочно связанные со сталью, способствуют охрупчиванию основного металла при проведении динамических испытаний на ударную вязкость. По сравнению с исходным неупрочненным состоянием, ударная вязкость Стали 20 с боридными слоями почти в два раза ниже после электронно-лучевой наплавки.

Из рассмотренного источника [27] видно, что электронно-лучевая наплавка азотистых порошковых наплавочных смесей, приготовленных механическим смешиванием определенных композиций компонентов, позволяет сформировать градиентную структуру покрытия, фазовый состав матрицы которой изменяется по толщине в схеме: ФФ + М + А М + А А.

Легирование азотом матричной фазы происходит при термоциклировании, обусловленном многопроходностью процесса наплавки, и связано с растворением нитридных фаз в твердом растворе с образованием при охлаждении пересыщенного азотом аустенита.

Градиентная структура покрытия, состоящая из аустенитно-мартенситных зерен, окруженных прослойками легированного аустенита формируется при введении в наплавочный порошок 07Х17АГ18 порошка железа до 25 % масс. Увеличение абразивной износостойкости аустенитно-мартенситных азотистых покрытий, превышающее в 1,3 раза износостойкость гомогенных аустенитных покрытий, дает наличие демпфирующих прослоек по границам зерен. В поверхностных слоях наплавленных покрытий с аустенитной матрицей формируются напряжения сжатия, направленные от поверхности перпендикулярно подложке.

В зоне сплавления и азотистом покрытии действуют остаточные нормальные напряжения растяжения, под действием которых в условиях абразивного изнашивания в метастабильном аустените стимулируется образование мартенсита деформации. Отслаивание или разрушение покрытий с поверхности маловероятно. Образование внутренних трещин возможно в мартенситной фазе зоны сплавления, с распространением в покрытие, в направлении перпендикулярном подложке. В покрытиях с аустенитно-мартенситной матрицей максимальные растягивающие напряжения концентрируются в мартенсите поверхностных слоев покрытий, и разрушение может развиваться от поверхности в глубь покрытия.

В [28] установлено, что на Стали 45 были сформированы многослойные покрытия карбида титана, с использованием энергии электронного пучка, которые обладают повышенным уровнем микротвердости. С увеличением объемной доли введенных карбидных частиц твердость и толщина покрытия возрастают. Ширина зон термического влияния на образцах первого и второго типа составляет 0,7 мм и 0,9 мм соответственно. Микротвердость в этих зонах изменяется от 3700 до 2000 МПа. На образцах третьего типа переход от покрытия к основному металлу является более резким. На образцах при наплавке трех слоев порошковой смеси зафиксирован максимальный уровень микротвердости (7000 МПа).

Экспериментально в работе [29] были изучены особенности структурообразования композиционных покрытий, полученных электроннолучевой наплавкой смеси порошков (TiB2-Fe) и железа марки ПЖВ, рассчитанных на до,- за- и эвтектические составы.

Показано, что формирование структур покрытий происходит по тому же механизму, по которому кристаллизуются квазибинарные эвтектики металлов с фазами внедрения:

формируются структуры эвтектического типа с некоторым количеством избыточных тугоплавких соединений. Присутствие во всех структурах неравновесных фаз Fe2B, FeB и эвтектик на их основе обусловлено неравновесность процессов, происходящих при интенсивных скоростях нагрева и кристаллизации расплавов. Модифицирующее действие CaF2, ZrO2, Eu2O3 при электронно-лучевой наплавке термореагируюших порошков системы Ti-B-Fe проявляется в значительном измельчении структуры и упрочнении твердого раствора металлической матрицы, это позволяет повысить абразивную износостойкость наплавленных композиционных покрытий и снизить значения коэффициентов трения и, практически износ покрытий свести к нулю в парах трения. Так же установлено, что представленные в работе покрытия, полученные электронно-лучевой наплавкой, обладают наиболее высокими значениями триботехнических характеристик по сравнению с покрытиями, полученными газопламенным напылением и напылением с последующим оплавлением электронным пучком.

Авторами работы [30] был разработан способ комбинированной обработки стали 45, сочетающей электровзрывное легирование (ЭВЛ) медью и последующая электронно-пучковая обработка (ЭПО), обеспечивает повышение износостойкости в 4,5 раза и микротвёрдости в 5…6 раз. Показано, что фазовый состав поверхностных слоёв стали 45 после электровзрывного легирования алюминием и последующей ЭПО сформирован кристаллами мартенсита, прослойками остаточного аустенита, зернами и субзернами феррита и частицами алюминидов железа. Определенно, что комбинированная обработка стали 45 приводит к росту толщины упрочненного слоя. После электровзрывного легирование алюминием и ЭПО микротвёрдость достигает ~8 ГПа, а толщина упрочненного слоя ~45 мкм; после электровзрывного легирование медью ~9 ГПа и ~15 мкм, соответственно. В исходном состоянии микротвёрдость стали 45 составляет 2 ГПа. Далее показано, что упрочнение поверхностного слоя достигается за счет уменьшения размеров кристаллитов (зерен) -железа, формирования закалочной структуры (мартенсит), выделения наноразмерных частиц вторых фаз (алиминидов железа, частиц меди и окислов меди), формирования твердых растворов на основе железа с присутствием атомов углерода, алюминия или меди.

Кроме обработки и наплавки электронным лучом на основной металл из конструкционных сталей, так же упрочняют титановые пластины и наплавляют покрытия на основе титана. В ряде работ оценка коррозионной стойкости покрытий системы «титан-тантал», полученных методом вневакуумной электронно-лучевой обработки, проводилась в кипящем растворе соляной кислоты (HCl). Далее авторами работы было выявлено, что более агрессивное воздействие на титан оказывает десятипроцентный кипящий раствор соляной кислоты по сравнению с азотной кислотой. Неоднозначно легирование танталом влияет на коррозионную стойкость титановых сплавов в растворе HCl.

Наплавленные слои с содержанием тантала до 17 % (вес.) обладают меньшей коррозионной стойкостью по сравнению с титаном технической чистоты.

Введение тантала в титан в малых количествах (~ 4 % вес.) приводит к ускорению коррозионного разрушения материала по бывшим высокоугловым и субзеренным границам -фазы. При легировании титана танталом в количестве 10 % и более границы зерен -фазы обогащаются танталом, что способствует к замедлению их коррозионного разрушения. С целью улучшения коррозионной стойкости в кипящем растворе соляной кислоты содержание тантала в титане должно быть более 22 %.

Дальше исследована структура и свойства покрытий, полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошков ниобия на пластины из технически чистого титана ВТ1-0 и влияние легирующей порошковой смеси, содержащей одновременно CaF2 и LiF флюс. Дальше было выяснено, что на поверхность формируемую в случае наплавки, состав флюса не оказывает влияет на структуру и свойства покрытий. Структура покрытий имеет преимущественно дендритное строение. При больших увеличениях наблюдается структура игольчатого типа. Уровень микротвердости наплавленных слоев составляет 3000-3500 МПа.

К формированию структуры, содержащей углерод в форме графита, карбид титана и твердый раствор углерода в титане приводит электровзрывное науглероживание титанового сплава ВТ1-0. Последующая электронно-пучковая обработка (ЭПО) приводит к формированию на поверхности сплошного слоя карбида титана толщиной 20 мкм. Микротвердость поверхности зоны электровзрывного науглероживания увеличивается по сравнению с основой в 3 раза, достигая 600 НV. При последующем вакуумном отжиге увеличивается содержания карбида титана, что приводит к дополнительному увеличению микротвердости поверхности до 1200…1400 НV. В условиях сухого трения скольжения износостойкость увеличивается в 2,6 и 10 раз, соответственно. После ЭПО микротвердость карбидизированного слоя на поверхности сплава ВТ1-0 составляет 2400 НV. Общая толщина зоны упрочнения достигает 60 мкм. При электровзрывном алитирование титана ВТ1-0 и последующая электроннопучковая обработка приводит к формированию в зоне легирования многофазной, морфологически многокомпонентной, размерно неоднородной структуры.

Выявлено присутствие а- и -титана, а также наноразмерных алюминидов титана различного состава. Общая глубина упрочнённого слоя достигает 30 мкм [31-33].

1.5 Постановка задач

Исходя из литературного обзора, в настоящее время широко исследуются возможности использования КПЭ для упрочнения рабочих поверхностей деталей механизмов и машин. К КПЭ относятся: электронно-лучевая вакуумная и вневакуумная, лазерная и плазменная наплавка, но особое внимание уделяется вневакуумной электронно-лучевой наплавке.

Это связано с тем, что данный способ позволяет модифицировать рабочие поверхности изделий, создавая в наплавочном слое неравновесные структуры которые способствуют увеличению абразивной износостойкости. Соответствующий метод основан на высокоскоростной закалке наплавочных слоев из жидкого состояния со скоростью охлаждения от ~ 104 до ~ 109 К/с. При воздействии вневакуумной наплавки в наплавочных покрытиях в течении тысячных долей секунды происходит сложный комплекс структурных и фазовых превращений.

В качестве наплавочного материала широко начинают использовать композиционные покрытия на основе мартенситных, мартенситно-аустенитных и аустенитных сталях. В качестве упрочняющей фазы применяют карбиды, бориды или карбобориды металлов. Широко себя зарекомендовала в качестве композиционного покрытия быстрорежущая сталь. При реализуемых в условиях электронно-лучевой наплавке скоростях нагрева и охлаждения в данной стали возможно сохранить некоторое количество остаточного аустенита и растворить большое количество упрочняющей фазы в твердом растворе. Многопроходная наплавка позволит частично обеспечить старение ранее наплавленных слоев (выделение дисперсных упрочняющих частиц), что может существенно увеличить их износостойкость.

В тоже время вопросы анализа зоны сплавления с основным материалом и формируемой в нем ЗТВ остаются открытыми. Хотя этот анализ крайне необходим для безаварийной работы с точки зрения адгезии покрытия и формируемых свойств ЗТВ. При данных видах наплавки возможно существенное влияние на формируемую структуру ЗТВ и ее эволюцию при повторном воздействии электронного пучка большой мощности, особенно это касается мегавольтного пучка электронов выведенных в атмосферу.

Целью данной работы является изучение особенностей формирования структуры зоны термического влияния при многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавке композиционных покрытий на основе стали 10Р6М5 на основной металл с разным содержанием углерода (0,2…0,8%).

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи.

1) Провести наплавки композиционных покрытий на основе стали 10Р6М5 с помощью вневакуумной электронно-лучевой установки (ЭЛВ6) на образцы изготовленные из стали 20, 40Х и У8.

2) Изучить структуру ЗТВ в зависимости от числа проходов вневакуумной электронно-лучевой наплавки.

3) Провести анализ полученных структур.

4) Измерить профили микротвердости по толщине покрытий и основного металла.

5) Провести анализ полученных данных и на его основе дать рекомендации по способу вневакуумной наплавки мегавольтным пучком электронов.

2 Материалы, оборудование и методы исследования

2.1 Основной металл и материал покрытия В качестве материала покрытия использовали порошок стали 10Р6М5 и 10Р6М5+30% WC (вес %:C 1, Cr 4, W 6,5, Mo 5, V 2, Si 0,5, Mn 0,55, Ni 0,4, S 0,03, O 0,03,основа Fe) дисперсностью 100 мкм, полученный распылением расплава в воду (ОАО «Туллачермет»). Наплавку проводили на образцы основного металла (подложку), изготовленные из стали 20 и 40Х размером 50100 мм и толщиной 10 мм и стали У8 диаметром 120 мм, и толщиной 25мм. Перед наплавкой образцы подвергали шлифовке и обезжириванию 70% раствором этилового спирта. Для защиты от влияния окружающей среды в наплавочный порошок вводили флюс MgF2.

2.2 Оборудование для наплавки 2.2.1 Устройство ускорителя электронов ЭЛВ-6 Вневакуумная электронно-лучевая наплавка порошковой стали 10Р6М5 и 10Р6М5+30% WC, осуществлялась на промышленном ускорителе электронов ЭЛВ-6 в ИЯФ СО РАН (г. Новосибирск). ЭЛВ6 включает в себя ускоритель, помещенный в сосуд с элегазом, систему выпуска электронов в атмосферу, вакуумную систему, систему управления, систему силового питания и газовую систему. Внутри сосуда располагаются первичная обмотка, высоковольтный выпрямитель со встроенной ускорительной трубкой, высоковольтный электрод и блок управления инжектором. К нижней части установки прикреплены элементы вакуумной системы с выпускным устройством. Устройство выпуска электронов в воздушную атмосферу состоит из трех камер. Камеры последовательно соединены между собой диафрагмами с отверстиями. В каждой из камер поддерживается вакуум и по мере приближения к ускорительной трубке он улучшается до величины 10-4 Па. Проходящий пучок электронов фокусируется вблизи отверстий в диафрагме магнитными линзами. Устройство электромагнитной развертки, устанавливаемое после выпускного отверстия, позволяет управлять пучком электронов в атмосфере и отклонять его от вертикали на угол 45°. Для защиты вакуумной системы от попадания загрязняющих частиц и обеспечения дополнительного охлаждения в процессе наплавки осуществляется обдув плоскости выпускного отверстия струей воздуха. Обрабатываемая деталь располагается на движущемся столике под выпускным отверстием. Ускоритель электронов ЭЛВ6 обладает следующими характеристиками: энергия электронов – 0,8…1,4 МэВ; максимальный ток пучка электронов – 27 мА при мощности пучка в 100 кВт. На рисунке 2.1 представлена упрощенная схема ускорителя ЭВЛ-6.

–  –  –

2.2.2 Технология нанесения покрытий При выполнении работы было проведено несколько серий экспериментов по поиску наиболее эффективного режима наплавки. Выбор технологических режимов основывался на многолетнем опыте сотрудников научнообразовательного центра «Электронно-лучевые технологии», созданного ИЯФ СО РАН.

Как правило, в состав наплавочной смеси входят: порошок стали 10Р6М5 и защитный флюс. Модифицирующая компонента обеспечивает необходимые свойства наплавленного слоя. Не смотря на высокие скорости обработки, окислительное воздействие атмосферы оказывается существенным. Поэтому одной из важнейших задач является выбор флюса. Флюс не только защищает ванну расплава материала от воздействия атмосферных газов в процессе наплавки, но и обеспечивает очистку поверхности порошков и основного металла от оксидных загрязнений. Механизм очистки основан на растворении оксидных пленок во фторидных флюсах. Компоненты флюса не должны кипеть в процессе обработки, так как это приводит к разбросу модифицирующего порошка и, как следствие, к повышению потерь материала.

В данной работе в качестве флюса использовался фторид кальция MgF2.

В процессе обработки флюс образует защитный слой на поверхности обрабатываемого материала и впоследствии легко удаляется. Для минимизации окислительного воздействия воздушной атмосферы шлаковая корка должна полностью покрывать поверхность наплавляемого материала. Обычно отношение количества флюса к основной порошковой смеси выбирается равным 1:1 (ат.%). Это позволяет обеспечить заполнение флюсом пустот между частицами порошка.

На рисунке 2.2 приведена схема технологического процесса наплавки.

Технология получения покрытий состоит из следующих этапов. Порошковая смесь равномерно перемешивается и наносится на предварительно очищенную поверхность стальной заготовки. После нанесения порошок подпрессовывается при давлении 20…50 кПа. Образцы устанавливаются на стол ускорителя электронов, который перемещается относительно пучка электронов. Схема технологического процесса наплавки представлена на рисунке 2.2, а схема наплавки на примере нанесения покрытия на основной металл представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.2 – Схема технологического процесса наплавки

–  –  –

Для увеличения концентрации легирующих компонентов в покрытии могут быть наплавлены второй и последующие слои. Для этого на поверхность стальной заготовки с наплавленным слоем вновь наносят порошковую смесь и технологический процесс повторяется в той же последовательности. Нанесение второго слоя предполагает повышение мощности пучка, так как для расплавления тугоплавких карбидов, присутствующих в однослойном покрытии, необходима более высокая температура, чем при нанесении первого слоя. Оценка качества наплавленных слоев производится на каждом этапе технологического процесса. В процессе обработки осуществляется визуальный контроль (на экране монитора оператора ускорителя), позволяющий оценить степень разлета компонентов порошковой насыпки.

Назначение режимов, которые приводятся в данной работе, основано на проведении многочисленных предварительных экспериментальных исследований. Реализация этих режимов обеспечивает наплавку упрочненных слоев толщиной до 2 мм с производительностью не менее 4,5 м2/ч и слоев толщиной 2…3 мм с производительностью не менее 1,8 м2/ч.

После обработки качество наплавленного слоя оценивается путем внешнего осмотра. Критериями оценки являются равномерность полученного покрытия, легкость удаления шлаковой корки, отсутствие нерасплавившихся частиц порошка и пор. Кроме того, при реализации технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки осуществляется весовой контроль потерь порошковой смеси и флюса.

Энергия пучка при обработке составляла 1,4 МэВ, а ток пучка 22…24 мА.

Заготовки находились на расстоянии 90 мм от выпускного отверстия. При этом гаусовский диаметр пучка электронов на поверхности заготовки составлял 12 мм. Для увеличения обрабатываемой площади осуществлялась электромагнитная развертка пучка электронов. Частота сканирования составляла 50 Гц, ширина сканирования – 50 мм. Заготовки перемещались в продольном направлении относительно выпускного отверстия со скоростью 25 мм/с при плотности порошковой насыпки 0,45 г/см2. Исследуемые образцы после вневакуумной ЭЛН представлены в таблице 2.1.

–  –  –

Увеличение объемной доли упрочняющей фазы в поверхностно легированном слое возможно при использовании двухслойной и трехслойной наплавки.

2.3 Методы исследования Для изучения структуры упрочненного слоя и зоны термического влияния из наплавленных образцов вырезались пластины перпендикулярно наплавленной поверхности по всей ширине (50 мм) образца с помощью универсального отрезного станка. В процессе нарезания пластин-образцов использовалась СОЖ, что позволяло исключить нагрев заготовок.

Далее осуществлялась подготовка шлифов, которая включала в себя шлифование и полирование на абразивных шкурках и алмазных пастах различной дисперсности. Окончательная доводка шлифов производилась на фетровом диске с использованием водного раствора окиси хрома.

Для анализа изменения микротвердости по толщине наплавки, ЗТВ и основного металла использовали прибор ПМТ3М. Микротвердость наплавки замеряли при нагрузке 100 г, а основного металла (включая ЗТВ) при нагрузке 50 г, шагом по глубине 100 мкм в виде двух дорожек в шахматном порядке согласно схеме представленной на рисунке 2.4. Это позволило построить график изменения микротвердости по толщине наплавки с шагом 50 мкм.

Рисунок 2.4 – Схема измерения микротвердости упрочненного слоя и прилегающего к нему основного металла Микроструктуру наплавленного металла и ЗТВ изучали с помощью оптического микроскопа Olympus GX 51 с комплектом прикладных программ SIAMS 700.

В качестве травителя использовали 3% раствор HNO3 в этиловом спирте.

3. Экспериментальная часть На рисунке 3.1 представлена исходная (после отжига) микроструктура стали 20. Анализ данной микроструктуры свидетельствует о наличии ферритных зерен с небольшими отдельными колониями перлита, что действительно соответствует отожжённому состоянию. Средний размер зерен феррита равен 10 мкм. Исходя из оценки объёмного содержания перлита, данная сталь по микроструктуре действительно соответствует стали 20.

Рисунок 3.1 – Исходная микроструктура стали 20 В процессе наплавки порошка стали 10Р6М5 от границы сплавления с покрытием в основном металле формируется зона термического влияния (ЗТВ), протяженность и структура которой изменяется в зависимости от числа проходов электронного луча в процессе наплавки, рис.

3.2. На рисунке 3.2,а представлена макроструктура покрытия и ЗТВ, формирующаяся в объеме основного металла после первого прохода наплавки электронным лучом. В зоне термического влияния, за исключением границы сплавления между наплавленным покрытием и основным металлом, можно выделить два участка, отличающихся микростроением.

Первый участок, непосредственно прилегающий к границе сплавления, имеет грубо игольчатую мартенситнобейнитную структуру с присутствием феррита видманштеттова типа, рис. 3.3,а. Образование такой грубой структуры а б в Рисунок 3.2 – Макроструктура поперечного сечения образцов сталь 20 с наплавленным покрытием; а – один, б – два и в – три прохода электронным пучком. Буквами на рисунке представлены участки ЗТВ и основного металла, микроструктура которых представлена на рисунках 3, 4 и 5

–  –  –

Рисунок 3.4 – Диаграмма твердости в зависимости от термической обработки Стали 20 связано со значительным перегревом исходного аустенитного зерна и последующим быстрым охлаждением.

Из анализа твердости Стали 20 в зависимости от режима термической обработки и ее сравнение с твердостью ЗТВ непосредственно под границей сплавления (рис. 3.4) можно сделать вывод, что первый участок ЗТВ практически соответствует закаленному состоянию.

Толщина первого участка не превышает ~1 мм.

Структура, сформированная в объеме металла второго участка ЗТВ, соответствует феррито-перлитной смеси фаз, рис. 3.3,б. При этом размер зерен феррита увеличен по сравнению с исходной структурой Стали 20, рис. 1.

Толщина этого участка ~0,75 мм. Далее структура Стали 20 не отличается от исходной, рис. 3.1. Общая протяженность всей ЗТВ ~1.75 мм.

При втором проходе электронного луча, в ранее сформированной ЗТВ, за счет повторного термического воздействия происходят следующие изменения. В объеме первого и второго участка происходит рекристаллизация, что приводит к резкому измельчению ферритного зерна, рис. 3.2,б и рис. 3.4,а. Причем степень этого измельчения уменьшается при движении от границы сплавления, рис.

3.5,а,б. Протяженность ЗТВ после второго прохода, которая состоит только из участка 2, ~1.2 мм, рис. 3.2,б. Вне ЗТВ структура соответствует исходной, рис.

3.1 и рис. 3.5,в.

–  –  –

В процессе третьего прохода феррито-перлитная структура ЗТВ имеет более крупный размер кристаллитов по сравнению со структурой, сформированной после второго прохода, рис. 3.2,б,в, рис. 3.5 и рис. 3.6. Это обусловлено последующим температурно-временным воздействием электронного луча на ранее сформированную структуру после первого и второго прохода. Протяженность ЗТВ уменьшается до 0.35 мм.

–  –  –

L, мм в Рисунок 3.7 – Изменение микротвердости по толщине покрытия и основного металла стали 20 после одного (а), двух (б) и трех (в) проходов электронного пучка После второго прохода за счет резкого измельчения ферритно-перлитной структуры ЗТВ величина микротвердости в ней остается на уровне значений характерных для первого прохода, рис. 3.7,а,б. После третьего прохода твердость в ЗТВ даже несколько падает относительно исходного значения при общем уменьшении ширины ЗТВ до 0.35 мм, рис. 3.7,в.

Дополнительное введение карбида вольфрама в наплавочную смесь (сталь 10Р6М5+30%WC) приводит к уменьшению теплового воздействия на ЗТВ в ходе второго и третьего прохода. Это обусловлено более значительным поглощением тепла в процессе наплавки за счет присутствия тугоплавкого карбида вольфрама. Поэтому дисперсная феррито-перлитная структура в ЗТВ формируется только после третьего прохода электронного лучка, рис. 3.8. Для чистой стали 10Р6М5 такая структура формировалась после второго прохода, рис. 3.2,б, рис. 3.5,а. Данные структурные изменения находят свое отражение и в изменении твердости ЗТВ в зависимости от числа проходов электронного пучка, рис. 3.9.

а б в Рисунок 3.8 – Структура поперечного сечения наплавленных композиционной смесью сталь 10Р6М5+30%WC; а – один, б – два и в – три прохода электронным пучком.

ЗТВ

–  –  –

2000 ЗТВ

–  –  –

Детальный анализ ЗТВ на стали 40Х был проведен ранее в дипломной работе студента Матюшкина А.В. в 2016 году. В ней показано, что в зоне термического влияния, помимо переходной зоны между наплавленным покрытием и основным металлом, можно выделить три участка, отличающихся макростроением, рис. 3.10. Для образца, покрытие которого было сформировано за один проход, участок, непосредственно прилегающий к переходной зоне, имеет грубую мартенситно-бейнитную структуру, рис. 3.10,а. Это связано со значительным перегревом исходного аустенитного зерна. Толщина этого участка не превышает 0.6 мм. Из анализа твердости Стали 40Х в зависимости от режима термической обработки и ее сравнение с твердостью ЗТВ непосредственно под границей сплавления (рис. 3.10) можно сделать вывод, что первый участок ЗТВ соответствует закаленному состоянию, так как твердость его немного выше, чем после стандартной термической обработкой, рис 3.11.

а б Рисунок 3.10 – Структура поперечного сечения образцов 40Х с наплавленным покрытием; а – один и б – два прохода электронного пучка. Буквами на рисунке представлены участки ЗТВ и основного металла

–  –  –

Далее формируются два участка, в которых уменьшается размер, как ферритных зерен, так и перлитных колоний. Толщина участка 2 составляет ~1 мм, а участка 3 – 0.7 мм. Ниже третьего участка микроструктура не отличается от исходной стали 40Х, рисунок 3.12.

Рисунок 3.12 – Микроструктура основного металла стали 40Х Для образца, наплавленного за два прохода, участок с грубой мартенситно-бейнитной структурой отсутствует, рис.

3.10,б. Все три участка характеризуются увеличением дисперсности структурных составляющих.

Протяженность 1, 2 и 3 участков равна 0.8, 0.8 и 0.6 мм, соответственно, рис.

3.10,б.

На рисунке 3.13,а представлена исходная структура стали У8. Анализ данной микроструктуры свидетельствует о наличии колоний перлита, что соответствует структуре эвтектоидной стали. При анализе структуры с меньшим увеличением хорошо проявляются менее протравленные полосы, в которых формируется дисперсная перлитная структура, рис. 3.13,б. Наличие таких полос обусловлено структурной наследственностью, которая была получена при прокатке. Кроме того в данных полосах наблюдаются вытянутые неметаллические включения.

а б Рисунок 3.13 – Структура основного металла стали У8 В процессе наплавки порошка стали 10Р6М5 в основном металле У8 сформировалась зона термического влияния, протяженность и структура которой зависит от числа проходов электронного пучка, рис. 3.14. После первого прохода электронного луча зону термического влияния можно разделить на два участка, структура которых отличается друг от друга. Структура первого участка состоит из аустенитной матрицы в объеме зернен которой располагаются иглы мартенсита рис. 3.15,а. Сталь У8 после электронно-лучевой наплавки имеет твердость которая характерна, твердости закаленного состояния после стандартной термической обработки, рис. 3.16.

–  –  –

Во втором участке структура состоит из перлита (рис. 3.15,б), через который проходят светлые полосы вглубь основного металла. Толщина первого участка составляет 1, а второго 2,6 мм. Далее структура характерна для исходной Стали У8, рис. 3.13.

После второго прохода электронно-лучевой наплавки в ЗТВ так же образуется два участка, рис.3.14,б. Первый участок имеет закаленную структуру (рис. 3.17,а), что и после наплавки первого прохода рис. 3.15,а. Второй участок имеет перлитную структуру с присутствием ферритных зерен в малом количестве, рис. 3.17,б.

–  –  –

На рисунке 3.19 показано изменение ширины ЗТВ от содержания углерода в основном металле. Анализируя данные можно сделать вывод, что при изменении содержании углерода в основном металле от 0.2 до 0.4 % (вес) ширина ЗТВ увеличивается но не значительно, а при увеличении углерода до 0.8% ширина ЗТВ увеличивается в ~2 раза и не изменяется вне зависимости от числа проходов электронного луча при наплавке (2 прохода).

Рисунок 3.19 – Сравнение ширины ЗТВ от содержания углерода в основном металле % (вес) На рисунке 3.

20 представлено изменение твердости в ЗТВ от содержания углерода в основном металле. На основании этих данных можно сделать вывод, что при наплавке первого и второго прохода на основной металл содержащий 0.2 и 0.4% углерода твердость в ЗТВ возрастает с 1458 до 1615 ГПа с 3500 до 3888 ГПа соответственно. При наплавке на Сталь У8 твердость в ЗТВ остается неизменной после двух проходов и равна 6910 ГПа.

–  –  –

Целью данной работы является с помощью Fast анализа выявить оптимальные функции используемого объекта для исследования микротвердости, (микротвердомера) ПМТ3М.

В качестве предмета исследования выбран микротвердомер ПМТ3М показанный на рис. 4.1, так как с помощью него производились основная часть исследования по измерении микротвердости.

–  –  –

4.1 Описание главной, основных и вспомогательных функций, выполняемых объектом В данном разделе рассмотрим из каких деталей состоит микротвердомер

ПМТ3М. Выявим из каких деталей состоит этот прибор и разобьем их на:

главные, основные и вспомогательные функции. Данные прибора показаны в таблице 4.1.

–  –  –

На основании таблицы 4.1 можно сказать, что пять выполняют главных, (Трансформатор, осветитель и т.д.) одиннадцать основных (Гирька, предметный столик и т.д.) и восемь вспомогательных (Винт, рукоятка и т.д.) функции.

4.2 Определение значимости выполняемых функций объектом После определения главных, основных и вспомогательных функций, на которые делится данный прибор построим таблицу 4.2. Для определения значимости выполняемых функций, объектом исследования является ПМТ3М.

Таблица 4.2.

1 Матрица смежности.

–  –  –

4.3 Определение значимости функций Определяем значимость функций путем деления балла, полученного по каждой функции, на общую сумму баллов по всем функциям. Так, для основания 8/50=0,16; колонны 7/50=0,14; 5/50=0,1; зажимного винта 6/50=0,12; барашка грубого движения 9/50=0,18; барашка микрометрического движения 10/50=0,2;

рукоятки 5/50=0,1; барашка 8,5/50=0,17; предметного столика 9/50=0,18; винта 5/50=0,1; стопорного винта 7/50=0,14; рукоятки 7/50=0,14; призмы 9,5/50=0,19;

пластины 4/50=0,08; механизма нагружения (шток) 8,5/50=0,17; оправки с алмазной пирамидой 9,5/50=0,19; гирьки 5,5/50=0,11; рукоятки арретира 5,5/50=0,11; осветителя 8,5/50=0,17; светофильтров 5,5/50=0,11; трансформатора 11,5/50=0,23; винтового окуляр-микрометра 10,5/50=0,21.

4.4 Анализ стоимости функций, выполняемых объектом исследования Далее после определения значимости функций производим анализ стоимости функций объекта ПМТ3М в таблице 4.4.

–  –  –

=3165,7 =1

4.5 Построение функционально-стоимостной диаграммы объекта и ее анализ Информация об объекте исследования, собранная в рамках предыдущих стадий, на данном этапе обобщается в виде функционально-стоимостной диаграммы (ФСД) (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 Функционально-стоимостная диаграмма Анализ, приведенный выше ФСД показывает явное наличие рассогласования по функциям 5, которым являются: барашек грубого сечения.

Необходимо провести работы по ликвидации данных диспропорций.

Для того чтобы уменьшить затраты нужно приобрести микротвердомер автоматического действия с помощью программы на компьютере можно будет измерять диагонали отпечатка либо упростить конструктивность элементов.

Данный твердомер будет стоить примерно 500000 тыс/руб затраты на приобретение необходимого оборудования будет нести кафедра ОТСП ИНК.

Этим оборудование будут пользоваться будущее студенты кафедры. После этих изменений диаграмма будет выглядеть так.

Рисунок 4.3 Функционально-стоимостная диаграмма после оптимизации 5 Социальная ответственность При выполнении магистерской диссертации большая часть времени проводилась в 315 лаборатории 16А корпуса.

В этой аудитории проводилась определение микротвердости на образцах с наплавкой с помощью микротвердомера ПМТ-3М и определение структуры с помощью компьютера.

Рабочим местом является отдельное помещение (лаборатория). Так как данное помещение находиться внутри здания, на проектировщика возможны действия следующих вредных и опасных факторов: отклонение показателей микроклимата, недостаточная освещенность, превышение уровня шума, ультрафиолетовое излучение, электрический ток, пожар. Воздействие вредных производственных факторов на работающих может привести к заболеванию и снижению производительности труда.

5.1 Производственная безопасность

При организации рабочего места, следует принять во внимание тот факт, что качество и производительность труда, зависят от существующих на данном рабочем месте условий труда и соответствия этих условий установленным нормам.

Организация рабочего места заключается в выполнении ряда мероприятий, обеспечивающих рациональный и безопасный труд и должна соответствовать ГОСТ 22269–76.

Во время работы с компьютером и микротвердомером возможно воздействие следующих опасных и вредных физических факторов:

1) повышенный уровень шума на рабочем месте;

2) недостаточная освещенность рабочей зоны;

3) повышенный уровень статического электричества.

К работам с компьютером и микротвердомером допускаются лица:

1) прошедшие медицинское обследование;

2) прослушавшие вводный инструктаж по электробезопасности с присвоением 1-й квалификационной группы;

3) прошедшие курс обучения принципам работы с вычислительной техникой и специальное обучение работе на ПЭВМ с использованием конкретного программного обеспечения;

4) ознакомленнвые с инструкциями по эксплуатации на используемые на рабочем месте средства оргтехники (собственно ПЭВМ, принтеры, сканеры, источники бесперебойного питания и т.п.);

5) прошедшие проверку знаний правил по охране труда и пожарной безопасности.

Воздушная среда и микроклимат рабочего помещения

Микроклимат в производственном помещении оказывает существенное влияние на здоровье и самочувствие людей. Значительные колебания микроклимата могут приводить к перегреву или переохлаждению организма, что снижает производительность труда и влечет за собой заболевания и травматизм.

Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда.

Микроклимат производственных помещений определяется действующими на организм сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температуры окружающих поверхностей.

Оптимальные микроклиматические условия обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8 часовой рабочей смены, не вызывают отклонений в состоянии здоровья и создают предпосылки для высокой работоспособности.

Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны должны соответствовать ГОСТ 12.1.005–88. Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха приведены в таблице 5.1 для категории 1б, к ней относятся работы с интенсивностью энерготрат 121…150 ккал/ч (140…174 Вт), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением.

Для помещения без избытка выделения тепла для работ категории тяжести 1б оптимальные параметры микроклимата должны соответствовать требованиям таблицы.

–  –  –

В помещении t = 24оС, относительная влажность 55% и скорость движения воздуха равняется0,1 м/с. Из таблицы 5.1 видно, что в анализируемой комнате параметры микроклимата соответствуют нормам.

Микроклимат комнаты поддерживается на оптимальном уровне системой водяного центрального отопления, естественной вентиляцией, а также искусственным кондиционированием и дополнительным прогревом в холодное время года.

Уровень шума на рабочем месте

Шум является общебиологическим раздражителем и в определенных условиях может влиять на органы и системы организма человека. Шум ухудшает точность выполнения рабочих операций, затрудняет прием и восприятие информации. Длительное воздействие шума большой интенсивности приводит к патологическому состоянию организма, к его утомлению. Интенсивный шум вызывает изменения сердечнососудистой системы, сопровождаемые нарушением тонуса и ритма сердечных сокращений, изменяется артериальное кровяное давление.

Методы установления предельно допустимых шумовых характеристик стационарных машин изложены в ГОСТ 12.1.003–2014. Шум на рабочих местах также может проникать извне через открытые проемы форточек, окон и дверей из кабинета в коридор. Для оценки шума используют частотный спектр измеряемого уровня звукового давления, выраженного в децибелах (дБ), в активных полосах частот, который сравнивают с предельным спектром (таблица 5.2).

Таблица 5.2 – Уровни звукового давления (по ГОСТ 12.

1.003–83) Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со Уровни звука и среднегеометрическими частотами в Гц эквивалентны 100 1000 2000 4000 8000 е уровни 1,5 3 25 50 звука, дБА Измерения уровней шума в лаборатории показали, что он не превышает нормативных значений.

–  –  –

Освещение рабочего места – важнейший фактор создания нормальных условий труда. Согласно санитарно-гигиеническим требованиям рабочее место инженера должно освещаться как естественным, так искусственным освещением. Естественное освещение проникает в помещение через одно большое окно в светлое время суток. Естественное освещение по своему спектральному составу является наиболее приемлемым. Искусственное же отличается относительной сложностью восприятия его зрительным органом человека.

Недостаточная освещенность рабочего места не только уменьшает остроту зрения, но и вызывает утомление организма в целом, что приводит к снижению производительности труда и увеличению опасности заболеваний человека. Поэтому с целью обеспечения требуемых норм освещенности необходимо произвести расчет искусственной освещенности. Для расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности основным является метод светового потока (коэффициента использования), учитывающий световой поток, отраженный от потолка и стен. При работе с персональным компьютером в сочетании с работой с нормативной и технической документацией согласно действующим нормам СНиП 230595 для искусственного освещения регламентирована наименьшая допустимая освещенность, а для естественного и совмещенного определены коэффициенты естественной освещенности (КЕО).

Нормативное значение КЕО для третьего пояса светового климата (расположение города Томска) в соответствии с СП 52.13330.2011 при третьем разряде зрительной работы (IIIг: контраст малый и средний, фон светлый и средний), при естественном боковом освещении КЕО,ен= 1,2 %, освещенность при искусственном освещении – 200 лк, ослепленность 40 ед. и пульсации искусственного освещения не более 15%. Рекомендуемая освещенность для работы с экраном дисплея составляет 200 лк, а при работе с экраном в сочетании с работой с документами 400 лк согласно СП 52.13330.2011

Электробезопасность

Все оборудование должно быть выполнено в соответствии с требованиями ГОСТ Р 12.1.0192009.

Кабинет, в котором выполнялась работа, относится к категории помещений без повышенной опасности, поскольку она характеризуется следующими признаками: температура воздуха и влажность в норме, отсутствие сырости. Но в процессе деятельности с компьютером и микротвердомером, работающим от источника тока, может возникнуть опасность поражения электрическим током. Основными причинами этого могут послужить следующие факторы: прикосновение к токоведущим частям или прикосновение к конструктивным частям, оказавшимся под напряжением.

С целью исключения опасности поражения электрическим током необходимо соблюдать следующие правила электрической безопасности:

1) перед включением компьютера и микротвердомера в сеть должна быть визуально проверена ее электропроводка на отсутствие возможных видимых нарушений изоляции, а также на отсутствие замыкания токопроводящих частей на корпус компьютера;

2) при появлении признаков замыкания необходимо немедленно отключить от электрической сети компьютера и микротвердомера;

3) запрещается при включении компьютера и микротвердомера одновременно прикасаться к приборам, имеющим естественное заземление.

К защитным мерам от опасности прикосновения к токоведущим частям электроустановок относятся: изоляция, ограждение, блокировка, пониженные напряжения, электрозащитные средства.

Среди распространенных способов защиты от поражения электрическим током при работе с электроустановками различают:

1) защитное заземление – предназначено для превращения «замыкания на корпус» в «замыкание на землю», с тем, чтобы уменьшить напряжение прикосновения и напряжение шага до безопасных величин (выравнивание самый распространенный способ защиты от поражения электрическим током;

2) зануление – замыкание на корпус электроустановок;

3) системы защитного отключения – отключение электроустановок в случае проявления опасности пробоя на корпус;

4) защитное разделение сетей;

5) предохранительные устройства.

К работам на электроустановках допускаются лица, достигшие 18 лет, прошедшие инструктаж и обученные безопасным методам труда. К тому же электробезопасность зависит и от профессиональной подготовки работников, сознательной производственной и трудовой дисциплины. Целесообразно каждому работнику знать меры первой медицинской помощи при поражении электрическим током.

В Лаборатории реализовано защитное заземление приборов, предохранительные устройства, а также защитное разделение сетей

5.2 Экологическая безопасность

Охрана окружающей среды – это комплексная проблема и наиболее активная форма её решения: сокращение вредных выбросов промышленных предприятий через полный переход к безотходным или малоотходным технологиям производства. Охрану природы можно представить как комплекс государственных, международных и общественных мероприятий, направленных на рациональное использование природы, восстановление, улучшение и охрану природных ресурсов.

Многие предприятия сейчас внедряют новейшие технологии в процесс эксплуатации, отчистки и утилизации отходов производства. Так, внедрение электрооборудования, ПЭВМ, различных средств вычислительной техники значительно упрощают процесс проектирования, эксплуатации, а также утилизации и защиты природы от вредных воздействий человечества. Например, инженер, использует электронные пакеты обработки и носители информации, что значительно сокращает применение бумаги, а значит и вырубку тысячи гектаров леса. Но применение ПК и микротвердомера приводит к увеличению затрат электроэнергии, количества электростанций и их мощностей.

Соответственно, рост энергопотребления приводит к таким экологическим нарушениям, как глобальное потепление климата, загрязнение атмосферы и водного бассейна Земли вредными и ядовитыми веществами, опасность аварий в ядерных реакторах, изменение ландшафта Земли. Целесообразным является разработка и внедрение систем с малым потреблением энергии. Проблему с выбросом перегоревших люминесцентных ламп можно частично решить при выполнении требований утилизации соответствующих ламп.

При написании дипломного проекта были следующие отходы:

использованная бумага, вата и ткань, которые в ходе их непригодности выкидывались в мусорное ведро, а затем и в мусорный контейнер. Ощутимых вредных выбросов в атмосферу и водные источники не производилось, радиационного заражения не произошло, чрезвычайные ситуации не наблюдались, поэтому существенных воздействий на окружающую среду и соответственно вреда природе не оказывалось.

5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуация

Чрезвычайные ситуации относится к совокупности опасных событий или явлений, приводящих к нарушению безопасности жизнедеятельности. К ним относятся: высокие и низкие температуры, физическая нагрузка, поражающие токсичные дозы сильнодействующих ядовитых веществ, высокие дозы облучения, производственные шумы и вибрации и многое другое могут приводить к нарушению жизнедеятельности человека.

Основными причинами возникновения чрезвычайных ситуаций являются, во-первых, внутренние, к которым относятся: сложность технологий, недостаточная квалификация персонала, проектно-конструкторские недоработки, физический и моральный износ оборудования, низкая трудовая и технологическая дисциплина. Во-вторых, внешние чрезвычайные ситуации, - это стихийные бедствия, неожиданное прекращение подачи электроэнергии, воды, технологических продуктов, терроризм, войны.

Определение воздухообмена в жилых и общественных помещениях В жилых и общественных помещениях постоянным вредным выделением является выдыхаемая людьми углекислота (СО2 ).

Определение потребного воздухообмена производится по количеству углекислоты, выделяемой человеком и по допустимой ее концентрации.

Содержание углекислоты в атмосферном воздухе можно определить по химическому составу воздуха.

Однако, учитывая повышенное содержание углекислоты в атмосфере населенных пунктов, следует принимать при расчете содержание СО2:

для сельских населенных пунктов 0,35 л/м3 для малых городов (до 300 тыс. жителей) 0,375 л/м3 для больших городов (свыше 300 тыс. жителей) 0,4 л/м3 Необходимо определить потребную кратность воздухообмена в помещении, где работают три человека.

По таблице 3 определяем количество СО2,выделяемой одним человеком g = 23 л/ч. По таблице 4 определяем допустимую концентрацию СО2, Хв = 1 л/м3 и содержание СО2 в наружном воздухе для больших городов принимаем: Хн = 0.5 л/м3.

Определяем потребный воздухообмен:

L = 23*3/(1 - 0.5) = 138 м3/ч О т в е т: L = 138 м3/ч

5.4 Пожарная безопасность

Пожарная безопасность предусматривает обеспечение безопасности людей и сохранения материальных ценностей предприятия на всех стадиях его жизненного цикла. Основными системами пожарной безопасности являются системы предотвращения пожара и противопожарной защиты, включая организационно-технические мероприятия.

Возникновение пожара в кабинете может быть обусловлено следующими факторами: в современных ПК очень высокая плотность размещения электронных схем. При протекании по ним электрического тока выделяется значительное количество тепла, что может привести к повышению температуры отдельных узлов до 100 С. При этом возможно оплавление изоляции соединительных проводов, их оголение, как следствие - короткое замыкание, сопровождаемое искрением.

Следовательно, для целей обеспечения пожарной безопасности эксплуатация ПК и микротвердомера связана с необходимостью проведения обслуживающих, ремонтных и профилактических работ. При этом используются различные смазочные материалы, легковоспламеняющиеся жидкости, прокладывают временные электропроводки, ведут пайку и чистку отдельных узлов и деталей. Также всегда есть вероятность дополнительной пожарной опасности, которая требует соответствующих мер пожарной профилактики.

Пожарная профилактика – комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение безопасности людей, на предотвращение пожара, ограничение его распространения, а также на создание условий для успешного тушения пожара. Успех борьбы с пожаром во многом зависит от его своевременного обнаружения и быстрого принятия мер по его ограничению и ликвидации.

Исходя из установленной номенклатуры обозначений зданий по степени пожароопасности, анализируемое в данной работе помещение относится в категории В.

Среди организационных и технических мероприятий, осуществляемых для устранения возможности пожара, выделяют следующие меры:

-использование только исправного оборудования;

-проведение периодических инструктажей по пожарной безопасности;

-назначение ответственного за пожарную безопасность помещений предприятия;

-издание приказов по вопросам усиления пожарной безопасности

-отключение электрооборудования, освещения и электропитания по окончании работ;

-курение в строго отведенном месте;

-содержание путей и проходов для эвакуации людей в свободном состоянии.

Кабинет должен быть оборудован огнетушителями (ОП3 – 1 шт., ОУ3

– 1 шт.). В кабинете имеется силовой щит, который позволяет мгновенно отключить электрическое питание. На видном месте в коридорах вывешены инструкции и обязанности сотрудников и план эвакуации в случае пожара. В случаях, когда не удается ликвидировать пожар самостоятельно, необходимо вызвать пожарную охрану и покинуть помещение, руководствуясь разработанным и вывешенным планом эвакуации.

На рисунке 5.1 представлен план эвакуации при пожаре и других ЧС из кабинета 315.

Рисунок 5.1 – План эвакуации при пожаре и других ЧС из кабинета 315.

5.5 Организационные мероприятия обеспечения безопасности Помещения должны иметь естественное и искусственное освещение.

Расположение рабочих мест за мониторами и другими приборами для взрослых пользователей в подвальных помещениях не допускается.

Площадь на одно рабочее место с компьютером и другими приборами для взрослых пользователей должна составлять не менее 6 м2, а объем – не менее 20 м3.

Помещения с компьютерами должны оборудоваться системами отопления, кондиционирования воздуха или эффективной приточно-вытяжной вентиляцией.

Для внутренней отделки интерьера помещений с компьютерами и другими световыми приборами должны использоваться диффузно-отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка — 0,7…0,8; для стен — 0,5…0,6; для пола — 0,3…0,5.

Поверхность пола в помещениях, эксплуатации компьютеров и других световых приборов должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для очистки и влажной уборки, обладать антистатическими свойствами. В помещении должны находиться аптечка первой медицинской помощи.

–  –  –

В работе изучена особенность формирования структуры зоны термического влияния при многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавке композиционных покрытий на основной металл с разным содержанием углерода (0,2, 0,4 и 0,8%). На основе полученных данных сделаны следующие выводы.

В Стали 20 после наплавки первого прохода ЗТВ, общей 1.

протяженностью ~1.75 мм, состоит из двух участков. Первый участок, непосредственно прилегающий к границе сплавления, имеет грубо игольчатую мартенситно-бейнитную структуру с присутствием феррита видманштеттова типа. В объеме металла второго участка ЗТВ формируется феррито-перлитная смесь фаз. Размер зерен феррита увеличен по сравнению с исходной структурой Стали 20.

При втором проходе электронного луча в объеме первого и второго 2.

участка происходит рекристаллизация, что приводит к резкому измельчению ферритного зерна. Протяженность ЗТВ ~1.2 мм. В процессе третьего прохода феррито-перлитная структура ЗТВ имеет более крупный размер кристаллитов по сравнению со структурой, сформированной после второго прохода.

Дополнительное введение карбида вольфрама в наплавочную смесь 3.

(сталь 10Р6М5+30%WC) приводит к уменьшению теплового воздействия на ЗТВ в ходе второго и третьего прохода. Это обусловлено более значительным поглощением тепла в процессе наплавки за счет присутствия тугоплавкого карбида вольфрама. Поэтому дисперсная феррито-перлитная структура в ЗТВ формируется только после третьего прохода электронного лучка.

Для стали 40Х зона термического влияния состоит из трех участков:

4.

участок, непосредственно прилегающий к переходной зоне, имеет грубую мартенситно-бейнитную структуру, и два участка, в которых уменьшается размер, как ферритных зерен, так и перлитных колоний. При увеличении числа проходов электронного луча участок с грубой мартенситно-бейнитной структурой отсутствует.

Установлено, что в Стали У8, независимо от числа проходов 5.

электронного луча (один или два), ЗТВ делится на два участка (с аустенитномартенситной и перлитной структурами).

Показано, что при изменении содержании углерода в основном 6.

металле от 0.2 до 0.4 % (вес) ширина ЗТВ практически не изменяется, а при увеличении углерода до 0.8% ширина ЗТВ увеличивается в ~2 раза и ее твердость сохраняется на уровне 6910 ГПа.

Способ вневакуумной наплавки мегавольтным пучком электронов 7.

может успешно применяться для упрочнения конструкционных сталей с содержанием углерода до 0,4…0,45%.

В результате исследования объекта микротвердомер ПМТ-3М с 8.

помощью Fast – анализа были выявлены функции, которые функционально нецелесообразны и на них приходятся основные затраты. Методы для минимизации затрат и их оправдания приведены в пункте 4.5.

Список публикаций студента

1.Шаронов К.С., Матюшкин А.В. Особенности формирования структуры зоны термического влияния в малоуглеродистой конструкционной при многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавке. Научный руководитель – д-р тех. наук, проф. Гнюсов С.Ф. Сборник научных трудов X Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии.

Инновации», Новосибирск 5-6 декабря2016 г. в 9 ч.: НГТУ – 2016. – Ч.3. – 245с.

2. Шаронов К.С., Матюшкин А. В., Голковский М.Г. Особенности формирования структуры зоны термического влияния в малоуглеродистой конструкционной при многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавке. Научный руководитель – д-р тех. наук, проф. Гнюсов С.Ф. Сборник трудов V Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Томск 5-7 декабря 2016 г. ТПУ – 2016. – 464с.

Список используемых источников

1. Гнюсов С.Ф, Дураков В.Г. Особенности технологии наплавки и подготовки композиционных наплавочных смесей Ч.1. // Сварочное производство. 2007.

№12. 12-15с.

2. Technological applications of BINP industrial electron accelerators with focused beam extracted into atmosphere / S.N. Fadeev, M.G. Golkovski, A.I. Korchagin, N.K.

Kuksanov et al. // Radiation Physics and Chemistry. 2000. – V.57. – №3-6. – Р.653Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. // Издание 3-е, переработанное и дополненное. – М. «Металлургия» 1983.

4. Попов А.А, Попова Л.Е. Справочник термиста // Издательство: г.Свердловск.;

Машиностроительной лит-ры. 1961. – 430 с.

5. Стали и сплавы. Марочник // В.Г. Сорокин, А.В. Волоспикова, С.А. Вяткин и др. / Под общ. ред. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.

6. Технологии поверхностного упрочнения деталей машин: учебное пособие // Т.Ю. Степанова. Иваново., Иван. гос. хим.-технол. ун-т. 2009. 64с.

7. Электронный луч в формировании неравновесных структур: монография / С.Ф. Гнюсов, В.Г. Дураков. – г. Томск., Издательство ТПУ, 2012. 115с.

8. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / А.Г.

Григорьянц. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. 2006. 664с.

9. А Хасуи, О Моригаки. Наплавка и напыление // Пер. с яп. В.Н. Попова; Под ред. В.С. Степина, Н.Г. Шестеркина. М., Машиностроение. 1985. 240с.

Лазерно-плазменные технологии создания новых композиционных 10.

морозостойких покрытий на хладостойких сталях и сплавах. // С.Н. Багаев, Г.Н Грачёв, П.А. Пинаев. г. Новосибирск., Институт лазерной физики СО РАН, Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН. 2015.

11. Гнюсов С.Ф, Дураков В.Г. и др. Особенности технологии наплавки и подготовки композиционных наплавочных смесей Ч.2. // Сварочное производство. 2007. №12. 1215с.

12. Белюк С.И, Самарцев В.П, Рау А.Г. / Электронно-лучевая наплавка в черной металлургии // Физическая мезомеханика. 2006. №9. 157-160с.

13. И.М. Полетика., М.Г.Голковский и др. Формирование упрочняющих покрытий методом наплавки в пучке релятивистских электронов // Физика и химия обработки материалов. 2005. №5. 29-41с.

14. Microstructure evolution and mechanical properties of eutectoid steel with ultrafine or fine (ferrite + cementite) structure / Chengsi Zheng, Longfei Lia, Wangyue Yang, Zuqing Sun. // Materials Science & Engineering A 599. (2014). P.16-24.

15. The effects of TiC grain size and steel binder content on the reciprocating wear behaviour of TiC-316L stainless steel cermets / Chukwuma C.Onuoha, Chenxin Jin, ZoheirN.Farhat, GeorgesJ.Kipouros, KevinP.Plucknett. // Wear. 350-351. (2016).

– P.116-129.

16. The effect of martensite volume fraction on the scratch and abrasion resistance of a ferrite–martensite dual phase steel / Xiaojun Xu, Sybrand van der Zwaag, Wei Xu. // Wear. №348-349. (2016). – P.80-88.

17. The effect of ferrite–martensite morphology on the scratch and abrasive wear behaviour of a dual phase construction steel / Xiaojun Xu, Sybrand van der Zwaag, Wei Xu. // Wear. №348-349. (2016). – P.148-157.

18. Comparisons of the two-body abrasive wear behaviour of four different ferrous microstructures with similar hardness levels / Balaji Narayanaswamy, Peter Hodgson, Hossein Beladi. // Wear. №350-351. (2016). – P.155-165.

19. Abrasive wear resistance of WC–Co and WC–AISI 304 composites by ballcratering method / L.M. Vilhena, C.M. Fernandes, E. Soares, J. Sacramento et al. // Wear. №346-347. (2016). P.99-107.

20. Муль Д.О, Белоусова Н.С, Кривиженко Д.С, Шевцова Л.И. Электроннолучевая наплавка титан- и танталсодержащих порошковых смесей на образцы из стали 40х // Обработка металлов. 2014. № 2. 117-126с.

21. Иванов Ю. Ф, Колубаеваю Ю. А, Коноваловю С. В, Ковалью Н. Н.

Модификация поверхностного слоя стали при электронно-лучевой обработке // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. № 12. 10-16с.

22. Батаева Е.А. Повышение конструктивной прочности углеродистых сталей путем формирования градиентной структуры с использованием вневакуумной электронно-лучевой поверхностной обработки // Автореферат. г. Новосибирск.

2007. – 217с.

23. Лосинская А.А. Повышение износостойкости сталей методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки углеродосодержащих порошковых смесей // Автореферат. г. Новосибирск. 2013. С 190.

24. Крылова Т.А. Формирование износостойких и коррозионно-стойких покрытий вневакуумной электронно-лучевой наплавкой на низкоуглеродистую сталь // Автореферат диссертации. г. Томск. 2011. – 163с.

25. Перовская М.В. Создание износостойких и коррозионно-стойких слоев методами вневакуумной электронно-лучевой закалки и наплавки. // Автореферат диссертации. г. Томск. 2007. – 173с.

26. Теплых А.М. Поверхностное упрочнение низкоуглеродистой стали с использованием технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки борсодержащих порошков. // Автореферат диссертации. г. Новосибирск. 2011.

– 180с.

27. Иванова Е.А. Структура и свойства износостойких электронно-лучевых покрытий на основе азотистых твердых растворов. // Автореферат диссертации.

г. Томск. 2009. – 152с.

28. Муль Д.О, Шмидт А.Н. Многослойная наплавка карбидосодержащих порошковых смесей на углеродистую сталь с использование высокоэнергетического электронного пучка, выведенного в воздушную атмосферу. I Международная научно-практическая конференция. г.

// Новосибирск. 2013. 536-541с.

29. Колесникова К.А. Композиционные износостойкие покрытия системы Ti-BFe, полученные методом электронно-лучевой наплавки в вакууме. // Автореферат диссертации. г. Томск. 2008. – 170с.

30. Филимонов С.Ю. Закономерности формирования структуры и свойств поверхностного слоя стали 45, модифицированной методами электровзрывного легирования и электронно-пучковой обработки. // Автореферат диссертации. г.

Томск. 2012. – 203с.

31. Журавина Т.В, Батаев И.А, Голковский М.Г, Руктуев А.А. Коррозионная стойкость слоев «TI-TA», сформированных методом вневакуумной электроннолучевой наплавки порошковой смеси на пластины из технически чистого титана.

// Ползуновский вестник. 2012. №3. 80-84с.

32. Поляков И.А, Самойленко В.В, Ленивцева О.Г. Влияние состава защитного флюса на структуру и свойства покрытий системы «Ti-Nb» полученные методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки. г. Новосибирск. 2013. 71-75с.

33. Карпий С.В. Особенности поверхностного упрочнения титана при электровзрывном легировании и электронно-пучковой обработке. // Автореферат диссертации. г. Новокузнецк. 2011. – 150с.

–  –  –

1.1 General information about structural steels 1020, 5140H, W1-7 Steel 1020. Structural steel is used for the manufacture of machine parts, structures and construction. It can be carbon and alloy steel. The carbon content in this group of steels does not exceed 0.5 0.6%, but it can reach 0.8 85%.

Details of modern machines and structures operate under conditions of high dynamic loads, stress concentrations and low temperatures. All this contributes to brittle failure and reduces the reliability of machines. Therefore, structural steel in addition to mechanical properties, determined by standard tests (tensile strength, shortterm strength limit, relative extension, relative narrowing, coefficient of temperature expansion, HB) should have a high structural strength, i.e. strength, which manifests itself in a real application (details, designs) and describes their ability to withstand sudden destruction in the presence of peak voltages. Structural steels should be well processed by pressure (rolling, forging, grinding, etc.), not prone to grinding cracks, have high hardenability and low propensity to decarburization, deformation and cracking during hardening [3]. Figure 1.1 shows a diagram of the isothermal decay of a supercooled austenite of steel 1020 [4].



Pages:   || 2 |
Похожие работы:

«Russian Journal of Biomechanics, Vol. 4, № 4: 9-18, 2000 Rs n u ia s Ju a ornl oBmhn s f ioe aic c w. i m.c w oe ar wb c.u h Российская академия наук Министерство образования Российской Федерации Министерство промышленности, науки и технологий Российской Федерации VIII ВСЕРО...»

«СЛУЖБА СЛУЖБА КЪЫРЫМ ДЕРЖАВНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО РЕСПУБЛИКАСЫНЫ БУДІВЕЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬНОГО ДЕВЛЕТ НАГЛЯДУ НАДЗОРА КЪУРУДЖЫЛЫКЪ РЕСПУБЛІКИ КРИМ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ НЕЗАРЕТИ " 01 " января 2015 г. ПРИКАЗ № 8 "А" Об утверждении Положения о сообщении государственными гражд...»

«Памятники литературным героям Данный материал используется на уроках литературы, для внеклассных меропириятий. Необычные памятники Памятники люди начали возводить в очень давние времена. С античных времн сохранилось...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" _ Институт социально-гуманита...»

«1 1. Цели и задачи изучения дисциплины "Тампонаж горных пород"1.1. Цели изучения дисциплины В соответствии с ФГОСом целью изучения дисциплины "Тампонаж горных работ" является подготовка специалиста к обл...»

«Грани гидрологии Под редакцией Джона К. Родда ЛЕНИНГРАД ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ 1987 УДК 5 6(0 2 0 2 5 8 )-2 -8 П еревод с английского Н. П. Артемьевой, В. В. Голосова Под редакцией канд. геогр. наук В. В. Куприянова Авторы книги — 19 ведущих ученых в области гидрологии и метеорологии из 7 стран. В книге излагаю тся современны...»

«Печь отопительная твердотопливная "Ставр"ИНСТРУКЦИЯ ПО МОНТАЖУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПАСПОРТ. Руководство по монтажу и эксплуатации предназначено для изучения принципа работы, правил эксплуатации и обслуживания печи. В ру...»

«155М 2223-5396 Веснж Гродзенскага дзяржаунага ушверслтэта 1мя Яню Купалы Тэхн1ка 4 (163), 2013 36 "Вестк Гродзенскага дзяржаунага ушверЫтэта иия Яны Купалы. Серыя 6. Тэхшка" УДК 678.675:6...»

«МЕХАНИЗМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИННОВАТИЗАЦИИ СФЕРЫ УСЛУГ РОССИЙСКОЙ ЭКОНОМИКИ THE MECHANISM TO ENSURE INNOVATIZATION SPHERE OF SERVICES IN RUSSIAN ECONOMY ЛЕОНТЬЕВА Д.С., аспирант, КНИТУ-КАИ им. А.Н. Т...»

«ГУ "Каракиянский районный отдел строительства" ТОО "Инженер-К" РАБОЧИЙ ПРОЕКТ "Разработка ПСД на установку модульного канализационного очистного сооружения в селе Жетыбай"ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ (ОВОС) ИП А. В. Драган Государственная лицензия на выполн...»

«ОКП 42 2271 УТВЕРЖДАЮ ОКП РБ 33.20.43.590 Технический директор ОАО "МНИПИ" А.А. Володкевич "_"_200 УСТАНОВКА ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ (ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ) УПУ-22 Руководство по эксплуатации УШЯИ.441329.015 РЭ Руководитель разработки Начальник отдела 26 С.Е. Рыжкович ""200 Разработал Инженер-програм. I кат. отдела 26 _ Ж.Н. Булгаков...»

«Севериненко Андрей Михайлович ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И АЛГОРИТМОВ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОПОРНО-ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ ДИНАМИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТОПОЛОГИЕЙ В СОСТАВЕ СЕТИ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства...»

«ISSN 2305-9001. Вісник НТУУ "КПІ". Серiя машинобудування №3 (69). 2013 УДК 621.735.3 Алиев И.С., д.т.н., проф., Жбанков Я.Г., к.т.н., Таган Л.В. Донбасская государственная машиностроительная академия, г. Краматорск, Украина МОДЕЛИРОВАНИЕ КУЗНЕЧНОЙ ПРОТЯЖКИ В КОМБИНИРОВАННЫХ БОЙКАХ НЕСИММЕТ...»

«ПЕЧЬ БАННАЯ ГЕФЕСТ Модель ПБ-04 "Малютка"РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ (объединенное с ПАСПОРТОМ) ПБ-04 РЭ 2015 г. ПБ-04 РЭ Содержание РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ 1. Назначение......... 3 2. Технические характеристики...... 3 3. Состав изделия........ 4 4. Монтаж печи 4.1 Общие требования...... 6 4.2 Монтаж...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ КЫРГЫЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И. РАЗЗАКОВА Кафедра "Программное обеспечение компьютерных систем" МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению лаб...»

«Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. 2010. Т. 10. Сер. Математика. Механика. Информатика, вып. 1 Образец цитирования: Ахмедова Э.Н., Гусейнов И.М. Об одной обратной задаче для оператора Штурма – Лиувилля c разрывными коэффициентами // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Ма...»

«Технические науки ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ Сапего Юлия Сергеевна аспирант Николаев Андрей Борисович д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой ФГБОУ ВПО "Московский автомобильнодоро...»

«Модель Производитель Описание Цена без НДС, руб. IP телекамеры Корпусные телекамеры IP камера мегапиксельная с цифровой системой шумоподавления (DNR). Режим день/ночь (механический ИК-фильтр). GCI-H2505B Grundig 7 871 000 1/3 CMOS, 1.3 megapixel, в цв. реж...»

«Комунальне господарство міст БУДІВНИЦТВО УДК 624.159 : 624.138 В.С.ШОКАРЕВ, И.В.СТЕПУРА, кандидаты техн. наук Запорожское отделение Государственного предприятия "Научно-исследовательски...»

«Со держание:1. Общие характеристики учреждения.2. Право владения. Использование материально технической базы.3. Контингент МБДОУ.4. Кадровое обеспечение образовательного процесса.5. Финансово – экономические показатели 6. Содержание образовательной деятельности.7. Закл...»

«Астрономия как псевдонаука: история болезни Edgars Alksnis edgars.alksnis@tvnet.lv Популярно изложена история странностей, заблуждений и лжи астрономии, начиная с Кеплера Popular history of oddities, errors and lies of astronomy, s...»

«VP-301 VACUUM FORMER. Руководство по эксплуатации Компания TECNODENT S.A была основана в 1977 г. Мы занимаемся производством лабораторного оборудования для изготовления зубных протезов. Наша цель – удовлетворять запросы специа...»

«УДК 622.245 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГЛИНИСТЫХ ГОРНЫХ ПОРОД И ГИДРАТООБРАЗУЮЩИЕ БУРОВЫЕ РАСТВОРЫ ДЛЯ БУРЕНИЯ В НИХ Иносаридзе Е.М. ОАО "Сургутнефтегаз" Шарафутдинов З.З. ООО "Газпром ВНИИГАЗ", Z_Sharafutdinov@vniigaz.gazprom.ru Ишбаев Г....»

«www.hjournal.ru Т РА Н С Г РА Н И Ч Н О С Т Ь К А К ГЛ О Б А Л И З А Ц И О Н Н А Я З А К О Н О М Е Р Н О С Т Ь П Р И С В О Е Н И Я И РА С П Р Е Д Е Л Е Н И Я О Г РА Н И Ч Е Н Н Ы Х П Р И Р О Д Н Ы Х Р Е С У Р С О В ТАВБУЛАТОВА ЗУЛАЙ КАРИЕВНА, декан факультета экономики и финансов, ФГБОУ ВПО "Чеченский государственный университет", докторант Северо-Осетинского го...»

«ISSN 2305-9397 Ж гір хан атындаы Батыс аза стан аграрлы -техникалы университетіні ылыми-практикалы журналы Научнo-практический журнал Западно-Казахстанского аграрно-технического университета имени Жангир х...»

«Караваев Вячеслав Аркадьевич ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ДЕОНТОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ, ОБУЧАЮЩИХСЯ НА ВОЕННОЙ КАФЕДРЕ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ 13.00.08 – теория и методика профессионального образования АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Ижевск 2011 Работа выполнена в госуд...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.