д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. В.М. Финкеля
Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor, Head of the Chair of Science named after V.M. Finkel
инженер кафедры естественнонаучных дисциплин им. В.М. Финкеля
Engineer of the Chair of Science named after V.M. Finkel
д.ф-м.н., профессор, директор института металловедения и физики металлов им. Г.В. Курдюмова
Dr. Sci. (Phys.-Math), Professor, Director of the G.V. Kurdyumov Institute of Metallurgy and Physics of Metals
д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии металлов и авиационного материаловедения
Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair of Metals Technology and Aviation Materials
д.ф.-м.н., профессор, ведущий научный сотрудник
Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor, Chief Researcher
В последние годы внимание исследователей в области физического материаловедения сосредоточено на изучении наплавки композиционных покрытий, упрочненных частицами карбидов, боридов и других высокотвердых фаз. Основным фактором, определяющим эксплуатационные свойства наплавленных слоев, является фазовый состав материала покрытий. Для обоснованного выбора материала покрытий, соответствующего условиям экстремальной эксплуатации, высоких нагрузок, абразивного изнашивания, необходимо проведение подробных исследований их свойств и структуры. В настоящей работе методами современного физического материаловедения исследованы структурно-фазовые состояния и трибологические свойства покрытия, наплавленного на мартенситную низкоуглеродистую сталь Hardox 450 порошковой проволокой системы Fe – С – Cr – Nb – W и модифицированного путем последующей электронно-пучковой обработки в различных режимах. Параметры пучка электронов на первом этапе: плотность энергии пучка электронов в импульсе ES = 30 Дж/см2, длительность импульсов τ = 200 мкс, количество импульсов N = 20; на втором этапе: ES = 30 Дж/см2, τ = 50 мкс, N = 1. Режимы облучения выбраны исходя из результатов расчета температурного поля, формирующегося в поверхностном слое материала при облучении в одноимпульсном режиме. Показано, что электронно-пучковая обработка наплавленного слоя толщиной приблизительно 5 мм приводит к формированию модифицированного поверхностного слоя толщиной около 20 мкм, основными фазами которого являются α-железо и карбид NbC, в незначительном количестве присутствуют карбиды составов Fe3C и Me6C (Fe3W3C). Основным отличием модифицированного путем электронно-пучковой обработки поверхностного слоя от немодифицированного объема наплавки являются морфология и размеры включений вторых фаз. В модифицированном слое наплавки включения имеют меньшие размеры и расположены в виде тонких прослоек по границам зерен. В немодифицированной наплавке основным морфологическим типом включений являются частицы ограненной формы, хаотически расположенные в объеме зерна. После электронно-пучковой обработки износостойкость наплавленного слоя возрастает более чем в 70 раз по отношению к износостойкости стали Hardox 450, а коэффициент трения существенно снижается (примерно в три раза).
In recent years, the attention of researches in the field of physical materials science is focused on the study of facing of composite coatings hardened with the particles of carbides, borides and other high solid phases. The principal factor determining the service properties of the faced layers is phase composition of coating materials. In order to make substantiated choice of coating material corresponding to the conditions of their extreme service, high loads and abrasive wear it is necessary to carry out thorough studies of their properties and structure. Structure-phase states and tribological properties of coating faced on Hardox 450 martensite low carbon steel with Fe – C – Cr – Nb – W powder wire and modified by subsequent electron beam processing were studied in the research using methods of modern materials science. The regime of electron beam processing is the following: parameters of electron beam at the first stage – energy density of electron beam in pulse ES = 30 J/cm2 , duration of pulses τ = 200 µs, number of pulses N = 20; at the second stage – ES = 30 J/cm2 , τ = 50 µs, N = 1. The regimes of irradiation were chosen based on calculation results of temperature field being formed in surface layer of material in one pulse regime irradiation. It is shown that electron beam processing of ~5 mm thick faced layer results in formation of ~20 µm thick modified surface layer with α-Fe and NbC carbide major phases and negligible quantity of Fe3C and Me6C (Fe3 W3 C) carbides. The principle difference of the surface layer modified by electron beam processing from the unmodified volume of facing is morphology and dimensions inclusions of the second phases. In the facing modified layer inclusions have smaller dimensions and are located in form of thin interlayers along the grain boundaries. In the unmodified facing, basic morphological type of inclusions is particles of faceted shape located chaotically in grain volume. After electron beam processing wear resistance of the faced layer increases in more than 70 times in relation to wear resistance of Hardox 450 steel and friction coefficient decreases significantly (in ~3 times).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.