автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств покрытий на основе композиционного материала сталь Р6М5 - тугоплавкий карбид

На правах рукописи

Гнюсов Константин Сергеевич

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СТАЛЬ Р6М5 - ТУГОПЛАВКИЙ КАРБИД

специальность 05.02.01 - материаловедение (машиностроение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 2009

003481059

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Томский политехнический университет"

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Советченко Борис Федорович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Полетика Ирина Михайловна

кандидат технических наук Гончаренко Игорь Михайлович

ГОУ ВПО "Новосибирский государственный технический университет", г. Новосибирск

Защита состоится « » октября 2009 г. в /^"часов на заседании диссертационного совета Д 003.038.02 при ИФПМ СО РАН по адресу: 634021, г.Томск, пр-т Академический, 2/4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФПМ СО РАН. Автореферат разослан «22» сентября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор I

В.И. Данилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время для увеличения износостойкости рабочих поверхностей деталей машин, как при их изготовлении, так и в процессе ремонта, в качестве наплавляемых порошковых смесей обычно применяются твердые и сверхтвердые композиционные материалы, такие, как стеллит, сормайт, релит. В качестве упрочняющей фазы они содержат 30...90 % дорогостоящих карбидов вольфрама. Данные покрытия имеют ряд недостатков: хрупкость; неравномерность распределения упрочняющих частиц по объему наплавленного слоя; образование сетки трещин на поверхности покрытия, что не позволяет их использовать в условиях высоких контактных нагрузок, одновременно сопровождающихся абразивным износом.

В частности, при эксплуатации деталей высоконагруженных редукторов возникает проблема быстрого выхода из строя вал-шестерен за счет интенсивного изнашивания опорных шеек под игольчатые подшипники в течение одного месяца при непрерывной работе. Конструктивная особенность данных вал-шестерен состоит в том, что их опорные шейки исполняют роль внутреннего кольца игольчатого подшипника. Данные поверхности должны одновременно удовлетворять следующим требованиям: обладать высокой износостойкостью, контактной выносливостью, малыми пластическими деформациями. Следовательно, современный уровень развития промышленности требует создания однородных многофункциональных покрытий по всей толщине упрочненного слоя.

Эффективным методом повышения износостойкости материалов является обработка концентрированными потоками энергии, позволяющая модифицировать рабочие оверхности изделий. Соответствующие методы основаны на высокоскоростной за-алке поверхностных слоев из жидкого состояния со скоростями охлаждения от ~104 о ~ 109 К/с. Однако толщина упрочненных слоев в большинстве случаев не превышает ескольких микрон. Для экономнолегированных малоуглеродистых конструкционных талей требуется создание более значительного по толщине упрочненного слоя, обла-ающего более высокими механическими свойствами, чем основной объем материала.

В качестве метода формирования упрочненного слоя наиболее подходит элек-фонно-лучевая технология наплавки в вакууме. Она обеспечивает концентрирован-ый ввод энергии до 105 Вт/см2, возможность подачи композиционного наплавочно-о материала в ванну расплава, рафинирование наплавляемого металла, минималь-ое проплавление основы, небольшие размеры ванны расплава. Значительный пере-рев ванны в зоне действия электронного луча способствует растворению твердых астиц в сварочной ванне, а минимальное время ее существования - формированию ересыщенного твердого раствора легирующих элементов в матрице.

В качестве матрицы предпочтительно использовать сталь Р6М5, в которой при анных скоростях нагрева, охлаждения и малого объема ванны расплава возможно охранить некоторое количество остаточного аустенита, растворить большое коли-ество легирующих элементов в твердом растворе, полностью исключить образова-ие сетки трещин в процессе быстрого охлаждения и, следовательно, значительно величить износостойкость покрытия. В качестве упрочняющих частиц в данную таль можно дополнительно вводить карбиды титана и вольфрама как наиболее рас-ространенные, имеющие высокую твердость.

Цель работы. Целью данной работы является разработка составов и способа нанесения износостойких покрытий на тяжелонагруженные детали типа опорных шеек «вал-шестерня» на основе изучения структуры и свойств композиционных наплавок «.быстрорежущая сталь - тугоплавкий карбид титана, вольфрама или их смеси».

Для достижения цели работы были сформулированы следующие задачи:

1. Изучить фазовый состав и структуру композиционных смесей после предварительного спекания «сталь Р6М5-\УС, -("ПС), -(\УС+Т1С)», необходимых для электронно-лучевой наплавки;

2. Исследовать структуру и фазовый состав композиционных покр.ытий в зависимости от содержания \¥С, "ПС или их смеси, вводимых в сталь Р6М5, числа проходов электронного луча и термической обработки (закалки в ходе электроннолучевого воздействия и последующего отпуска);

3. Провести исследование влияния состава покрытий и термической обработки на абразивный износ для данных узлов трения;

4. Обосновать выбор наиболее эффективных составов покрытий для тяжелона-груженных узлов трения;

5. Провести промышленные испытания выбранных покрытий и внедрить их в производство.

Научная новизна

1. Показано, что еще на этапе получения композиционных наплавочных смесей «сталь Р6М5+\УС» вследствие высокой активности вольфрама и быстрорежущей стали наблюдается взаимодействие исходных компонентов между собой с образованием сложного карбида типа М6С, а на этапе рассева - уменьшение доли карбидной фазы (\УС) на 6...7 % по сравнению с исходной концентрацией.

2. Установлены оптимальные составы исходных композиционных смесей «сталь Р6М5+(20 и «сталь Р6М5+(15 % \УС+5 % ТЮ)», нанесение которых приводит к получению однородной структуры по всей толщине упрочненного слоя, представляющей аустенитно-мартенситную матрицу с карбидами типа МбС, бимодально распределенными по размерам (эвтектические по границам зерна (~5,9 мкм) и дисперсные (-0,25 мкм) в объеме зерен), или МбС и "ПС.

3. Установлено, что коэффициент относительной износостойкости композиционного покрытия «сталь Р6М5-\УС» пропорционален количеству аустенита и степени его превращения в мартенсит деформации. Повышенное сопротивление изнашиванию покрытий обусловлено частичным (до ~50 %) превращением аустенита матрицы в мартенсит деформации, что положительно влияет на вязкость разрушения. Глубина слоя с у->а' -превращением и субструктурными изменениями в исходных фазах не превышает 50...60 мкм.

Практическая значимость работы

1. Разработаны композиционные наплавочные материалы «сталь Р6М5+(20%)\УС» и «сталь Р6М5+(15 % \УС+5 % НС)», предназначенные для упрочнения рабочих поверхностей, работающих в тяжелонагруженных условиях, связанных с высокими контактными нагрузками и абразивным износом.

2. Предложен способ электронно-лучевой наплавки плоских и цилиндрических поверхностей, который может быть использован как при изготовлении новых, так и

при восстановлении поверхности изношенных деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного износа в сочетании с высокими контактными нагрузками. 3. Разработанный способ наплавки и композиционные материалы применены для упрочнения опорных шеек вал-шестерен высоконагруженных редукторов в ООО "Томскнефтехим", что позволило существенно увеличить ресурс их работы. Годовой экономический эффект от внедрения способа электронно-лучевой наплавки опорных шеек вал-шестерен композиционным материалом «сталь Р6М5 - карбид вольфрама» в технологию их изготовления составил в ценах 2008 года 3259224 руб.

Положения, выносимые на защиту:

1. Выбор состава композиционного материала для наплавки на основе смеси «сталь Р6М5 + \УС», обеспечивающего получение покрытия с аустенитно-

тртенситной структурой матрицы, упрочненной карбидом типа М6С, что обеспечивает высокий уровень абразивной износостойкости и отсутствие сетки трещин по всей толщине упрочненного слоя.

2. Композиционный материал для наплавки на основе смеси «сталь Р6М5+ 1УС+ НС», и способ его нанесения, защищенный патентом РФ.

3. Комплекс результатов исследования фазового состава и структуры упрочненного слоя на основе композиционного материала «сталь Р6М5 — тугоплавкий карбид», реализующихся в процессе его получения электронно-лучевой наплавкой и термической обработки. Установленные взаимосвязи показателей абразивной износостойкости со структурно-фазовым составом наплавленных покрытий.

Личный вклад соискателя заключается в написании литературного обзора по ематике диссертации, в совместной с научным руководителем постановке задачи иссертации, проведении экспериментов, обработке полученных результатов, фор-улировке выводов и положений, выносимых на защиту, написании статей и патен-ов по теме диссертации.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих онференциях: Всероссийской научно-практической конференции "Славяновские тения: Сварка - XXI век", г. Липецк, 2004 г.; Всероссийской научно-практической онференции "Современные проблемы повышения эффективности сварочного про-зводства", г. Тольятти, 2006 г.; III Международной научно-практической конфе-енции "Современные проблемы машиностроения", г. Томск, 2006 г.; VI научно-ехнической конференции "Сварка. Контроль. Реновация - 2006", г. Уфа, 2006 г.; еждународной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конст-уированию и разработке новых материалов, г. Томск, 2006 г.; IV Международной аучно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения", г. омск, 2008 г.; Международной школе-семинаре "Многоуровневые подходы в фи-ической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения", омск, 2008 г.; III Всероссийской конференции "Взаимодействие высококонцентри-ованных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медици-е", г. Новосибирск, 2009 г.; Международной научно-практической конференции 'Славяновские чтения", г. Липецк, 2009 г.

Публикации. Результаты работы опубликованы в 19 печатных работах, в то числе 5 статьях в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, получено 2 патент РФ.

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разде лов, основных выводов, списка литературы из 188 наименований, приложения, со держит 171 страницу машинописного текста, включая 11 таблиц и 58 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследования, сформулированы цели задачи диссертационной работы, представлены положения, выносимые на защиту новизна и практическая ценность.

В первом разделе представлен литературный обзор, который посвящен совре менному использованию концентрированных потоков энергии для упрочнения ра бочих поверхностей деталей механизмов и машин. Проведен анализ данных п электронно-лучевому облучению и наплавке. Особое внимание уделено материалам использующимся для наплавки. В конце главы сформулированы цели и задачи ис следований.

Во втором разделе обоснован выбор исследуемого материала, режимов спека ния композиционных смесей и их электронно-лучевой наплавки, описаны методик экспериментальных исследований. Наплавку проводили порошком стали Р6М5 смесью композиционных спеков «сталь Р6М5 - (10...50 %)WC», «сталь Р6М5 - ( %, 10 %)TiC» и «сталь Р6М5 - ((15...25%)WC+5%TiC)». Основные методы исследо вания: оптическая и растровая электронная микроскопия шлифов и изломов, микро рентгеноспектрапьный и рентгено-флюоресцентный анализ содержания легирую щих элементов в покрытии, рентгеноструктурный фазовый анализ методом Брэгга Брентано (качественный и количественный), измерение микротвердости. Для опре деления абразивной износостойкости использовался метод «Испытание материало на абразивное изнашивание при трении о нежесткозакрепленные абразивные части цы» (ГОСТ 23.208-79). В качестве абразивного материала использовали кварцевы песок зернистостью 150...300 мкм. Основанием для выбора данной схемы испыта ний послужило то, что игольчатые подшипники в редукторах работают в присутст вии большого количества продуктов износа (абразива), находящегося в смазочно материале. Данные продукты износа образуются в результате интенсивного кон тактного взаимодействия зубчатых зацеплений. Микротвердость продуктов износ составляет величину порядка 8... 12 ГПа, что сопоставимо с твердостью кварцевог песка(8...10ГПа).

Третий раздел посвящен исследованию структуры и фазового состава исходны порошков и композиционных спеков на их основе, необходимых для электроны лучевой наплавки.

Получение спеков «сталь Р6М5 + WC (10, 20, 30, 40 и 50 вес. %)», «стал P6M5+TÎC (5, 10 %)» и «сталь P6M5+(WC (15, 20 25 %)+TiC (5 %))» из приготов ленных смесей осуществляли в вакуумной печи при температуре 1200°С («стал P6M5+WC») и 1300°С («сталь P6M5+TiC» и «сталь P6M5+(WC+TiC))». Время вы держки при температуре спекания составляло 1ч. Спекание смеси порошков при ме

ньшей температуре не приводит к существенному припеканию порошинок друг к другу и, следовательно, образованию композиционных спеков. При большей температуре спекания спеки не дробятся и выход годного для наплавки композиционного порошка минимален. Полученные спеки подвергали дроблению и рассеву на фракции. Процент выхода годной для наплавки фракции (100...350 мкм) составлял . 85...90 %. В отсев в основном уходила мелкая фракция порошка.

а б в

Рис. 1. Микроструктура композиционных спеков для наплавки после спекания исходных смесей порошков: а - «сталь Р6М5+40 % WC»; б - «сталь Р6М5+10 % TLC»; в - «сталь Р6М5+(15 % WC+5 % TiC»)

На основе анализа данных металлографии и рентгеноструктурных исследований спеков «сталь P6M5+WC», помимо матричной фазы (а- и у- фаз), установлено наличие двух карбидов: карбид вольфрама и двойной карбид типа МбС, рис. 1,а. С увеличением содержания карбида вольфрама в исходной смеси с 10 до 40 % его доля в 'рпеке изменяется с 0 до 20...25 %. Следовательно, уже в ходе получения спеков происходит взаимодействие между исходными порошками с формированием композиционного материала для наплавки.

Для композиционного спека «сталь P6M5+TiC» характерно слабое взаимодействие между исходными порошками в процессе спекания, рис. 1,6. При металлографическом анализе полученных спеков явно прослеживаются исходные округлые час-гицы стали Р6М5 и угловатые порошинки карбида титана. Наблюдается небольшое взаимодействие данных порошков на границе раздела, что позволило сформировать ьпек для последующей наплавки. Фазовый состав данного спека представляет смесь ■ледующих составляющих: а-фаза (следы у-фазы), карбид титана и в небольшом ко-шчестве карбиды ванадия и М^С, которые выделились из твердого раствора в час-ицах стали Р6М5 в ходе вакуумного спекания.

В ходе получения композиционного спека из смеси исходных порошков «сталь 6M5+WC+TiC» происходит взаимодействие между сталью и карбидом вольфрама, lie. I,в. Это сопровождается образованием дополнительного карбида М6С. У карбида TiC наблюдается небольшое уменьшение параметра решетки (а = 0,4321 нм) по ¡равнению с параметром решетки для исходного карбида титана, что, по-видимому, вязано с частичной заменой атомов титана на атомы вольфрама в решетке карбида ;итана.

Четвертый раздел посвящен особенностям формирования структурно-фазового остава композиционных покрытий на основе стали Р6М5 в условиях вакуумной лектронно-лучевой наплавки.

Структурно-фазовое состояние наплавленного слоя порошком стали Р6М5 зависит от объема подложки (скорости охлаждения). Упрочненный слой состоит из трех фаз: сложный карбид типа М6С, а - фаза и у - фаза - остаточный аустенит, количество которого не превышает 30...35 %. Альфа фаза, в зависимости от скорости охлаждения, представлена игольчатым мартенситом, мелкодисперсным (бесструктурным) мартенситом и в небольшом количестве сорбитным фоном.

При добавлении карбида вольфрама количество фазы М6С увеличивается, а начиная с состава 30 % М^С и выше, помимо названных фаз, сохраняется исходная фаза карбида вольфрама с ГПУ решеткой, рис. 2. Карбид типа М6С в покрытиях, содержащих до 30 % \УС в исходной смеси, представлен как вытянутыми выделениями по границам аустенитных зерен (с! 1 ср =5,9 мкм, ~15 % об.), так и дисперсными выделениями (с]2ср =0,25 мкм, ~8 % об.) внутри зерен, рис. 2,а,г,д. Следовательно, в ходе электронно-лучевой наплавки формируется бимодальное распределение упрочняющей карбидной фазы по размерам в объеме матрицы.

Рис. 2. Микроструктура упрочненного слоя после наплавки (а,г - «сталь Р6М5 + 20 % \УС»; б - «сталь Р6М5 + 40 % \УС»; в - «сталь Р6М5 + 50 % \УС») и двукратного отпуска (д - «сталь Р6М5 + 20 % "\УС»)

В покрытиях с большим содержанием монокарбида вольфрама в исходной смеси (40 %) карбид типа М6С представлен в виде крупных ограненных выделений, рис. 2,6. Размер карбидов М6С при увеличении доли карбида вольфрама в исходной смеси до 50 % резко возрастает, рис. 2,в. В данном покрытии карбид МбС представлен двумя морфологическими типами: округлые выделения и вытянутые (пластинчатые). Данные крупные выделения сложного карбида образуют хорошо развитый каркас. Оставшиеся частицы исходного монокарбида вольфрама в основном окружены выделениями М6С и входят в каркасное строение. Связующая фаза в этом покрытии

представлена в виде отдельных включений. Данная каркасная структура упрочняющей фазы будет неоднозначно влиять на износостойкость.

Известно [1,2], что критерием износостойкости двухфазных материалов может быть твердость, предел прочности, относительное сужение, комплексный показатель, представляющий собой, например, произведение твердости сплава на его предел прочности при сжатии. Дополнительное влияние на износостойкость оказывают структурные параметры [1-3]: размер зерна карбидной фазы, ее объемное содержание, форма зерен упрочнителя, состояние твердого раствора матрицы. Следовательно, крупные карбидные выделения при чисто абразивном износе будут увеличивать износостойкость, поскольку их труднее отделить от стальной связки и удалить с поверхности износа. Износостойкость каркаса из более мелких выделений карбидов М6С и \УС в основном будет определяться фазовым составом матрицы.

Количество аустенита в зависимости от количества вводимого карбида вольфрама в исходную наплавочную смесь изменяется по кривой с максимумом, которому соответствует 20. ..30 % \УС, рис. 3.

Одно- и двукратный отпуск наплавленных покрытий приводит к частичному превращению аустенита в мартенсит. Количество аустенита для покрытий чистой сталью Р6М5 и спе-ком «сталь Р6М5+(40 и 50 %) \УС» после двукратного отпуска не превышает 3...4 %. Для композиционных покрытий с 20 и 30 % \УС в исходной смеси даже после двукратного отпуска количество аустенита остается на уров-не30...40 % от общего объема матрицы, рис. 2, д.

Анализ макроструктуры наплавок сталь Р6М5, «сталь Р6М5 - \УС» (10...30 %) не выявил образования сетки трещин на упрочнен-| ной поверхности.

Рост количества аустенита в покрытиях «сталь РбМЗ-^УС» при добавлении в исходную

¡смесь до -20... 25 % монокарбида вольфрама (восходящая ветвь на рис. 3) обусловлен практически полной растворимостью последнего и, следовательно, большей ле-гированностью у-твердого раствора карбидообразующими элементами. Это приводит к снижению температуры начала мартенситного превращения и, следовательно, к повышению доли аустенита в покрытии при его охлаждении.

Уменьшение количества аустенита в покрытиях «сталь Р6М5-\УС» при добавлении в исходную смесь 30... 50 % монокарбида вольфрама (нисходящая ветвь на рис. 5), по-видимому, обусловлено рядом причин. Неполное растворение крупных частиц карбида М6С и частиц исходного монокарбида вольфрама, которые, являясь центрами кристаллизации, способствуют более интенсивному выделению сложного карбида из у-твердого раствора. Одновременно данная причина способствует меньшему перегреву ванны расплава и, следовательно, меньшему растворению карбидных частиц в ней. Уменьшение объемной доли связующей фазы в покрытии способ-

Рис.

20 30

Изменение объемного содержания аустенита (в общем объеме матрицы) в наплавленных покрытиях в зависимости от содержания карбида вольфрама в исходной композиционной шихте

ствует более интенсивной релаксации напряжений, возникающих за счет разности удельных объемов а- и у-фаз, что будет способствовать более полному у—>а - превращению.

При добавлении в сталь Р6М5 карбида вольфрама наблюдается аномальное изменение твердости наплавляемых покрытий, рис. 4. Минимальное ее значение характерно для состава наплавляемого материала «сталь Р6М5 + 20 % \УС». Последующая термическая обработка(одно- и двукратный отпуск) сохраняет данную аномалию в распределении твердости, рис. 4. Анализ полученных данных по твердости, микроструктуре и фазовому составу свидетельствует о том, что уменьшение твердости для данного состава наплавляемого материала связано с присутствием большого количества аустенита, который полностью не переходит в мартенсит даже в ходе одно-и двукратного отпуска.

Анализ фрактографии разрушения композиционных покрытий после проведения испытаний на ударную вязкость свидетельствует о том, что увеличение количества аустенита позволяет увеличить долю вязкой составляющей в изломе,рис. 5.

Рис. 4. Изменение твердости покрытий от количества \УС в исходной наплавочной смеси: 1 - после наплавки; 2 - после однократного отпуска; 3 - после двукратного отпуска

Рис. 5. Фрактография разрушения покрытия на основе стали Р6М5 (а) и композиции Р6М5+20 % \УС» (б)

«сталь

С практической точки зрения, важным вопросом является сохранение структурно-фазового состава покрытий независимо от числа проходов (толщины покрытия) электронного луча и влияние на него отношения объема подложки к объему наплавленного металла (Кп/||). Это позволит сохранить неизменным уровень износостойкости наплавки независимо от ее толщины, которая может изменяться в широких пределах в зависимости от конструктивных особенностей отдельных деталей и пар трения.

Наплавку (до 6 проходов) порошком композиционного спека «сталь Р6М5 + 20 \УС» проводили на подложки из стали 30 с Кп/„ - 10,7 и К„/„ = 20. По данным нтгеноструктурного анализа, количество аустенита для Ки;и = 10,7 изменяется по ивой с минимумом (рис. б,а, кривая 1), а для К„/„ = 20 - практически не изменяется числа проходов, рис. б,а, кривая 2.

Уменьшение количества аустенита (нисходящая ветвь на рис. б,а, кривая 1) обу-овлено ростом температуры наплавки, которая достигает интервала интенсивного шадения вторичных дисперсных карбидов из у-твердого раствора. Это соответст-ет прогреву подложки до температуры 600...650°С,рис. 5,6. Обеднение у-твердого створа по легирующим элементам и углероду вызывает рост температуры начала ртенситного превращения и, следовательно, уменьшение количества аустенита.

а б

с. 6. Изменение содержания аустенита (а) в покрытии «сталь Р6М5+20 % \УС» и пературы подложки в процессе наплавки (б) от числа проходов электронного лу-1 - Кп/н = 10,7; 2 - Кп/Н = 20

Дальнейший нагрев упрочненного слоя при увеличении числа проходов до 5, 6 тветствует прогреву подложки до температур 780...830°С (рис. 6,6), вызывает 1енсивное растворение карбидов в аустените. Это способствует уменьшению пературы начала мартенситного превращения и, следовательно, увеличению до-аустенита (восходящая ветвь на рис. б, а, кривая 1).

Для покрытий с Кп/„ = 20 анализ аналогичных зависимостей свидетельствует о , что при прогреве подложки до температур 500...580°С не происходит заметно-изменения количества аустенита при изменении числа проходов, рис. 6,а (кривая Его содержание при данном Кп/н практически не зависит от числа проходов ..6).

При 1...3 проходах электронного луча за счет частичного подплавления подлож-которое с числом проходов уменьшается, концентрация легирующих элементов окрытии находится ниже шихтовых значений, рис. 7. После четырех - пяти про-ов электронного луча концентрации практически всех легирующих элементов, ме вольфрама, в наплавленном слое достигают своих шихтовых значений. Это орит о том, что те легирующие элементы, которые находились в исходном по-ке стали Р6М5, полностью переходят в наплавленный металл. Недостаток

вольфрама, по сравнению с закладываемым значением, обусловлен его потерей е на этапе размола спеков и отсева мелкой фракции порошка. Именно мелкая фракц в большей мере содержала порошок карбида вольфрама, который имел исходи средний размер 2 мкм. Полученные данные позволили установить, что фактичес композиционная наплавка «сталь Р6М5 + 20 % \УС» содержит 13...14 % карби вольфрама.

4

К,% вес

4% ______о- Мо ■

_ 3.2% Сг

V

1.6% •_______*

_______* Т I 1 * • 1 1 1

80 К,% вес 60

40

20

Ре

23.6%

\Л/

N6

N6

Рис. 7. Изменение концентрации легирующих элементов в наплавленном покрытш зависимости от числа проходов электронного луча: сплошные линии - эксперим тально полученные данные; штриховые - исходная концентрация элементов в шихт

На основе анализа микроструктуры и рентгеноструктурных данных, полученн для покрытий «сталь Р6М5+Т1С» непосредственно после наплавки, установле что матрица представлена а - фазой (95 %, мартенсит) и небольшим количеством фазы. Упрочняющая фаза представлена равноосными частицами карбида титана, конгломератами и сетчатыми выделениями карбида типа МвС. Термическая об ботка приводит к полному превращению у — фазы в мартенсит. Значения мик твердости композиционных покрытий при увеличении содержания карбида титан 5 до 10 % увеличиваются с 9270+770 МПа до 10600+1400 МПа.

Анализ микроструктуры и данных рентгеноструктурных исследований компо цнонных покрытий «сталь Р6М5 - (ГПС+'\УС)» свидетельствует о том, что они стоят из четырех фаз: карбид титана, сложный карбид на основе вольфрама ти МбС, остаточный аустенит и мартенсит. Карбид титана в процессе наплавки ела растворяется в жидкометаллической матрице и остается в покрытии в виде отде ных частиц и их конгломератов.

Максимальное количество аустенита (70...75 %) имеют покрытия, в котор карбидной составляющей (АУС+ТлС) содержится 20 %. При большем содержан упрочпителя количество аустенита уменьшается до 40...50 % от общего объе матрицы. В образцах непосредственно после наплавки мелкодисперсный мартен в основном образуется в непосредственной близости к карбидным включениям тана, их конгломератам или полностью окружает эти включения. В процессе од кратного отпуска до 50 % аустенита превращается в игольчатый мартенсит. Зна ния микротвердости достигают 12000 МПа.

120 К„ 100

80

60

40

20

Пятый раздел посвящен исследованию из-состойкости композиционных покрытий и их актическому применению. На рис. 8 представлены данные по относи-льной износостойкости композиционных по-ытий «сталь РбМб-ЛУС» непосредственно по-е наплавки в зависимости от содержания карда вольфрама в наплавочной смеси. Видно, что увеличением количества \УС износостойкость стет по закону, близкому к линейному. Однако бласти значений содержания У/С 0...30 % на ивой можно выделить локальный максимум 0 % \УС) по износостойкости, рис. 8. Совместный анализ микроструктуры {рис. 2), иных рентгеноструктурных исследований, из-нения объемного содержания аустенита в на-авленных покрытиях (рис. 3), твердости (рис. и износостойкости (рис. 8) в зависимости от ержания карбида вольфрама в исходной ком-

зиционной шихте свидетельствует о том, что данный максимум износостойкости условлен большим содержанием аустенита в образцах после наплавки и бимодаль-м распределением упрочняющей карбидной фазы по размерам. Последнее обеспе-вает уменьшение толщины межкарбидных прослоек, что ограничивает их избира-ьный износ и, как следствие, последующее выкрашивание карбидных частиц. Установлено, что в процессе изнашивания аустенит, находясь в метастабииыюм тоянии, претерпевает частичный мартенситный переход и тем самым служит до-лнительным каналом релаксации возникающих напряжений. Для изучения зависи-сти износостойкости наплавленных покрытий «сталь Р6М5 - 20 % \УС» (К„/„ = ,7) от количества образовавшегося мартенсита деформации было исследовано яние числа проходов электронного луча на К„ и прирост объемной доли а-фазы и износе, рис. 9.

0 10 20 30 40 50 Карбид вольфрама, % вес.

Рис. 8. Изменение относительной износостойкости покрытий «сталь Р6М5-\УС» после наплавки в зависимости от содержания \УС в наплавочной смеси

44

йсс,

. 9. Влияние числа проходов (И) электронного луча на коэффициент относитель-износостойкости (а) и прирост количества а-фазы (б) в приповерхностном объ-покрытия после испытаний на изнашивание

Анализ кривых на рис. 6,а и рис. 9 свидетельствует о том, что коэффициент композиционного покрытия «сталь Р6М5- WC» пропорционален количеству ауст пита и объему его превращения в мартенсит деформации. Метастабильный аустен под воздействием абразивных частиц на поверхности износа превращается в ма тенспт деформации, следовательно, часть подводимой внешней энергии расходует на у-т' - превращение. Объем фазового перехода тем больше, чем больше аустен та в исходном покрытии, рис. 9,6.

Глубина слоя с у-ж' - превращением и субструктурными изменениями в исходных фазах не превышает 50...60 мкм, рис. 10. Максимальные изменения микротвердости составили 5000 МПа для покрытия сформированного за два прохода электронного луча. Именно для этого покрытия характерен наибольший объем приращения мартенсита деформации (-43 %) в процессе испытаний па износ, рис. 9,6. Оставшийся непревращенным аустенит в поверхностном слое (40...50 %) и расположенный ниже метастабильный исходный аустенит будут создавать возможность релаксации напряжений и, следовательно, препятствовать распространению вглубь возможных микротрещин.

Факт у-»а' - превращения только в тонком поверхностном слое (-5...10 мкм) подтверждается данными металлографических исследований и рентгеноструктурного анали образцов с поверхности износа и после снятия слоя с поверхности износа толщин ~10 мкм. Количественное соотношение между а- и у- фазами в нижележащем объ ме материала соответствует исходному.

Немаловажный структурный фактор повышения износостойкости сплава с мет стабильной аустенитной матрицей состоит в большей способности аустенита сравнению с мартенситной основой удерживать хрупкие карбидные фазы как I границам зерен (первичные дендритные карбиды), так и вторичные равноосн дисперсные карбиды внутри аустенитных зерен от выкрашивания при микрорезащ и усталостном разрушении. Одно- и двукратный отпуск композиционных покрыт приводит к понижению относительной износостойкости. Это обусловлено тем, ч отпуск приводит к частичному переходу аустенита в мартенсит и, следовательн возможности релаксации части подводимой внешней энергии за счет у-»а' - пр вращение уменьшается. Наличие сетки трещин и развитого карбидного каркаса карбидов М6С и АУС (рис. 2,б,в) в покрытиях «сталь Р6М5-(40...50 %)\УС» усугу ляет этот процесс. Следовательно, проведение отпуска после наплавки покрытий целесообразно.

Коэффициент износостойкости покрытий «сталь Р6М5 - С\УС+Т1С)» непосре сгвенно после наплавки существенно снижается при увеличении содержания част упрочпителя от 20 до 25 %, рис. 11. Такой характер поведения износостойкости мо но объяснить тем, что в образцах непосредственно после наплавки мелкодисперсны

Рис. 10. Изменение микротве дости в приповерхностном сл покрытия после испытаний износ (кривая 2) и исходная ми ротвердость покрытия (1), сфо мированного за два прохо электронного луча

lapTOiciiT в основном образуется в непосредственной близости к карбидным вклю-ениям титана, их конгломератам или полностью окружает эти включения. Данный бъем материала хрупкий, что приводит к интенсивному его выкрашиванию. Более ого, для данных составов композиционных покрытий наблюдается увеличение ко-ичества мартенсита.

Отпуск положительно сказывается на увеличе-ии К„ только для наплавленных покрытий с сум-¡арным содержанием карбидной фазы 25...30 %, ис. 11. Это обусловлено тем, что в процессе от-уска повышается вязкость мартенсита. Износо-тойкость практически не меняется с увеличением оли карбидной фазы в покрытии.

Однако разброс значений коэффициента отно-ительиой износостойкости резко увеличивается, собенно для состава «сталь Р6М5 - (25 % WC + 5 о TiC)». Это обусловлено тем, что с увеличением оличества карбидной фазы уменьшается как объ-мное содержание матрицы, так и доля аустенита в ей. Наличие конгломератов из частиц карбида ти-ана оказывает дополнительное отрицательное лияние на увеличение разброса значений относи-ельной износостойкости.

Таким образом, композиционное покрытие, в ис-одную наплавочную смесь которого вводят 20 % прочняющей фазы (5% TiC+15% WC), имеет наибольшую износостойкость и не ребует дополнительной термической обработки.

Для композиционных покрытий «сталь P6M5+TÍC» с увеличением количества арбидной фазы в покрытиях (до 10%) как непосредственно после наплавки, так и осле термообработки происходит снижение износостойкости. Это обусловлено ем, что при введении в быстрорежущую сталь карбида титана матрица в покрытии аходится в мартенситном состоянии. Многократное воздействие абразива приводит олько к накоплению повреждений и, как следствие, к интенсивному изнашиванию.

Наиболее предпочтительными для наплавки опорных шеек вал-шестерен явля-тся композиционные смеси «сталь Р6М5+20 % ÍVC» и «сталь Р6М5+(15 % WC+5 о TiC)». Они характеризуются высокими значениями износостойкости, твердости, тсутствием сетки трещин, однородностью структуры по толщине упрочненного лоя, наличием большого количества аустенита, способного релаксировать много-ратно повторяющиеся внешние напряжения. Сформированная бимодальная по азмерам структура карбидной фазы в покрытии «сталь Р6М5 - 20 % WC» в виде етчатых эвтектических карбидов (-5,9 мкм) и дисперсных (-0,25 мкм) карбидов ли в покрытии «сталь Р6М5 - (15 % WC+5 % TiC)» в виде сетчатых эвтектических арбидов и равноосных карбидов титана в аустенитно-мартенситнон матрице позво-яет значительно увеличить их износостойкость. Разработанные покрытия, наносные с помощью электронно-лучевой наплавки для упрочнения опорных шеек валов-естерен, позволили продлить их срок эксплуатации с 1 до 12 месяцев.

Рис. 11. Изменение коэффициента износостойкости в зависимости от количества (Ы) введенной упрочняющей фазы ^С + Т1С): 1- после наплавки; 2- после наплавки и отпуска

Основные результаты и выводы

1. Показано, что в процессе получения композиционных спеков «ст Р6М5+\¥С» и «сталь РбМЗ+М'С+'ПС» происходит взаимодействие между частиц ми порошка быстрорежущей стали и карбида вольфрама с образованием сложно карбида типа М6С. Для композиционных спеков «сталь Р6М5 + ТлС» характер! слабое взаимодействие на границе раздела исходных фаз в процессе спекания, частицах быстрорежущей стали, в ходе вакуумного спекания, выделяются карби УС и М6С, а последующее охлаждение с печыо вызывает практически полное у—> мартенситное превращение в матрице.

2. Показано, что введение в наплавочную смесь 20...30 % карбида вольфра приводит к увеличению доли карбида МбС (эвтектические по границам зерна (~5 мкм) н дисперсные (-0,25 мкм) в объеме зерен (бимодальное распределение упро нягощей фазы по размерам)) и сохранению большого количества аустенита (-68... %). На количество аустенита с увеличением числа проходов электронного луча с до 6 основное влияние оказывает температура подложки. Даже после двукратно отпуска количество остаточного аустенита остается на уровне 30...40 % от обще объема матрицы.

3. Установлено, что количество аустенита в композиционном покрытии «ст Р6М5 - (\УС+Т1С)» зависит от содержания \УС во вводимой смеси ^С+ТЮ). М сималыюе количество аустенита (75 %) имеют покрытия, наплавленные смес «сталь Р6М5 +15% \УС + 5% ПС». При большем содержании карбидов в смеси личество аустенита уменьшается до 40...50 %. После наплавки мартенсит, в оси ном, образуется в непосредственной близости к включениям ПС, их конгломерат или полностью окружает эти включения. В процессе однократного отпуска до 50 аустенита превращается в игольчатый мартенсит.

4. Установлено, что коэффициент относительной износостойкости композици ного покрытия «сталь Р6М5-\УС» с бимодальным распределением по размерам ч тиц карбида М6С пропорционален количеству остаточного аустенита и степени превращения в мартенсит деформации. Повышенное сопротивление изнашиван покрытия обусловлено частичным (до ~50 %) превращением аустенита матриць мартенсит деформации. Глубина слоя с у-ж' - превращением и субструктурны изменениями в исходных фазах не превышает 50...60 мкм.

5. Разработаны композиционные наплавочные материалы «сталь Р6М5+ %)\УС» и «сталь Р6М5+(15 % \УС+5 % НС)», предназначенные для упрочнения бочих поверхностей, работающих в тяжелонагруженных условиях (высокие к тактные нагрузки и абразивный износ), и способ их нанесения, защищенные пат тами РФ. Годовой экономический эффект от внедрения способа электронно-луче наплавки опорных шеек валов-шестерен композиционным материалом «сталь Р6 - 20 % \\'С» в технологию их изготовления составил в ценах 2008 года 3259224 р

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Гнюсов К.С. Формирование структуры покрытия основе стали Р6М5 при электронно-лучевой наплавке и последующем отпуске. / орник научных трудов. "Славяновские чтения: Сварка - XXI век". - Липецк: ГИ, 2004. - С. 432-440.

2. Гшосов КС., Дураков В.Г., Лигай A.A., Гшосов С.Ф. Формирование структу-покрытия на основе карбидостали P6M5+WC. / Сборник статей по докладам российской научно-практической конференции "Современные проблемы повы-

ния эффективности сварочного производства": 15-17 ноября. // Тольятти: ТГУ, 6.-Ч.1-С. 82-87.

3. Гнюсов С.Ф., Гшосов К.С., Дураков В.Г., Советченко Б.Ф. Особенности фор-ования структуры и свойств покрытий на основе карбидостали P6M5+WC / Тру-VI научно-технической конференции "Сварка/ Контроль. Реновация - 2006" // а: Гилем, 2007. - С. 123-130.

4. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Гшосов К.С. Вакуумная электронно-лучевая на-вка карбидосталей. I. Особенности технологии наплавки и подготовки композн-нных наплавочных смесей // Сварочное производство. - 2007.- №11. - С. 8-12.

5. Гнюсов С.Ф., Гнюсов К.С., Дураков В.Г. Вакуумная электронно-лучевая на-вка карбидосталей. II. Особенности формирования структуры и свойств покры-сталь Р6М5 - WC // Сварочное производство. - 2007.- №12. - С. 12-15.

6. Патент Российской Федерации №2309827 от 10.11.2007г. БИ №31 Способ тронно-лучевой наплавки покрытий с мультимодалыюй структурой // Гнюсов

Гнюсов К.С., Дураков В.Г., Маков Д.А., Советченко Б.Ф.

. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Гшосов К.С. Вакуумная электронно-лучевая на-ка карбидосталей. I. Особенности технологии наплавки и подготовки компози-нных наплавочных смесей // Технология машиностроения. - 2007 - №12. - С. 51. Патент Российской Федерации №2311275 от 27.11.2007г. БИ№33 Композици-ый материал для наплавки и способ его нанесения // Гшосов С.Ф., Гнюсов К.С., аков В.Г., Советченко Б.Ф.

. Гнюсов С.Ф., Гнюсов К.С., Дураков В.Г. Вакуумная электронно-лучевая пака карбидосталей. И. Особенности формирования структуры и свойств покры-сталь Р6М5 - WC II Технология машиностроения. -2008 - №1 - С. 42-45.

0. Гнюсов КС., Игнатов A.A., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г. Влияние числа пров электронного луча на структурно-фазовое состояние покрытий на основе ста-6М5 / Труды IV Международной научно-технической конференции "Современ-проблемы Машиностроения" Томск, 26-28 ноября 2008г. // Томск: ТПУ, 2008. -

1-285.

1. Гшосов КС., Толмачев К.А., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г. Влияние числа пров электронного луча на структурно-фазовое состояние покрытий сталь Р6М5 -/ТамжеII-C. 285-290.

2. Гнюсов КС., Симакович А.Б., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г. Структура и свой-композиционного покрытия сталь P6M5-TiC, наносимого с помощью вакуум-лектронно-лучевой наплавки / Там же // - С. 295-299.

13. Гиюсов ICC., Резнер C.B., Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г. Влияние состава ко позиционного покрытия сталь Р6М5 - (WC+TiC) на его структуру и износосто кость / Там же // - С. 290-294.

14. Гшосов С.Ф., Гиюсов К.С., Дураков В.Г., Игнатов A.A., Толмачев К.И. Эле тронно-лучевая наплавка карбидосталей. III. Влияние числа проходов на структу но-фазовое состояние композиционных покрытий на основе стали Р6М5 // Сваро ное производство. - 2009,- №7. - С. 18-23.

Цитируемая литература

1. Кульков С.Н., Гнюсов С.Ф. Карбидостали на основе карбидов титана и воль рама / Томск: Изд-во НТЛ, 2006. - 240 с.

2. Вальдма Л.Э., Аннука Х.И., Кюбарсепп Я.П. Комплекс износостойкость прочность порошковых карбидосталей // Трение и износ. - 1987.-Т.9. - №2. - С.З

373.

3. Чаус A.C. К вопросу износостойкости быстрорежущих сталей // Трение и нос. - 2008. - Т. 29. - №1. - С.33-43.

Подписано в печать 17.09.2009 г. Формат 60x84/16. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,02. Тираж 100 экз.

Отпечатано в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/4

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Использование концентрированных потоков энергии для упрочнения рабочих поверхностей деталей механизмов и машин.

1.2 Электронно-лучевое воздействие.

1.2.1 Электронно-лучевое облучение.

1.2.2 Электронно-лучевая наплавка.

1.3 Постановка задачи.

2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Установка вакуумной электронно-лучевой наплавки.

2.2 Наплавочные материалы.

2.3 Структурно-фазовый анализ.

2.4 Механические испытания.

2.5 Метод определения износостойкости по ГОСТ 23.208-79.

3 СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ИСХОДНЫХ ПОРОШКОВ И КОМПОЗИЦИОННЫХ СПЕКОВ НА их ОСНОВЕ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ.

3.1 Структурно-фазовый состав исходных порошков.

3.2 Структурно-фазовый состав композиционных спеков.

Выводы.

4 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТАВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ СТАЛИ Р6М5 В УСЛОВИЯХ ВАКУУМНОЙ

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ.

4.1 Структура, фазовый состав и микротвердость образцов быстрорежущей стали, оплавленных электронным лучом или наплавленных порошком стали Р6М5.

4.2 Изменение структурно-фазового состава и твердости композиционных покрытий сталь Р6М5 — WC в зависимости от содержания карбида вольфрама в исходной шихте и термической обработки.

4.3 Влияние числа проходов электронного луча (толщины покрытия) на структурно-фазовый состав и микротвердость наплавки сталь Р6М5+20% WC.

4.4 Влияние карбида титана на структурно-фазовый состав и микротвердость покрытий на основе стали Р6М5.

4.5 Изменение структурно-фазового состава и твердости композиционных покрытий сталь Р6М5 - (WC+TiC) в зависимости от содержания карбида вольфрама в исходной шихте.

Выводы.

5 ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ и

ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ.

5.1 Износостойкость исследуемых композиционных покрытий.

5.1.1 Износостойкость композиционных покрытий сталь Р6М5 - WC.

5.1.2 Износостойкость композиционных покрытий сталь Р6М5 - 124 (WC+TiC).

5.1.3 Износостойкость композиционных покрытий сталь Р6М5 - TiC.

5.2 Практическое использование композиционных покрытий.

5.3 Оценка ожидаемой экономической эффективности при замене азотированных опорных шеек под игольчатые подшипники на композиционные покрытия при изготовлении вал-шестерни.

Выводы.

В настоящее время существенно возросла доля конструкций, сооружений и оборудования в целом ряде отраслей промышленности (энергетика, транспорт, химическая, нефтехимическая), работающих в условиях высоких контактных нагрузок, одновременно сопровождающихся абразивным и ударно-абразивным износом. Следовательно, широко распространена проблема выхода из строя деталей различных машин и механизмов. С другой стороны, вновь вводимое оборудование в целях снижения затрат на материал чаще всего изготавливается из экономнолегированных малоуглеродистых конструкционных сталей, требующих поверхностного упрочнения. В сложившихся условиях первоочередной задачей является повышение экономически целесообразной долговечности и надежности рабочих органов машин, технологического оборудования и инструмента, которые непосредственно связаны с повышением износостойкости.

Сегодня для увеличения износостойкости рабочих поверхностей деталей машин, как при их изготовлении, так и в процессе ремонта, в качестве наплавляемых порошковых смесей обычно применяются твердые и сверхтвердые композиционные материалы, такие как стеллит, сормайт, релит. Данные наплавочные материалы нашли широкое применение в горнодобывающих отраслях промышленности, где нет жесткого требования по качеству структуры наплавки. В качестве упрочняющей фазы они содержат 30.90 % дорогостоящих карбидов вольфрама. Данные упрочняющие покрытия имеют ряд недостатков: хрупкость из-за большого содержания упрочняющих частиц; неравномерность распределения упрочняющих частиц по объему наплавленного слоя особенно при их содержании до 30.50 %; образование сетки трещин на поверхности покрытия, что не позволяет использовать их в условиях высоких контактных нагрузок, одновременно сопровождающихся ударно-абразивным износом.

В частности, при эксплуатации деталей высоконагруженных редукторов возникает проблема быстрого выхода из строя вал-шестерен за счет интенсивного изнашивания опорных шеек под игольчатые подшипники в течение одного месяца при непрерывной работе. Данные поверхности должны одновременно удовлетворять следующим требованиям: высокая износостойкость, контактная выносливость, малые пластические деформации. Следовательно, современный уровень развития промышленности требует создания однородных многофункциональных покрытий по всей толщине упрочненного слоя.

Эффективным методом повышения износостойкости материалов является обработка концентрированными потоками энергии, позволяющая модифицировать рабочие поверхности изделий. Соответствующие методы основаны на высокоскоростной закалке поверхностных слоев из жидкого состояния со скоростями охлаждения от ~104 до ~ 109 К/с. Однако толщина упрочненных слоев в большинстве случаев не превышает нескольких микрон. Для экономнолегированных малоуглеродистых конструкционных сталей требуется создание более значительного по толщине упрочненного слоя, обладающего более высокими механическими свойствами, чем основной объем материала.

В качестве метода формирования упрочненного слоя наиболее подходит электронно-лучевая технология наплавки в вакууме. Она обеспечивает

5 2 концентрированный ввод энергии до 10 Вт/см , возможность подачи композиционного наплавочного материала в ванну расплава, рафинирование наплавляемого металла, минимальное проплавление основы, небольшие размеры ванны расплава. Значительный перегрев ванны в зоне действия электронного луча способствует растворению твердых частиц в сварочной ванне, а минимальное время ее существования - формированию пересыщенного твердого раствора легирующих элементов в матрице.

В качестве связующей фазы предпочтительно использовать сталь Р6М5, в которой при данных скоростях нагрева, охлаждения и малого объема ванны расплава возможно сохранить некоторое количество остаточного аустенита и растворить большое количество упрочняющей фазы в твердом растворе. За счет наличия остаточного аустенита и эффекта сверхпластичности, которым обладает данная сталь, можно надеяться на релаксацию термических напряжений и, следовательно, полностью исключить образование сетки трещин в упрочненном слое в процессе быстрого охлаждения и значительно увеличить его износостойкость. В качестве упрочняющих частиц в данную сталь можно дополнительно вводить карбиды титана и вольфрама как наиболее распространенные, имеющие высокую твердость.

Целью данной работы является разработка составов и способа нанесения износостойких покрытий на тяжелонагруженные детали типа опорных шеек «вал-шестерня» на основе изучения структуры и свойств композиционных наплавок «быстрорежущая сталь — тугоплавкий карбид титана, вольфрама или их смеси».

Научная новизна.

1. Показано, что еще на этапе получения композиционных наплавочных смесей «сталь P6M5+WC» вследствие высокой активности вольфрама и быстрорежущей стали наблюдается взаимодействие исходных компонентов между собой с образованием сложного карбида типа МбС, а на этапе рассева - уменьшение доли карбидной фазы (WC) на 6.7 % по сравнению с исходной концентрацией.

2. Установлены оптимальные составы исходных композиционных смесей «сталь Р6М5+(20 %)WC» и «сталь Р6М5+(15 % WC+5 % TiC)», нанесение которых приводит к получению однородной структуры по всей толщине упрочненного слоя, представляющей аустенитно-мартенситную матрицу с карбидами типа МбС, бимодально распределенными по размерам (эвтектические по границам зерна (-5,9 мкм) и дисперсные (-0,25 мкм) в объеме зерен), или МбС и TiC.

3. Установлено, что коэффициент относительной износостойкости композиционного покрытия «сталь P6M5-WC» пропорционален количеству аустенита и степени его превращения в мартенсит деформации. Повышенное сопротивление изнашиванию покрытий обусловлено частичным (до —50 %) превращением аустенита матрицы в мартенсит деформации, что положительно влияет на вязкость разрушения. Глубина слоя с у—»а' -превращением и субструктурными изменениями в исходных фазах не превышает 50.60 мкм.

Практическая значимость.

1. Разработаны композиционные наплавочные материалы «сталь P6M5+(20%)WC» и «сталь Р6М5+(15 % WC+5 % TiC)», предназначенные для упрочнения рабочих поверхностей, работающих в тяжелонагруженных условиях, связанных с высокими контактными нагрузками и абразивным износом.

2. Предложен способ электронно-лучевой наплавки плоских и цилиндрических поверхностей, который может быть использован как при изготовлении новых, так и при восстановлении поверхности изношенных деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного износа в сочетании с высокими контактными нагрузками.

3. Разработанный способ наплавки и композиционные материалы применены для упрочнения опорных шеек вал-шестерен высоконагруженных редукторов в ООО "Томскнефтехим", что позволило существенно увеличить ресурс их работы. Годовой экономический эффект от внедрения способа электроннолучевой наплавки опорных шеек вал-шестерен композиционным материалом «сталь Р6М5 — карбид вольфрама» в технологию их изготовления составил в ценах 2008 года 3259224 руб.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Выбор состава композиционного материала для наплавки на основе смеси «сталь Р6М5 + WC», обеспечивающего получение покрытия с аустенитно-мартенситной структурой матрицы, упрочненной карбидом типа М6С, что обеспечивает высокий уровень абразивной износостойкости и отсутствие сетки трещин по всей толщине упрочненного слоя.

2. Композиционный материал для наплавки на основе смеси «сталь Р6М5+ WC+TiC», и способ его нанесения, защищенный патентом РФ.

3. Комплекс результатов исследования фазового состава и структуры упрочненного слоя на основе композиционного материала «сталь Р6М5 — тугоплавкий карбид», реализующихся в процессе его получения электроннолучевой наплавкой и термической обработки. Установленные взаимосвязи показателей абразивной износостойкости со структурно-фазовым составом наплавленных покрытий.

Личный вклад соискателя заключается в написании литературного обзора по тематике диссертации, в совместной с научным руководителем постановке задачи диссертации, проведении экспериментов, обработке полученных результатов, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, написании статей и патентов по теме диссертации.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийской научно-практической конференции "Славяновские чтения: Сварка - XXI век", г. Липецк, 2004 г.; Всероссийской научно-практической конференции "Современные проблемы повышения эффективности сварочного производства", г. Тольятти, 2006 г.; III Международной научно-практической конференции "Современные проблемы машиностроения", г. Томск, 2006 г.; VI научно-технической конференции "Сварка. Контроль. Реновация - 2006", г. Уфа, 2006 г.; Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов, г. Томск, 2006 г.; IV Международной научно-технической конференции "Современные проблемы Машиностроения", г. Томск 2008 г.; Международной школе-семинаре "Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения", Томск, 2008 г.; III Всероссийской конференции "Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине", г. Новосибирск, 2009 г.; Международной научно-практической конференции "Славяновские чтения", г. Липецк, 2009 г.

Публикации. Результаты работы опубликованы в 19 печатных работах, в том числе 5 статьях в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, получено 2 патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, списка литературы из 188 наименований, приложения, содержит [ 171 страницу машинописного текста, включая 11 таблиц и 58 рисунков.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Показано, что в процессе получения композиционных спеков «сталь P6M5+WC» и «сталь P6M5+WC+TiC» происходит взаимодействие между частицами порошка быстрорежущей стали и карбида вольфрама с образованием сложного карбида типа М6С. Для композиционных спеков «сталь Р6М5 + TiC» характерно слабое взаимодействие на границе раздела исходных фаз в процессе спекания. В частицах быстрорежущей стали, в ходе вакуумного спекания, выделяются карбиды VC и М6С, а последующее охлаждение с печью вызывает практически полное у—>а- мартенситное превращение в матрице.

2. Показано, что введение в наплавочную смесь 20.30 % карбида вольфрама приводит к увеличению доли карбида МбС (эвтектические по границам зерна (~5,9 мкм) и дисперсные (-0,25 мкм) в объеме зерен (бимодальное распределение упрочняющей фазы по размерам)) и сохранению большого количества аустенита (~68.88 %). На количество аустенита с увеличением числа проходов электронного луча с 1 до 6 основное влияние оказывает температура подложки. Даже после двукратного отпуска количество остаточного аустенита остается на уровне 30.40 % от общего объема матрицы.

3. Установлено, что количество аустенита в композиционном покрытии «сталь Р6М5 - (WC+TiC)» зависит от содержания WC во вводимой смеси (WC+TiC). Максимальное количество аустенита (75 %) имеют покрытия, наплавленные смесью «сталь Р6М5 +15% WC + 5% TiC». При большем содержании карбидов в смеси количество аустенита уменьшается до 40.50 %. После наплавки мартенсит, в основном, образуется в непосредственной близости к включениям TiC, их конгломератам или полностью окружает эти включения. В процессе однократного отпуска до 50 % аустенита превращается в игольчатый мартенсит.

4. Установлено, что коэффициент относительной износостойкости композиционного покрытия «сталь P6M5-WC» с бимодальным распределением по размерам частиц карбида МбС пропорционален количеству остаточного аустенита и степени его превращения в мартенсит деформации. Повышенное сопротивление изнашиванию покрытия обусловлено частичным (до ~50 %) превращением аустенита матрицы в мартенсит деформации. Глубина слоя с у—»а' - превращением и субструктурными изменениями в исходных фазах не превышает 50.60 мкм.

5. Разработаны композиционные наплавочные материалы «сталь Р6М5+(20 %)WC» и «сталь Р6М5+(15 % WC+5 % TiC)», предназначенные для упрочнения рабочих поверхностей, работающих в тяжелонагруженных условиях (высокие контактные нагрузки и абразивный износ), и способ их нанесения, защищенные патентами РФ. Годовой экономический эффект от внедрения способа электронно-лучевой наплавки опорных шеек валов-шестерен композиционным материалом «сталь Р6М5 - 20 % WC» в технологию их изготовления составил в ценах 2008 года 3259224 руб.

1. Клебанов Ю.Д., Григорьев С.Н. Физические основы применения концентрированных потоков энергии в технологиях обработки материалов — М.: ИЦ МГТУ "Станкин", Янус-К. 2005. - 220 с.

2. Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы/ М.: Наука, 1970.- 272 с.

3. Криштал М.А., Жуков А.А., Кокора А.Н. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера. М.: Металлургия, 1973.-192 с.

4. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера. -М.: Изд. МГУ, 1975.-383 с.

5. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов; Справочник / Под ред. Рыкалина Н.Н., Углова А.А., Зуева Н.В., Кокора А.Н. М.: Машиностроение, 1985.- 486 с.

6. Модификация и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / Под ред. Дж. М. Поута и др.: пер. с англ. Под ред. А.А. Углова. М.: Машиностроение, 1987.-424 с.

7. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов. М.: Энергоатомиздат, 1991. -240 с.

8. Uglov V.V., Anishchik V.M., Astashynski V.M., Cherenda N.N., Gimro I.G., Kovyazo A.V. Modification of WC hard alloy by compressive plasma flow. // Surface & Coatings Technology. 2005. - 200 (1). - P.245-249.

9. Гладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменная наплавка. -К.: Экотехнология, 2007. 292 с.

10. Валяев А.Н., Погребняк А.Д., Плотников С.В. Радиационно-механические эффекты в твердых телах при облучении электронными и ионными пучками. Усть-Каменогорск: ВКТУ, 1998. - 266 с.

11. Диденко А.Н., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А.И. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. -Томск: Изд-во НТЛ, 2004. 328 с.

12. Ротштейн В.П. Модификация структуры и свойств металлических материалов интенсивными электронными пучками: Дис. . докт. физ.- мат. наук. Томск, 1995. - 387 с.

13. Полетика И.М. Упрочнение поверхностного слоя стали легированием в концентрированных потоках энергии: Дис. . докт. технич. наук. Томск, 1996.- 310 с.

14. Панин В.Е., Белюк С.И., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Ремпе Н.Г. Электронно-лучевая наплавка в вакууме: оборудование, технология, свойства покрытий // Сварочное производство. 2000. - №2.- С. 34-38.

15. Подчерняева И.А., Лавренко В.А. Использование концентрированных потоков энергии для упрочнения медицинского инструмента // ФИХОМ. -1995.-№6.-С. 24-28.

16. Сом А.И., Кривцун И.В. Лазер+плазма: поиск новых возможностей в наплавке // Автоматическая сварка. 2000. - №12. - С. 36-41.

17. Patent 5688564 US. Process for the preparation and coating of a surface / C.L.M. Coddet, T. marchione. Publ. 18.11.97.

18. Hai-ou Zhang, Ying-ping Qian, Gui-lan Wang. Study of rapid and direct thick coating deposition by hybrid plasma-laser mahufacturing // Surface Coatings Technol. -2006. -201.-P. 1739-1744.

19. Технологические лазеры: Справочник в 2 т. / Под ред. Г.А. Абельсиитова. М.: Машиностроение, 1991. - Т. 1. -432 с.

20. Тескер Е.И., Гурьева В.А. Исследование влияния лазерной обработки на ударную вязкость и износостойкость нормализованной углеродистой стали // ФИХОМ. 1996. - №6. - С. 49-54.

21. Гурьев В.А., Тескер Е.И., Казак Ф.В: Влияние лазерной обработки на структуру и свойства среднеуглеродистой стали. // ФИХОМ. 1999. - №4. -С. 10-15.

22. Коваленко B.C., Верхотуров А.Д., Головко Л.Ф., Подчерняева И.А. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов. М.: Наука, 1986. -276 с.

23. Лялякин В.П. Научно обоснованные технологии восстановления коленчатых валов автотракторных двигателей // Сварочное производство. -1993. №2.-С. 4-7.

24. Петренко П.В., Мельникова Н.А., Еулиш Н.П., Грабовский Ю.Е., Грицкевич А.Л. Структурно-фазовые превращения в твердых W-Co сплавах при облучении // ФИХОМ. 2005. - №2. - С. 23-31.

25. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Малыгина И.Ю., Осинцева А.Л. Влияние лазерной закалки и последующей термической обработки на структуру и износостойкость цементированной стали 20ХНЗА // ФММ. 2007. - Т. 103. -№5.-С. 536-548.

26. Григорьянц А.Г. Достижения и перспективы развития лазерной технологии // Сварочное производство. 1996. - №8. - С. 2-4.

27. Жоу Кесонг, Жанг Рогуо. Исследование и разработка технологии поверхностной обработки в Китае // ФИХОМ. 1997. - №5.- С. 64-73.

28. Касаткин А.В., Матвиенко И.В., Себрант А.Ю. Степанова М.А. Формирование жаростойких покрытий при воздействии лазерного излучения // ФИХОМ. 1995. - №3. - С. 67-72.

29. Иванов А.С., Соколов А.Н., Пеленева Л.В. Карбидное упрочнение жаропрочного сплава ЖС 26 лазерной наплавкой //Металловедение и термическая обработка металлов.- 1997. №10. - С. 5-7.

30. Мендыгалиева З.Ж., Киншакбаев А.И., Хасенов М.У. О лазерном легировании стали У10 при использовании порошка Cr-Ni-B4C-Si // ФИХОМ.- 1992. №2.-С. 149-152.

31. Тескер Е.И., Гурьев В.А., Тескер С.Е. Микроструктура и свойства наплавленных лазером поверхностных слоев. // ФИХОМ. 2004. - №1. - С. 38-42.

32. Вишневская И.А., Голего Н.Н., Соловьев А.В. Исследование трибологических характеристик жаропрочных лазерных карбидных покрытий в условиях непрерывного одностороннего скольжения // ФИХОМ.- 1993.-№6.-С. 66-71.

33. Чижская Т.Г., Хаскин В.Ю., Наквасюк В.В. и др. Лазерная наплавка порошков сплава системы Ni-Cr-B-Si на медь и её сплавы // Автоматическая сварка. 1997. - №9. - С. 45-48.

34. Асташкевич Б.М., Зиновьев Г.С. Упрочнение и восстановление лазерной наплавкой клапанов двигателей // Сварочное производство. 1995. - №11. - С. 2-4.

35. Сафонов А.Н. Основные направления эффективного использования лазерной техники для термической обработки сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1997. - №7. - С. 2-7.

36. Архипов В.Е., Биргер Е.М., Лондарский А.Ф., Москвитин Г.В., Поляков А.Н. Перспективные методы модификации поверхности металлов лазерной обработкой // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. - №12. - С.26-30.

37. Хаскин В.Ю. Современное состояние и перспективы развития лазерных технологий нанесения покрытий и поверхностного упрочнения (обзор) // Автоматическая сварка. 2008. - №2. - С. 38-44.

38. Хаскин В.Ю. Процессы упрочнения и нанесения покрытий с использованием лазерного излучения (обзор) // Автоматическая сварка. -2008.-№12.-С. 24-32.

39. Каленский В.К., Гладкий П.В., Фрумин И.И. Исследование способа автоматической наплавки выпускных клапанов автомобилей // Автоматическая сварка. 1963. - №1. - С. 15-23.

40. Zuchowski R.S., Culbertson R.P. Plasma arc weld surfacing // Welding Journal. 1962. - V.41. - N6. - P. 548-555.

41. Witting E. Grundlagtn und Anwendungen der Plasma-Verfahren // Schweissen und Schneiden. 1962. - Bd.14. -N5. - S. 193-200.

42. Гладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменная наплавка (обзор). // Сварочное производство. 2007. - №2. - С. 32-40.

43. Герасимов А.Н. Плазменная технология: Опыт разработки и внедрения. -Л.: Лениздат, 1980. 152 с.

44. Рябцев И.А. Наплавка деталей машин и механизмов. Киев: Экотехнология, 2004. — 160 с.

45. Рябцев И.А., Переплетчиков Е.Ф., Миц И.В., Бартенев И.А. Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменно-порошковым способом // Автоматическая сварка. 2007. - №10. - С. 23-27.

46. Рябцев И.А. Структурная наследственность в системе исходные материалы металлический расплав — твердый металл // Автоматическая сварка.-2006.-№11.-С. 11-16.

47. Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменно-порошковая наплавка режущего инструмента // Сварочное производство. 2008. - №11. - С. 28-31.

48. Рябцев И.А., Васильев В.Г., Хайнце X. Структура и свойства высокоуглеродистых высокованадиевых сплавов на железной основе для наплавки. // МиТОМ. 2003. - №5. - С. 36-40.

49. Исаев Э.Х., Мордынский В.Б. Формирование зоны сплавления при плазменной порошковой наплавке // Сварочное производство. 2008. - №12. -С. 8-12.

50. Бровер А.В. Проявление эффектов локальной пластической деформации в поверхностных слоях стали при обработке концентрированными потоками энергии. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. - №7. - С. 27-31.

51. Углов В.В., Анищук В.М., Стальмошенок К.К., и др. Поверхностная обработка инструментальных сталей плазменными потоками квазистационарного ускорителя // ФИХОМ. 2004. - №5. - С. 44-49.

52. Самотугин С.С., Нестеров О.Ю. Комплексная объемно-плазменная обработка быстрорежущей стали // ФИХОМ. 2002. - №5. - С. 14-17.

53. Калита В.И., Комлев Д.И., Яркин В.В. Структура и механические свйства плазменных WC-Co керметных покрытий // ФИХОМ. 2008. - №5. - С.50-53.

54. Калита В.И., Комлев Д.И., Самохин А.В., Благовещенский Ю.В., Алексеев Н.В., Яркин В.В. Плазменные керметные покрытия WC-Co,упрочненные микро- и наноразмерными карбидами // ФИХОМ. 2008. - №6. -С. 41-45.

55. Пранявичюс Л., Дудонис Ю. Модификация свойств твердых тел ионными пучками. Вильнюс: Мокслас, 1980. - 242 с.

56. Гусева М.И. Ионная имплантация в металлах // Поверхность. Физика, химия, механика. 1982. - №4. - С. 27-50.

57. Белый А.В., Кукаренко В.А., Лободаева А.Н. и др. Ионно-лучевая обработка металлов, сплавов и керамических материалов. — Минск: Физико-технический институт, 1998. 220 с.

58. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Металлургия, 1990. -216с.

59. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 237 с.

60. Nastasi М., Mayer J.W., Hirvonen J.K. Ion-Solid Interactions: Fundamentals and Applications. Cambridge: Cambridge Solid State Science Series, Cambridge University Press, 1996. - XXVII p. - 540 p.

61. Плешивцев H.B., Бажин А.И. Физика воздействия ионных пучков на материалы. М.: Вузовская книга, - 1998. - 392 с.

62. Брюхов В.В. Повышение стойкости инструмента методом ионной имплантации. Томск: Изд-во НТЛ, 2003. - 120 с.

63. Диденко А.Н., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А.И. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. -Томск: Изд-во НТЛ, 2004. 328 с.

64. Курзина И.А., Козлов Э.В., Шаркеев Ю.П., Фортуна С.В., Конева Н.А., Божко И.А., Калашников М.П. Нанокристаллические интерметаллидные и нитридные структуры, формирующиеся при ионно-плазменном воздействии. Томск: Изд-во НТЛ, 2008. - 324 с.

65. Углов В.В., Русальский Д.П., Ходасевич В.В., Румянцева И.Н., Вей Р., Вильбур П.Дж. Низкоэнергетическая высокодозная имплантация азота в быстрорежущую сталь // ФИХОМ. 1997. - №6. - С. 33-36.

66. Богданкевич О.В., Костин Н.Н., Крюкова И.В. и др. Термоупругое разрушение полупроводниковых кристаллов при воздействии интенсивных электронных пучков // ФИХОМ. 1988.- №3. - С. 32-38.

67. Демидов Б.А., Ивкин М.В., Петров В.А., Углов B.C., Чеджемов В.Д. Возбуждение ударных волн в толстых мишенях сильноточным РЭП // ЖТФ. -1980. Т. 50. - №10. - С. 2205-2208.

68. Демидов Б.А., Книжник Г.С., Томащук Ю.Ф. Изменение структуры металлов после воздействия интенсивных потоков электронов наносекундной длительности // ФИХОМ. 1982.- №4. - С. 114-117.

69. Грузин П.Л., Городецкий В.И., Иванов А.В. и др. Влияние интенсивного потока электронов наносекундной длительности на перераспределение углерода в железе // ФИХОМ. 1985. - №5. - С. 18-24.

70. Учаев А.Я., Новиков С.А., Цукерман В.А. и др. Особенности откольного разрушения вольфрама в режиме быстрого объемного разогрева // ДАН СССР. 1990. - Т. 310.- №3. - С. 611-614.

71. Итин В.И., Коваль Б.А., Коваль Н.Н. и др. Поверхностное упрочнение сплавов на основе железа при воздействии интенсивного импульсного электронного пучка // Изв. вузов. Физика. 1985.- №6. - С. 38-43.

72. Итин В.И., Кашинская И.С., Лыков С.В. и др. Механизм упрочнения сталей при циклическом воздействии низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком // Писма в ЖТФ. 1991. - Т. 17. - №5.- С. 89-93.

73. Марков А.Б., Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П. Формирование зоны теплового влияния в железе и стали 45 при воздействии низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков.- Препринт №17.- Томский научный центр СО РАН, 1993. 63 с.

74. Action ofa nanosecond megavolt high-current electron beam on metals and alloys/ Goncharenko I.M., Efremov A.M., Ivanov Yu. F., i др.// BEAMS-92.-Washington.-DC. 1992. - V.3. - P. 1948-1953.

75. Ефремов A.M., Иванов Ю.Ф., Итин В.И. и др. Объемный характер упрочнения мартенсита под действием мегавольтного сильноточного электронного пучка // Письма в ЖТФ. 1993. - Т.19. - №2. - С. 23-27.

76. Иванов Ю.Ф., Лыков С.В., Ротштейн В.П. Структура приповерхностного слоя приоткольной зоны среднеуглеродистой стали 45, облученной наносекундным мегавольтным сильноточным электронным пучком // ФИХОМ. 1993. - №5. - С. 62-67.

77. Иванов Ю.Ф., Ротштейн В.П., Орлов П.В. и др. Влияние воздействия низкознергетического сильноточного электронного пучка на прочностные свойства и структуру твердого сплава на основе карбидов вольфрама и титана // ФИХОМ. 1999. - №5. - С. 26-31.

78. Ремнев Г.Е., Семухин Б.С., Струц В.К. и др. Исследование структуры твердого сплава на основе карбидов вольфрама и титана, подвергнутого мощному импульсному ионному облучению // ФИХОМ. 1998.- №5. - С. 19-22.

79. Иванов Ю.Ф., Гнюсов С.Ф. Модификация твердого сплава WC-сталь 110Г13 импульсным НСЭП // Изв. вузов. Физика. 1996. - №8. - С. 104-110.

80. Гнюсов С.Ф., Иванов Ю.Ф. Модификация структуры и механических свойств твердого сплава сильноточным электронным пучком // Металлы. -1998.-№5.-С. 61-69.

81. Иванов Ю.Ф., Гнюсов С.Ф. Природа объемной модификации твердого сплава WC-сталь 110Г13 импульсным низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком // Изв. вузов. Черная металлургия. 1998. - №5. - С. 5962.

82. Гнюсов С.Ф., Иванов Ю.Ф., Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П. Объемные изменения микротвердости твердого сплава WC-сталь 110Г13 при воздействии низкоэнергетического сильноточного электронного пучка // Письма в ЖТФ. 1999. - Т25. - вып.20. - С. 54-59.

83. Кульков С.Н., Гнюсов С.Ф. Карбидостали на основе карбидов титана и вольфрама. Томск: Изд-во НТЛ, 2006. - 240 с.

84. Гнюсов С.Ф., Тарасов С.Ю., Иванов Ю.Ф., Ротштейн В.П. Влияние импульсного электронно лучевого плавления на микроструктуру и триботехнические свойства твердого сплава WC - сталь 110Г13 // ФИХОМ. -2003.-№4. -С. 19-27.

85. Ivanov Yu., Matz W., Rotshtein V., Gunzel R., Shevchenko N. Pulsed electron-beam melting of high-speel: structural phase transformations and wear resistance // Surface and Coatings Technology. 2002. - V.150. - P. 188-198.

86. Поболь И.Л. Электронно — лучевая термообработка металлических материалов. Итоги науки и техники. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: ВИНИТИ, 1990. - Т.24. - С. 99-166.

87. Шульга А.А. Электронно лучевая обработка подшипниковых сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1992. - №7. - С. 13-17.

88. Коноплева Е.В., Голковский М.Г., Абрашов О.В., Вайсман А.Ф. Модифицирование поверхностных слоев низкоуглеродистых легированных сталей концентрированным электронным пучком в атмосфере // Изв. АН СССР. Металлы. 1990. - №4. - С. 71-76.

89. Вайсман А.Ф., Вассерман С.Б., Вейс М.Э., Голковский М.Г., Лазарев В.Н., Мешков И.Н., Салимов Р.А. Способ поверхностного термического упрочнения стальных изделий. Заявка № 4450512 от 16 мая 1988г., авт. свид. SU 1548218.

90. Александрова Н.М., Щербинский Г.В., Старостенко И.В., Скобло Т.С. Структура хромоникелевого чугуна после обработки электронами высокой энергии // Металловедение и термическая обработка металлов. 1990. - №7. - С. 32-34.

91. Seong Choo, Sunghak Lee and Soon Ju Kwon. Surface hardening of a gray cast iron used for a diesel engine cylinder block using high - energy electron beamirradiation // Metallurgical and materials transactions. 1999. -Vol. 30A. — P. 1211-1221.

92. Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов. — М.: Атомиздат, 1977.- 144 с.

93. Завьялов М.А., Крейндель Ю.Е., Новиков А.А., Шантурин Л.П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М.: Энергоатомиздат, 1989. — 256 с.

94. Оке Е.М. Источники электроном с плазменным катодом: физика, техника, применение. — Томск: Изд-во НТЛ, 2005. 216 с.

95. Будкер Г.И., Салимов Р.А. и др. Ускоритель заряженных частиц. Авторское свидетельство № 589698.

96. Ауслендер В.Л., Салимов Р.А. Ускоритель электронов Института ядерной физики СО РАН СССР для народного хозяйства // Атомная энергия. 1978. -Т. 44. - Вып. 5.-С. 403-405.

97. Голковский М.Г. Расчет температурных полей и формирование структуры и свойств поверхностных слоев металлов и сплавов при облучении пучком релятивистских электронов: Дис. . канд. физ.-мат. наук. -Томск, 2007. 277 с.

98. Veis М.Е., Kuksanov N.K., Korabelnikov В.М., Nemytov P.I., Salimov R.A. High voltage electron accelerators at a power of up to 90 kW // Radiation Physics and Chemistry. 1990.-Vol. 35.-№4-6.-P. 658-661.

99. Полетика И.М., Борисов М.Д., Гладышев С.А., Свирчев Н.Е., Прошкин В.В., Михляева Н.В., Суховаров В.Ф. Легирование малоуглеродистой стали с помощью интенсивных источников // ФИХОМ. 1986. - №3. - С. 135-138.

100. Полетика И.М., Борисов М.Д., Дубовик Н.А. Легирование наплавленного металла карбидом бора // Изв. СО РАН СССР. Серия технических наук. 1987. - Вып. 5. - С. 72-75.

101. Полетика И.М., Краев Г.В., Мейта В.П., Вайсман А.Ф., Голковский М.Г. Легирование стали с использованием энергии релятивистских электронов // Изв. СО АН СССР. Серия технических наук. 1989. - Вып. 4. - С. 119-125.

102. Борисов М.Д., Краев Г.В., Полетика И.М. Использование термообработки для модифицирования структуры наплавленного слоя // Изв. вузов. Физика. 1992. - №2. - С. 70-73.

103. Полетика И.М., Борисов М.Д., Краев Г.В., Мейта В.П., Вайсман А.Ф., Голковский М.Г. Упрочнение стали легированием в пучке релятивистских электронов // Изв. вузов. Физика. 1993. - №3. - С. 57-63.

104. Полетика И.М., Борисов М.Д., Хорошков В.И. Формирование структуры поверхностного слоя стали при электронно — лучевом легировании // Изв. вузов. Физика. 1994. - №4. - С. 89-94.

105. Полетика И.М., Борисов М.Д., Краев Г.В., Вайсман А.Ф., Голковский М.Г., Дураков В.Г. Основы легирования стали в пучке релятивистских электронов // Изв. вузов. Физика. 1996. - №3. - С. 115-125.

106. Полетика И.М., Борисов М.Д. Термическая обработка стали с упрочненным поверхностным слоем // Перспективные материалы. 1996. -№3. - С. 79-83.

107. Полетика И.М., Борисов М.Д. Твердость и износостойкость стали после облучения пучком релятивистских электронов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. - №12. - С. 14-19.

108. Полетика И.М., Голковский М.Г., Беляков Е.Н., Перовская М.В., Салимов Р.А., Батаев В.А., Сазанов Ю.А. Формирование коррозионностойких покрытий методом наплавки в пучке релятивистских электронов // Перспективные материалы. — 2006. — №2. С. 80-86.

109. Полетика И.М., Голковский М.Г., Перовская М.В., Крылова Т.А., Салимов Р.А., Гнюсов С.Ф., Гальченко Н.К. Создание бифункциональных покрытий методом электронно-лучевой наплавки. // Перспективные материалы. 2007. - №1. - С. 78-85.

110. Поболь И.Л. Модифицирование металлов и сплавов электронно-лучевой обработкой // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1990. — №7. -С. 42-47.

111. Радченко М.В., Батырев Н.И., Тимошенко В.Н. Структура и свойства индукционных и электронно-лучевых наплавок из порошкообразных материалов // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1987. — №7.-С. 58-60.

112. Радченко М.В., Берзон Е.В., Косоногов Е.Н. Электронно лучевая наплавка в вакууме порошковой инструментальной стали // Изв. СО РАН СССР. Сер. технических наук. - 1989. - Вып. 4. - С. 115-118.

113. Радченко М.В., Белянина Т.Н. Исследование характера коррозионного износа защитных покрытий, выполненных методом электронно лучевой наплавки порошковых сплавов в вакууме // Перспективные материалы. -1997.-№6.-С. 56-60.

114. Прибытков Г.А., Храмогин М.Н., Коржова В.В., Дураков В.Г. Электронно — лучевая наплавка покрытий порошками быстрорежущей стали Р6М5 // ФИХОМ. 2005. - №4. - С. 63-66.

115. Панин В.Е., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Белюк С.И., Свитич Ю.В., Голобоков Н.Н., Дехонова С.Э. Электронно лучевая наплавкаизносостойких композиционных покрытий на основе карбида титана // ФИХОМ. 1997. - №2. - С. 54-58.

116. Панин В.Е., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Полев И.В., Белюк С.И. Электронно — лучевая наплавка порошковых карбидосталей // ФИХОМ. -1998.-№6.-С. 53-59.

117. Степуляк С.В., Дураков В.Г., Почивалов Ю.И., Гнюсов С.Ф. Формирование структуры титано матричных композитов при электронно — лучевой наплавке на сплав ВТ6 // ФИХОМ. - 2003. - №4. - С. 31-35.

118. Гальченко Н.К., Белюк С.И., Панин В.Е., Самарцев В.П., Шиленко А.В., Лепакова O.K. Электронно лучевая наплавка композиционных покрытий на основе диборида титана // ФИХОМ. - 2002. - №4. - С. 68-72.

119. Гальченко Н.К., Дампилон Б.В., Белюк С.И., Самарцев В.П. Покрытия на основе азотистой стали с карбонитридным упрочнением, полученные методом электронно лучевой наплавки // ФИХОМ. - 2003. - №2. - С.61-65.

120. Шевцов Ю.О. Разработка технологических основ износостойкой электронно-лучевой наплавки в вакууме самофлюсующихся порошковых материалов: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Барнаул, 1994. - 21 с.

121. Порошковый твердый сплав. Заявка №4877690. Заявлено 04.09.1990, авторское свидетельство №1812815. Радченко М.В., Шевцов Ю.О., Быковский И.В., Косоногов Е.Н., Горобец В.В., Игнатьев В.В. (10.10.92).

122. Дураков В.Г. Разработка технологии электронно-лучевой наплавки и исследование структуры и свойств композиционных покрытий тугоплавкое соединение — металлическая матрица: Дис. канд. техн. наук. Томск, 1999. -140 с.

123. Панин В.Е., Белюк С.И., Дураков В.Г. и др. Электронно-лучевая наплавка в вакууме: оборудование, технология, свойства покрытий // Сварочное производство. 2000. - №2. - С. 34-38.

124. Гальченко Н.К., Дампилон Б.В. Влияние кинетики и механизма распада пересыщенных твердых растворов высокоазотистых сталей на их механические свойства. // Изв. вузов. Черная металлургия. 2002. - №6. - С. 21-23.

125. Гальченко Н.К., Дампилон Б.В., Белюк С.И., Самарцев В.П. Покрытия на основе азотистой стали с карбонитридным упрочнением, полученные методом электронно-лучевой наплавки. // ФИХОМ. 2003. - №2. - С. 61-65.

126. Гальченко Н.К., Дампилон Б.В., Самарцев В.П., Белюк С.И. Формирование структуры и свойств композиционных литых покрытий, полученных электронно-лучевой наплавкой в вакууме. // Литейщик России. -2002.-№2.-С. 38-41.

127. Дампилон Б.В. Структура и свойства покрытий на основе азотсодержащей хромомарганцевой стали с карбонитридным упрочнением, полученных методом электронно-лучевой наплавки: Дис. канд. техн. наук. — Томск, 2003.- 155с.

128. Прибытков Г.А., Дураков В.Г., Полев И.В., Вагнер М.И. Структура и абразивная износостойкость керметов на основе карбида титана, полученных спеканием и электронно-лучевой наплавкой // Трение износ. 1999. — Т.20. №4. - С. 393-399.

129. Прибытков Г.А., Полев И.В., Батаев В.А., Иванов М.Б. Структура и абразивная износостойкость композитов тугоплавкий карбид — металлическая матрица // Физическая мезомеханика. 2004, Т.7. -Спецвыпуск, часть 1. - С. 419-422.

130. Полев И.В. Формирование структуры и абразивная износостойкость композиционных материалов и наплавленных покрытий карбид титана -высокохромистый чугун: Дис. канд. техн. наук. Томск, 2005. - 157с.

131. Колесникова К.А., Гальченко Н.К., Белюк С.И., Панин В.Е. Структура и триботехнические свойства боридных покрытий, полученных электроннолучевой наплавкой // Изв. вузов. Физика. (Приложение). 2006. - №3. - С. 36-37.

132. Гальченко Н.К., Колесникова К.А., Белюк С.И. Особенности формирования вакуумных электронно-лучевых покрытий системы Ti-B-Fe и их трибологические характеристики // Упрочняющие технологии и покрытия. -2007. №9.-С. 43-47.

133. Колесникова К.А. Композиционные износостойкие покрытия системы Ti-B-Fe, полученные методом электронно-лучевой наплавки в вакууме: Автореф. дис. канд. техн. наук. Томск, 2008. — 18 с.

134. Степуляк С.В., Дураков В.Г., Почивалов Ю.И., Гнюсов С.Ф. Формирование структуры титано — матричных композитов при электронно — лучевой наплавке на сплав ВТ6 // ФИХОМ. 2003. - №4. - С. 31-35.

135. Прибытков Г.А., Полев И.В., Дураков В.Г., Коржова В.В. Структурообразование и свойства электронно-лучевых покрытий карбид вольфрама-металлическая связка // ФИХОМ. — 2001. — №1. — С. 61-66.

136. Медовар Б.И., Медовар Д.Б. Прокатные валки 2000 года (по материалам международной конференции) // Новости черной металлургии за рубежом. — 1996.-№3.-С. 80-82.

137. Смышляева Т.В. Оценка работы разрушения трипстали при абразивном изнашивании // Трение и износ. 2001. - Т. 22. - №3. - С. 295-298.

138. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография М.: Металлургия, 1970.-376 с.

139. Горелик С.С., Расторгуев JI.H., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронографический анализ. М.: Металлургия, 1970. — 368 с.

140. Лысак А.И., Николин Б.И. Физические основы термической обработки стали. — Киев: Техника, 1975. 304 с.

141. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Гнюсов К.С. Вакуумная электронно-лучевая наплавка карбидосталей. I. Особенности технологии наплавки и подготовкикомпозиционных наплавочных смесей // Сварочное производство. 2007.-№11. -С. 8-12.

142. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Гнюсов К.С. Вакуумная электронно-лучевая наплавка карбид о сталей. I. Особенности технологии наплавки и подготовки композиционных наплавочных смесей // Технология машиностроения. 2007. -№12.-С. 51-55.

143. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986.-659 с.

144. Кооп С.Г. Термическая обработка быстрорежущей стали. М.: Металлургия, 1956. - 120 с.

145. Бровер А.В., Дьяченко Л.Д. Самоорганизация поверхностных слоев металлических материалов при обработке концентрированными потоками энергии // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2007. №3. - С. 8-14.

146. Кикин П.Ю., Пчелинцев А.И., Русин Е.Е. Повышение теплостойкости и износостойкости быстрорежущих сталей лазерным ударно-волновым воздействием // ФИХОМ. 2003. - №5. - С. 15-17.

147. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Гнюсов К.С. Формирование структуры покрытия на основе стали Р6М5 при электронно-лучевой наплавке и последующем отпуске. / Сборник научных трудов. "Славяновские чтения: Сварка XXI век". - Липецк: ЛЭГИ, 2004. - С. 432-440.

148. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Гнюсов К.С. Структура и свойства покрытий на основе карбидостали Р6М5 + WC / Труды III Международной научно-практической конференции "Современные проблемы машиностроения" // Томск: ТПУ, 2006. - С. 114-118.

149. Гнюсов С.Ф., Дураков В.Г., Гнюсов К.С. Вакуумная электронно-лучевая наплавка карбидосталей. II. Особенности формирования структуры и свойств покрытий сталь Р6М5 WC // Сварочное производство. - 2007.- №12. - С. 12-15.

150. Гнюсов С.Ф., Дураков В .Г., Гнюсов К.С. Вакуумная электронно-лучевая наплавка карбидосталей. II. Особенности формирования структуры и свойств покрытий сталь Р6М5 WC // Технология машиностроения. - 2008 - №1. - С. 42-45.

151. Патент Российской Федерации №2309827 от 10.11.2007г. БИ №31, Способ электронно-лучевой наплавки покрытий с мультимодальной структурой // Гнюсов С.Ф., Гнюсов К.С., Дураков В.Г., Маков ДА., Советченко Б.Ф.

152. Попов А.А, Попова А.Е. Справочник термиста. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита // М.: Машиностроение, 1961 -430 с.

153. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Счастливцев В.М., Солодова И.Л., Яковлева И.Л. Структура и абразивная износостойкость закаленных и отпущенных заэвтектоидных углеродистых сталей // ФММ. 2004. — Т.98. -№4.-С. 96-112.

154. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М.: Наука, 1970.-252 с.

155. Добровольский А.Г, Кошеленко П.И. Абразивная износостойкость материалов: Справочное пособие. К.: Тэхника, 1989. 128 с.

156. Zum Gahr К.-Н. The Influence of Thermal treatments on Abrasive Wear Resistance of Tool Steels // Zs. Metallkunde. 1977. Bd. 68. - H. 12. - S. 60-62.

157. Harnbogen E. Mikrostructure and wear. Metallurgical Aspect of wear // Bad Pyrmont. 1979. P. 23-49.

158. Патент Российской Федерации №2311275 от 27.11.2007г. БИ №33, Композиционный материал для наплавки и способ его нанесения // Гнюсов С.Ф., Гнюсов К.С., Дураков В.Г., Советченко Б.Ф.

159. Вальдма Л.Э., Аннука Х.И., Кюбарсепп Я.П. Комплекс износостойкость прочность порошковых карбидосталей // Трение и износ. - 1987. - 9,№2. -С. 368-373.

160. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Черненко Н.Л., Коваль Н.Н., Крейндель Ю.Е., Осипов И.В., Чупракова И.Ю. Структура и износостойкость цементованной стали 20ХНЗА, подвергнутой электронно-лучевой и лазерной обработкам//ФММ. 1989.-Т.68. -№1.-С. 126-132.

161. Попов B.C., Брыков Н.Н., Андрущенко М.И., Гапон А.А., Осипов М.Ю. Сопротивляемость абразивному изнашиванию сплавов со структуройметастабильного аустенита в зависимости от их химического состава // Трение и износ. 1991. - Т.12. - №1. - С. 165-170.

162. Анциферов В.Н., Латыпов М.Г., Шацов А.А. Карбидостали со структурой метастабильного аустенита // Трение и износ. 2001. — Т.22. - №6. -С. 671-675.

163. Филлипов М.А., Кулишенко Б.А., Вальков Е.В. Износостойкость наплавочного сплава с метастабильным аустенитом // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. - №1. — С. 9-11.

164. Лившиц А.С., Гринберг Н.А., Куркумелли Э.Г. Основы легирования наплавленного металла. -М.: Машиностроение, 1969. 188с.

165. Badisch Е., Mitterer С. Abrasive wear of high-speed steels: Influence of abrasive particles and primary carbides on wear resistance // Tribology International. 2003 (36). -N. 10. - P. 765-770.

166. Pippel E., Woltersdorf J., Pockl G., Lichtenegger G. Microstructure and nanochemistry of carbide precipitates in high-speed steel S 6-5-2-5 // Materials Characterization. 1999 (43). -Nl. - P. 41-55.

167. Гнюсов С.Ф., Хазанов И.О., Советченко Б.Ф., Дегтяренко Е.А., Киселев А.С., Трущенко Е.А., Азаров Н.А., Советченко П.Б. Применение эффекта сверхпластичности сталей в инструментальном производстве. Томск: Из-во НТЛ, 2008. - 240 с.

168. Чаус А.С. К вопросу износостойкости быстрорежущих сталей // Трение и износ. 2008. - Т.29. - №1. - С. 33-43.

169. К. Ла, Т.Е. Fischer, Sliding wear of conventional and nanostructured cemented carbides. // Wear. 1997. -N.(203-204). - P. 310-318.

170. K. Jia, Т.Е. Fischer, Abrasion resistance of nanostructured and conventional cemented carbides. // Wear. 1996. -N.200. - P. 206-214.

171. B.H. Kear, L.E. Candlish, Chemical processing and properties of nanostructured WC-Co materials. //Nanostruct. Mater. 1993. N3. - P. 19-30.

172. Прокофьев Ю.С. Менеджмент.- Томск: Изд во ТПУ, 2005. -56 с.