Поверхностное упрочнение сплава ВТ1-0 с использованием технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковых смесей (стр. 5 )

The study is carried out with the financial support of the RFBR in the framework of the scientific project No. 16-33-60066 Mol_a_dk.

Conflicts of Interest

The author declare no conflict of interest

Сведения для РИНЦ

Раздел МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

1, 2, 3, 4, 4

1Новосибирский Государственный технический университет, , г. Новосибирск, 630073, Россия

2Сибирский Государственный университет водного транспорта, 630099, Россия

3Институт ядерной физики имени СО РАН, пр. Академика Лаврентьева, 11, 630090, Россия

4Институт машиноведения УрО РАН, , г. Екатеринбург, 620049, Россия

         ORCID: https://orcid. org/0000-0003-2471-3286, e-mail: *****@***ru

         ORCID: https://orcid. org/ 0000-0002-2841-3689, e-mail: *****@***ru

         ORCID: https://orcid. org/0000-0003-0529-2017, e-mail: *****@***ru

               ORCID: https://orcid. org/0000-0002-0413-1054, e-mail: *****@***ru

       ORCID: https://orcid. org/0000-0003-3832-1419, e-mail: *****@***ru

Поверхностное упрочнение сплава ВТ1-0 с использованием технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковых смесей

Аннотация

Введение. Титан и его сплавы нашли широкое применение в современной промышленности, однако более широкое их распространение ограничено низкими триботехническими свойствами. Анализ работ показал, что добиться высокой твердости и износостойкости позволяют покрытия, полученные при наплавке порошковых смесей, содержащих диборид титана (TiB2) и карбид бора (B4C). Целью работы являлось изучение возможности наплавки порошковой смеси, содержащей карбид бора, для модифицирования поверхностных слоев технически чистого титана методом вневакуумной электронно-лучевой обработки. Методы. В качестве материала основы использовали титановый сплав ВТ1-0. Для формирования частиц высокопрочной фазы применялись порошковые смеси с различным содержанием карбида бора (10, 20 и 30 вес. %). Модифицированные материалы анализировали методами оптической и растровой электронной микроскопии, а износостойкость определялась при трении о закрепленные и нежестко закрепленные частицы абразива. Результаты и обсуждение. Введение в наплавочную смесь 10 вес. % порошка карбида бора позволяет получить качественные слои, содержащие мелкодисперсные частицы моноборида и карбида титана. Повышение концентрации карбида бора до 30 вес. % приводит к образованию в структуре покрытий крупных первичных кристаллов борида титана и карбида титана дендритной морфологии, а также к увеличению объемной доли упрочняющей фазы до 40…44 %. Средний уровень микротвердости упрочненных слоев достигает 4250…6400 МПа. В условиях трения о закрепленные частицы абразива максимальная износостойкость, превышающая в 2,4 раза аналогичный показатель эталонного образца, зафиксирована в процессе испытания сплава, полученного при наплавке смеси с 30 вес. % B4C.  Эти же образцы показали восьмикратный рост значений износостойкости при воздействии на материал нежестко закрепленных частиц абразива.

УДК 621.791.92

Ключевые слова:

Сплав ВТ1-0, электронно-лучевая обработка, покрытие, карбид бора, карбид титана, борид титана, триботехнические свойства.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Microstructure and wear resistance of c-BN/Ni–Cr–Ti composites prepared by spark plasma sintering [Text] / Y. Wang, K. Lei, Y. Ruan, W. Dong // Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2016. – Vol.  54. – P.  98–103. Multi-component co-condensation model of Ti-based boride/silicide nanoparticle growth in induction thermal plasmas [Text] / Masaya Shigeta, Takayuki Watanabe // ScienceDirect. – 2007. – Vol. 515. – P. 4217-4227. Microstructure and Tribological Property of TiC-Mo Composite Coating Prepared by Vacuum Plasma Spraying [Text] / Xiaoqian Guo, Yaran Niu, Liping Huang, Heng Ji, and Xuebin Zheng // ASM International. – 2012. – P. 8. Microstructure and sliding wear behavior of pure titanium surface modified by double-glow plasma surface alloying with Nb [Text] / Qiong Wang, Ping-Ze Zhang, Dong Bo Wei, Xiao Hu Chen and others // Materials and Design. – 2012.  – Vol. 52. – P. 265–273. Formation of equiaxed alpha and titanium nitride precipitates in spark plasma sintered TiB/Ti–6Al–4V composites [Text] / P. Nandwana, J. Y. Hwang, M. Y. Koo, J. Tiley, S. H. Hong, R. Banerjee // Materials Letters. – 2012. – Vol. 83. – P. 202–205. Патент № 2 427 666 Рос. Федерация. Cпособ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов [Текст] / , - 2009147581/02; заяв. 21.12.2009; опуб. 27.08.2011. Бюл. № 24. – 6 с. : ил. Патент № 2 464 355 Рос. Федерация. Cпособ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов [Текст] / , – 2011115506/02; заяв. 19.04.2011; опуб. 20.10.2012. Бюл. № 29. – 11 с. : ил. In-situ Forming Composite Coating by Laser Cladding C/B4C [Text] / H. X. Zhang, H. J. Yu, C. Z. Chen // Materials and Manufacturing Processes. – 2015. – P. 21. Characterization of (TiB + TiC)/TC4 in situ titanium matrix composites prepared by laser direct deposition [Text] / Yongzhong Zhang, Jingchao Sun, Rui Vilar // Journal of Materials Processing Technology. – 2011. – Vol. 211. – P. 597–601. Characteristics of Ti (C, N)/ TiB composite layer on Ti–6Al–4V alloy produced by laser surface melting [Text] / Xian Zeng, TomikoYamaguchi, Kazumasa Nishio // Optics & Laser Technology. – 2016. – Vol. 80. – P. 84–91. Mechanical properties and deformation mechanisms of B4C–TiB2eutecticcomposites [Text] / Ryan M. White, Elizabeth C. Dickey // Journal of the European Ceramic Society. – 2013. – P. 8. Effect of yttrium on microstructure and mechanical properties of laser clad coatings reinforced by in situ synthesized TiB and TiC [Text] / LI Jun, Wang Huiping, Li Manping, Yu Zhishui // Journal of rare Earths. – 2011. – Vol. 29. – No. 5. – P. rface analytical studies of a laser nitrided Ti-6Al-4V alloy: a comparison of spinning and stationary laser beam modes [Text] / H. Xin, L. M. Watson and T. N. Baker // Acta mater. – 1998. – Vol. 46. – No. 6. – P. 1949-1961. Pulsed laser deposited hard TiC, ZrC, HfC and TaC films on titanium: Hardness and an energy-dispersive X-ray diffraction study [Text] / D. Ferro, J. V. Rau, V. Rossi Albertini, A. Generosi, R. Teghil, S. M. Barinov // Surface & Coatings Technology. – 2008. – Vol. 202. – P. 1455–1461. Морфология боридов железа в поверхностном слое, наплавленном электронным лучом [Текст] / , // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2012. – № 1. – вып. 54. – c. 85 – rface hardening of steels with carbon by non-vacuum electron-beam processing [Text] / I. Bataev, M. Golkovskii, A. Bataev, A. Losinskaya, R. Dostovalov, A. Popelyukh, E. Drobyaz // Surf. Coat. Technol. – 2014. – Vol. 242. – P. 164–169. Особенности разрушения поверхностного слоя стали, перегретого электронным лучом [Текст] / , // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2006. – № 12 – c. 60 – 63. Microstructural Modification and Property Improvement of Boride/Ti-6Al-4V Surface-Alloyed Materials Fabricated by High-Energy Electron-Beam Irradiation [Text] / Kwangjun Euh, Jongmin Lee, Sunghak Lee // Metallurgical And Materials Transactions A. – 2001. – Vol. 32А. – P. 2508. Improvement of Hardness and Wear Resistance of (TiC, TiB)/Ti-6Al-4V Surface-Alloyed Materials Fabricated by High-Energy Electron-Beam Irradiation [Text] / Chang Sup Lee, Jun Cheol Oh, Sunghak Lee // Metallurgical And Materials Transactions A – 2003. – Vol. 34А. – P. 1417. Effect of yttrium on microstructure and mechanical properties of laser clad coatings reinforced by in situ synthesized TiB and TiC [Text] / Li Jun, Wang Huiping, Li Manping, Yu Zhishui // ScienceDirect. – 2011. – Vol. 29. – No. 5. – P. 477. Microstructural modification and hardness improvement in boride/Ti-6Al-4V surface-alloyed materials fabricated by high-energy electron beam irradiation [Text] / K. Euh, J. Lee, S. Lee, Y. Koo, N. J. Kim // Scr. Mater. – 2001. – Vol. 45. – P. 1 – 6. Microstructural Modification and Property Improvement of Boride/Ti-6Al-4V Surface-Alloyed Materials Fabricated by High-Energy Electron-Beam Irradiation [Text] / Kwangjun Euh, Jongmin Lee, and Sunghak Lee // Metallurgical and materials transactions. – 2001. – Vol. 32A. – P. 2508. Improvement of high-temperature hardness of (TiC, TiB) / Ti–6Al–4V surface composites fabricated by high-energy electron-beam irradiation [Text] / Eunsub Yun, Kyuhong Lee, Sunghak Lee // Surface and Coatings Technology. – 2004. – Vol. 184. – P. 74–83. Мощные ускорители электронов для промышленного применения [Текст] / // Успехи физических наук. – 2000. – Т. 170. – № 2. – с. 197–201. Выпуск в атмосферу развернутого электронного пучка с током до 100 мА [Текст] / , // Приборы и техника эксперимента. – 1988. – № 4. – с. 20–22. Воздействие концентрированными потоками энергии на материалы [Teкст]: Сборник научных трудов / под редакцией // М.: Наука. – 1985. – с. 246.

Финансирование статьи: