автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Особенности износостойкости наплавки стальных изделий с использованием энергии пучка релятивистских электронов

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

УДК 621.791.92

МИРОНОВА Татьяна Павловна

ОСОБЕННОСТИ ИЗНОСОСТОЙКОЙ НАПЛАВКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ПУЧКА РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ

Специальность 05.03.06 - Технология и машины

сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк - 1996

- г -

Работа выполнена в Липецком Государственном техническом университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

. профессор Г.Ф. Деев Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Ф.Н. Рыжков

Защита состоится ноября 1996 года в 11 часов в конференц-зале на заседании специализированного совета К 064.22.02 в ЛГТУ по адресу: 398055, г. Липецк, ул. Московская, 30

■ - Ваши отзывы ■ (в двух экземплярах, , заверенные печатью) • просим направлять по указанному адресу на имя ученогс секретаря'специализированного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛГТУ

Автореферат разослан " ^ " 40_1995 г.

Ученый секретарь специализированного совет кандидат технических нау!

" кандидат, технических наук, доцент В.Р. Петренко

Ведущее предприятие - АО "ТЯХЭКС" г. Воронеж

доцент

Актуальность работы. Повышение качества и надежности выпускаемых изделий в значительной мере.определяется эксплуатационными характеристиками рабочих поверхностей деталей: износостойкостью, коррозионной стойкостью и т.д. Для улучшения этих характеристик используют различные -методы: наносят на ответственные участки упрочняющие и защитные покрытия различными способами, применяют поверхностное легироваание различными элементами и т.д.

Одним из методов нанесения износостойких-покрытий, -обеспечивающих увеличение долговечности деталей является наплавка.

Большой интерес представляет разработка новых методов восстановления и-упрочнения изделий с применением высококонцентрированных источников энергии, таких как электронный и лазерный лучи.

В настоящее время на промышленных предприятиях применяется электронно-лучевая наплавка в вакууме. Внедрение в производство цаплавки пучком, так называемых, релятивистских электронов с энергией до 1,5 МЭВ и более, позволяющим производить наплавку на открытом воздухе затруднено в связи с малой изученностью этого процесса.

Практически, не изучен процесс наплавки стальных изделий износостойкими порошковыми материалами', с - использованием энергии пучка релятивистских электронов. Не исследовано влияние параметров режима электронно-лучевой наплавки на формирование наплавленного металла и его качество, практически отсутствуют сведения о дефектах в наплавленном металле, нет данных о деформациях и напряжениях, возникающих в изделии при данном способе наплавки, и о их влиянии на образование дефектов в наплавленном металле, в частности трещин. Без этих данных трудно разработать оптимальную технологию наплавки

Поэтому решение задачи использования энергии пучка релятивистских электронов при наплавке износостойких сплавов на стальные изделия является актуальной.

Цель работы. Изучение особенностей износостойкой наплавки стальных изделий поришковыми материалами с.использованием'энергии пучка релятивистских электронов.

■ Основные задачи. Исследовать влияние режимов наплавки пучком электронов, выведенным в атмосферу, на формирование наплавленного валика и установить возможность получения качественного сплавления порошковых сплавов с низкоуглеродистой сталью.

Определить области оптимальных режимов износостойкой наплавки стальных изделий пучком релятивистских электронов.

Исследовать микроструктуру металла, наплавленного пучком релятивистских электронов.

Исследовать твердость и износостойкость наплавленного металла. '

Определить деформации наплавленных пластин экспериментально и разработать расчетный метод их определения.

Установить дефекты, возникающие в наплавленном металле.

Разработать рекомендаци по технологии наплавки износостойких сплавов на стальные изделия пучком релятивистских электронов.

Научная новизна. Впервые исследовано влияние параметров режима наплавки стальных изделий толщиной до 12 мм износостойкими сплавами при высоте' насыпного слоя порозка до 4,5 мм с использо- ' ванием энергии пучка релятивистских электронов на формирование наплавленного металла. Предложена эмпирическая формула для расчета режимов наплавки пучком релятивистских электронов стальных пластин различной толщины.

■Впервые определены коэффициенты линейного расширения для износостойких сплавов ПР-Н70Х17С4Р4, ПР-Н80Х13С2Р, М6ФЗ.

Разработан графо-аналигический метод расчета деформаций и напряжений, возникающих в процессе наплавкипучком релятивистских электронов в плоских изделиях при различных теплофизических свойствах основного и наплавленного металлов.

Впервые экспериментально определены деформации стальных пластин, наплавленных износостойкими сплавами с использованием энергии пучка электронов, выведенного в атмосферу.

Впервые исследованы износостойкость и твердость металла, наплавленного пучком релятивистских электронов.

' Практическая ценность работы. На основании проведенных исследований установлена возможность использования энергии пучка релятивистских электронов для износостойкой наплавки стальных изде-

лий. Определена область оптимальных режимов наплавки стальных пластин толщиной до 12 мм пучком релятивистских электронов.

Разработана методика графо-аналитического расчета, позволяющая определить деформации плоских изделий, наплавленных с использованием энергии пучка релятивистских электронов при различных теплофизических свойствах основного и наплавленного металлов.

Разработаны рекомендации по технологии износостойкой наплавки стальных изделий пучком релятивистских электронов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинаре-совещании "Модификация структуры и свойств металлических материалов электронными пучками", 1989 г., Липецк; на конференциях "Повышение эффективности сварочных работ" - 1990 и 1992 г.г., Липецк; на конференции "Повышение эффективности металлургического производства" - 1993 г., Липецк; на международной конференции "Современные проблемы сварочной науки и техники" - 1993 г., Ростов-на Дону; на всероссийской научно-технической конференции "Современные проблемы сварочной науки и техники "Сварка-95" - -1995 г.. Пермь; на конференции "Повышение эффективности металлургического производства" - 1996 г., Липецк.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 8 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка использованной литературы. Общий объем работы составляет 150 страниц машинописного текста, включая 5'2 рисунков и 11 таблиц. Список литературы содержит 117 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ПЕРВАЯ ГЛАВА посвящена краткому литературному обзору различных способов наплавки стальных изделий, приведены их достоинства и недостатки и сравнительная производительность различных способов наплавки.

Рассмотрены физические особенности процесса воздействия электронного луча на металлы. Обосновывается возможность резкого увеличения скорости наплавки при использовании энергии пучка релятивистских электронов.

Процесс износостойкой наплавки пучком релятивистских электронов является наиболее производительным по сравнению с традиционными методами. Однако не находит промышленного применения из-за ,его малой изученности. Известны работы'Флоровой Н.П. и Жаботинс-кого -. В.И. по наплавке.' пучком .релятивистских электронов медных слябовых кристаллизаторов износостойкими сплавами, где исследовались микроструктура и свойства наплавленного металла, а также Певзнер Е.П. по наплавке медных изделий износостойкими порошками, где исследовалось влияние параметров режима наплавки на качество формирования наплавленного металла и даны конкретные рекомендации по использованию энергии пучка релятивистских электронов для наплавки медных кристаллизоторов.

Имеется также ряд работ таких авторов как А.Н.Скринский, Л. П. Фоминский, В. А. Горбунов, В. Е. Дворников, М.П. Исаков и других. в которых рассмотрена принципиальная возможность применения энергии пучка релятивистских электронов для наплавки и оплавления стальных изделий. Однако в '.публикациях на эту тему нет анализа влияния параметров процесса на качество наплавленного металла, нет данных о возникающих при данном способе наплавки дефектах и насыщении наплавленного металла газами, не проводились эксперименты по исследованию деформаций и напряжений, возникающих при наплавке пучком релятивистских электронов.

Исходя из всего этого были сформулированы цель и задачи исследований.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ описана методика и приведены результаты исследований по наплавке на стальные пластины износостойких порошковых сплавов с использованием энергии пучка, электронов, выведенного в атмосферу.

Пучком электронов энергией 1,5 МэВ и мощностью 30-50 кВт с применением развертки' воздействовали на движущиеся перпендикулярно траектории движения луча стальные образцы толщиной 5, 8 и 12 мм.

Поскольку целью данной работы является исследование возможности использования концентрированной энергии пучка релятивистских электронов для износостойкой наплавки, то. следовательно к наплавляемым материалам должны предъявляться требования высокой

твердости, стойкости к абразивному износу и т. п.

В нашей работе использовались металлические износостойкие порошки марки ПР-Н80Х13С2Р, ПР-Н70Х17С4Р4. М6ФЗ производства НПО "Тулачермет", которые давно применяются в производстве для получения износостойких слоев. . . .

При наплавке порошковых материалов1 ;на ст&льные пластины раз^ личной толщины было отмечено, что с увеличением скорости наплавки Ун (при постоянной мощности пучка) нарушается сплошность наплавки и порошок собирается каплями. Такой же эффект каплеобразования был отмечен А.Г. Григорьянцем при лазерной наплавке с использованием порошковых материалов. При Ун меньше определенного критического значения в наплавленном металле появляется область сквозного проплавления (рис. 1). Анализируя результаты экспериментов можно определить оптимальные и критические значения Ун для различных толщин основного металла.

Следует отметить, что при наплавке пучком релятивистских электронов производительность процесса по.сравнению с наплавкой под слоем флюса и индукционной повышается в 5 раз, а по сравнению с лазерной наплавкой более'чем в 20 раз.

Установлено, что высота насыпного слоя не должна превышать 4,5 мм, поскольку при дальнейшем ее увеличении нарушается геометрия наплавленного валика, а увеличение мощности пучка приводит к росту глубины проплавления и, соответственно, усилению перемешивания основного металла с наплавленным.

Результаты исследований по влиянию величины удельной энергии пучка на формирование наплавленного металла приведены на рис. 2.

При исследовании влияния параметров режима наплавки пучком релятивистских электронов отмечено, что качество формирования наплавленных валиков прение всего зависит от количества вводимой в деталь энергии и от соотношения тока пучка и скорости наплавки.

8 связи с тем, что процесс наплавки пучком релятивистских электронов происходит в атмосфере воздуха без дополнительной защиты расплавленного металла, в нем возможно появление пор и насыщение его газами из атмосферы. Поэтому были проведены исследования зависимости количества дефектов от материала порошка и основного металла и определено содержание газов в наплавленном металле

В, мм

а 16 15

и

к 1

ч 1 и

N 1 Ш

-

щ

*)

/2 ЛЗ <Ч 15 16 \/н»м/с

В мм

п /6 75 М а

к, ш

щ

т

3 ю И <г '3 7к 15 16 1

В, МП

17

м

/5 74 О

В мм / ш 17 76 е1 а /4 т

¥ Щ

'/Л

т т

т т

<1 11 <5 ^ »М/с

Са 77 12 /4 /И" *б 77 7? 79 ММ/с

Рис. I Зависимость ширины В наплавленного слоя при наплавке на стальные пластины порошков . ПР-Н80ПЗС2Р, ПР-Н70Н7С4Р4 при £/уск =1,5 МэВ, Лор = 1,5 мм, I? = 6 Гц от

скорости наплавки {УШ- область кашюобразования; &83Я - область сквозного противления); а) - <Гпл = 5 мм, 1п = 12/»7А; б) - сГпл = 8 мм, 1п = 20тА; в) - <5пл = 5 мм, 1п = 12тк, ¿пор 4 3,5 мм; г) - сТцд = 12 мм, 1п = ЗОтА

I

а I

0,(Дж/м3).Ю10

О, (Дж/м3; -Ю10

0,(Д;;;/м3).1010

6,5

6,0 5,5

5,0

4,5

4,0 3,5

3,0

2,5

0

11,5

11,0

10,5

10,0 9,5

9,0

8,5

8,0 7,5

О

в)

------- --

-:

==

--

-- !

1 1. и

б)

- область глубокого проплавлен ия;

- хорошее формирование наплавленного валика;

- сужение наплавленного валика;

- появление перемычек;

Рис. ь Влияние величины оперши пучка электронов на г.ормиро-ванне наплавленного металла на пластинах из Ст.З ♦ эткудаой 5 ш ггрл наплавке порошков следующее «арок: ПР-Н80Х13С2Р; ПР-1Г70Х17С4Р4; Ш>3 а) - при Гпор. = I мм; 6) - при 5пэр. =1,5 и 2 к.:; в) - при ¿пор. = 4 и 4,5 кч

методом вакуумирования на газоанализаторе ЕА0-202 (табл.1)

Таблица 1

Вид дефектов и содержание газов в наплавленном металле

Марка ос- 1 I Марка Содержание 1 газов в на-[Объем I 1 1 Кол-во|

новного | порошка плавленном металле,% |пор,мм3 1 трещин|

металла 1 по кассе | 1 |

1 ---1 на 100 1 на 1001

I. - о2 1 N2 |мм | 1 шва |мм шва|

Ст.-З ПР-Н80Х13С2Р 0.01-0, 02 0,002-0,004 0 1 1

ПР-Н70Х17С4Р4 0,075-0,09 0,013-0,005 8 2 1

М6ФЗ - - >50 1 1

ЗОХГСА ПР-Н80Х13С2Р 0, 02-0, 03 0,005-0,006 4 3 1

ПР-Н70Х17С4Р4 0. 02-0, 03 0, 003-0,005 3 3 1 |

Анализируя полученные данные о наличии пор в наплавленном металле, можно отметить, что при наплавке порошков на основе ни-,келя в отдельных образцах встречаются единичные поры. Небольшое количество пор в наплавленном металле обусловлено, вероятно, тем, что данные порошки являются самофлюсующимися и, кроме того, хорошая защита жидкой ванны от воздуха обеспечивается вследствие выделения паров металлов.

Абсолютно иная картина наблюдается при наплавке на Ст.З порошка на основе железа М6ФЗ. В наплавленном металле имеется большое количество пор, наплывы и подрезы. Формирование наплавленного валика неудовлетворительное. Это объясняется тем, что данный порошок не является самофлюсующимся и в незащищенный от воздуха расплавленный металл попадает много газов.

В некоторых образцах наблюдались также отдельные трещины. В основном имеют место поперечные горячие трещины, проходящие между соседними ■ кристаллами. Появление .трещин обусловлено, вероятно.

образованием эвтектик, способствующих процессу образования кристаллизационных трещин , высокими скоростями кристаллизации и наличием сварочных напряжений.

При исследовании микроструктуры металла, наплавленного износостойкими сплавами, с использованием энергии пучка релятивистских электронов выявлено, что слой, наплавленный порошком ПР-Н70Х17С4Р4, имеет кристаллическое строение с игольчатой ориентацией, У линии сплавления кристаллы мелкие, переходящие в прослойку, где наблюдается диффузия наплавленного металла в основной. В наплавленном металле присутствует сложная эвтектика с боридом никеля В, которая способствует увеличению твердости наплавленного металла до 60 НИС. Характерным для порошка данной марки является наличие в структуре выделений (единичных и групповых) с ломаной линейно!? огранкой. Микроструктура металла, наплавленного порошком марки 11^-Н80Х13С2Р, имеет дендритное строение . Эвтектика М12В наблюдается в очень малом количестве, чем, вероятно, объясняется низкая твердость металла, наплавленного данным порошком (до 38 ИКС).

При исследовании твердости наплавленных образцов по длине и по ширине наплавленного слоя наблюдается сильная неравномерность в распределении твердости, особенно при 6П < 1,5 мм. Это, очевидно, связано, с большой глубиной проплавления основного металла и быстротечностью процесса электронно-лучевой наплавки., Для всех типов порошков твердость невелика, видимо, из-за сильного перемешивания основного металла с наплавленным. С .увеличением 6П до 2,5 мм неравномерность распределения твердости по длине и ширине наплавки уменьшается, а ее значение растет из-за уменьшения доли участия основного металла в наплавленном. При увеличении бп до 4-4,5 мм доля участия основного металла в наплавленном стремится к минимуму, а твердость наплавленного металла приближается к твердости наплавляемого сплава. Наибольшую твердость имеет сплав ПР-Н70Х17С4Р4 из-за большого содержания в нем бора и кремния (рис. 3).

Одним из приемов, позволяющим уменьшить неравномерность распределения твердости в наплавленном металле, может быть последующая термообработка наплавленных деталей: .

О

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 мм-

г

Рис. 3 Зависимость твердости наплавленного металла от высоты насыпного слоя порошка

—О- _ ПР-Н80ХЗЗС2Р: —О— - ПР-Н70Х17С4Р4:

—*--М6Ф-3

Однако, при проведении термообработки металла, наплавленного износостойким сплавом на основе никеля ПР-Н70Х17С4Р4 даже при длительном старении распределение твердости несколько выравнивается, но неравномерность все же сохраняется.

Исследование износостойкости наплавленного металла проводили на установке "Шлиф" по методике Бринёля-Хаворта.

Наибольшая износостойкость наблюдается в металле, наплавленном сплавом М6ФЗ, наименьшая - сплавом ПР-Н80Х13С2Р. Износостойкость металла, наплавленного пучком релятивистских электронов, соизмерима с износостойкостью металла, наплавленного плазменной наплавкой.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ описаны методика и результаты экспериментов по определению коэффициентов линейного расширения наплавляемых сплавов и основного металла, методика и результаты экспериментов по определению деформаций, возникающих в пластинах из стали Ст.3 при наплавке на них износостойких порошков с использованем энергии пучка релятивистских электронов, расчетные зависимости для графо-аналитического определения деформаций и напряжений плоских изделий при наплавке пучком релятивистских электронов разнородных материалов.

Разница в коэффициентах линейного расширения (а) основного и' наплавленного металлов может стать причиной'возникновения трещин в наплавленном слое и деформаций в наплавляемых деталях. Поэтому появилась необходимость определения а наплавляемых сплавов. Для определения коэффициентов линейного расширения сплавов ПР-Н80Х13С2Р, ПР-Н70Х17С4Р4 и М6ФЗ был разработан и изготовлен быстродействующий дилатометр.

По полученным дилатограммам определяли коэффициенты линейного расширения для интервалов температур в 100 градусов по формуле:

а = Д^/ДТ

где: Де! = гг . ¿1 . изменение деформации в интервале температур, равном 100 градусов;

ДТ = Т 2 . Т1 - изменение температуры, равное 100 градусам.

Полученные результаты показывают, что наибольший коэффициент линейного расширения имеет сплав ПР-Н70Х17С4Р4. Наиболее близки

по значениям коэффициенты линейного расширения стали Ст. 3 и сплава М6ФЗ на основе железа.

Определение деформаций, возникающих в стальных пластинах при износостойкой наплавке производили на специально разработанной установке, где замеряли.прогиб центра пластины относительно ее крайних точек.

Следует отметить, что с увеличением толшдны наплавляемых пластин (рис.5) и высоты насыпного слоя порошка бп (рис. 4) прогибы уменьшаются. С увеличением бп наплавленные валики заметно сужались, стремясь приобрести в поперечном сечении форму круга, а глубина проплавления стремилась к нулю. Это свидетельствует о недостатке вводимой в пластины энергии, что и приводит к уменьшению деформаций.

Помимо экспериментального определения прогибов был разработан расчетный метод определения деформаций, в'основу которого положен графо-аналитический метод определения деформаций Г. А. Николаева и дополненный нами применительно к наплавке разнородных материалов пучком релятивистских электронов. При этом вводились следующие допущения:

- принималась гипотеза плоских сечений, в соответствии с которой поперечные сечения элементов в процессе обработки не искривляются;

- свойства материалов принимались в виде диаграмм идеального упруго-пластического тела с постоянным значением предела текучести до температуры Т=773 Кис последующим линейным изменением предела текучести до бх=0 при т=873 К. Остальные теплофизические и механические свойства принимались постоянными.

Деформации с учетом допущений рассматривались отдельно для основного и 1 наплавленного металлов с учетом свойств основного. Вначале рассматривался процесс нагрева основного металла и гра-фо-аналитически из условия равенства нулю суммы упругих деформаций 1еупр=0, т.е. равенства площадей эпюр упругих деформации /?1/=/?г/ определялись наблюдаемые деформации при нагреве основного металла ен1. Исходили из того, что графически:

/, МП

'Л

',2 1,0 0,8 06

Рис. 4 Влияние высоты насыпного слоя порошка на прогиб образцов толщиной 5 ш при ¿Ууск = 1,5 МэВ; Ун = 14 мм/с; 1п = 12тк;

= 6 Гц -о--11Р-Н80Х13С2Р; -у- - М6ФЗ;

----ШЧГ70Х17С4Р4

*Р

0,9 0.6

Рис. 5 Влияние толщины основного металла на црогиб

образцов, наплавленных порошками ПР-Н80Х13С2Р и ПР-Н70Х17С4Р4 при ¿/уск = 1,5 МэВ; Ун = 14 мм/с; Ь пар= 1,5 мм; О = 6 Гц

I - г5тI = 5 ш, 1п = 12тк; 2 - бил = 8 мм, 1п = 20 »;Л; 3 - /Гпл г- 12 мм, 1п = 30 тА

гЬ /

1

, ■ 31 .

Толщина образца

- -1Б-

Ь,

= Ен1-(В1-уа1) + /«г Т» су) -ау (2) Уа1

При определении температуры использовали расчетные формулы для предельного состояния распространения теплоты в пластине для мощного быстродвижущегося источника тепла, где понятие погонной энергии заменено на удельную энергию йуд, поскольку при сканировании электронного пучка нагрев происходит по площади пятна нагрева:

Т] (у) = [йуд/(б1/4Г177гсл7^] •ес"-у /4а,1»-ь)-( + Т0 (3) где: б! - толщина основного металла;

а! - коэффициент температуропроводности;

Ь4 - коэффициент температуроотдачи;

Оуд = П-иуск-1п/Ун-Ь (4)

где: п - к.п.д. электронного луча (п=0,93)

иуск - ускоряющее напряжение, иуск=1.5 МэВ;

1П - ток пучка, тА

Ун - скорость наплавки, см/с;

. Ь - ширина зоны нагрева, (Ь=20 мм).

Далее рассматривали процесс охлаждения основного металла и рассчитывали наблюдаемые деформации при охлаждении - основного металла ен12. Произведя необходимые вычисления, определяли усадочную силу, действующую в основном металле Рус!:

ЬП1

РУС1 = г/Еос^Е^Йу (5)

о

где: £0ст1 " остаточные деформации в основном металле;

Е! - модуль упругости основного металла.

Затем рассматривали деформирование наплавленного металла. При нагреве он расплавляется полностью. Поэтому сразу рассматривали процесс охлажденияя наплавленного металла с учетом влияния основного металла. В соответствии с принятой гипотезой плоских сечений:

£н2(2' = ен1<2> (6)

т.е. наблюдаемые деформации при охлаждении основного металла равны наблюдаемым деформациям при охлаждении наплавленного металла.

Исходя из этого были проведены необходимые расчеты и определена усадочная сила для наплавленного металла Рус2:

Ь„2

Руса =2/£0ст2-Е2-52-с1у (7)

О

где:•еост2'-. остаточные деформации в наплавленном металле;

Е2 - модуль упругости наплавленного металла.

Рассматривая наплавленную пластину с действующими на нее усадочными силами как единое целое, определим общий изгибающий момент от действия усадочных сил:

Му= Русг'5,/2- РусЛ/2;" (8)

Максимальный прогиб наплавленного образца приближенно (без учета влияния осевого усилия) равен:

imax =-Му-1г/8(Ех-I/ + £2-Гу2); - _ (9) где: Iy1 и I/ -осевые моменты инерции соответственно полосы 1 и полосы 2.

После определения остаточных деформаций можно рассчитать остаточные напряжения по формуле:

бост = Му/ Wу; (10)

где: Му - общий момент от действия усадочных сил Рус1 и Рус2;

Wy - момент сопротивления всего сечения образца:

Wy = 2-(Iyl+Iy2)/ (5i+52); (10)

Расчеты с-'применением ЭВМ показали, что' разница между расчетным и экспериментальным прогибами не превышает 10 %.

Таким образом, данный метод вполне приемлем для приближенного определения деформаций при наплавке материалов с различными теплофизическими свойствами пучком релятивистских электронов.

Расчет остаточных напряжений показал, что при наплавке исследованных износостойких порошковых сплавов на сталь Ст.З пучком релятивистских электронов их величина невелика (гораздо меньше предела прочности наплавленного металла) и они не приводят к возникновению трещин в наплавленном металле.

На основе проведенных комплексных исследований разработали технологию износостойкой.наплавки пучком релятивистских электронов поверхностей стальных изделий с целью повышения их износостойкости.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ

Даны рекомендации по технологии износостойкой наплавки стальных изделий с использованием энергии пучка релятивистских электронов, разработанные на основании проведенных исследований.

Наиболее подходящими с этой точки зрения представляются различные виды ножей для резки химволокна с длиной режущей кромки не менее 300 мм и толщиной ножа не менее 20 мм. При пучковой наплавке ножей с длиной режущей кромки более 300 мм толщина их . должна быть не менее 30-40 мм с целью уменьшения деформаций, возникающих в изделиях в результате наплавки. При этом режущая кромка наплавляется с применением износостойких сплавов на обычную низкоуглеродистую или низколегированную сталь, что дает большую экономию дорогих высоколегированных материалов и способствует увеличению износостойкости инструмента'. : Экономически целесообразно применение пучковой технологии износостойкой наплавки стальных изделий в массовом производстве. " .

ОБЩЕ ВЫВОДЫ:

1. Использование энергии пучка релятивистских электронов для износостойкой наплавки на стальные изделия позволяет повысить производительность процесса наплавки по сравнению с традиционными способами в несколько раз. Наибольшая производительность достигается при наплавке массивных стальных изделий.

2. Установлено, что формирование наплавленного слоя,: прежде всего, определяется количеством вводимой в наплавляемую деталь энергии и соотношением тока пучка -и скорости наплавки.

'3. Установлено, что при наплавке поверхностей стальных изделий износостойкими самофлюсующимися порошками на никелевой основе пучком релятивистских электронов в наплавленном металле практически не происходит увеличение содержания газов. Количество дефектов (пор и трещин) невелико, а при предварительной прокалке наплавляемых порошков поры в наплавленном металле отсутствуют полностью.

4. Установлено, что получение качественного наплавленного металла, обладающего высокой твердостью и износостойкостью возможно при наплавке на сталь Ст.3 самофлюсующегося порошкового

сплава ПР-Н70Х17С4Р4 при высоте насыпного слоя порошка до 4-4.5 мм.

5. Установлено, что деформации, возникающие при наплавке стальных изделий пучком релятивистских электронов уменьшаются с ростом толщины детали и толщины наносимого на деталь слоя порошка.

6. На основании методики приближенного определения деформаций. разработанной Г. А. Николаевым, предложен способ ра-счетно-графического определения как осевых деформаций, так и прогибов пластин, наплавленных пучком релятивистских электронов, материалами, имеющими разные теплофизические свойства с материалом подложки. Полученные с применением ЭВМ расчетные данные и сравнение их с экспериментальными, свидетельствует о том, что расхождение между ними не. превышают 10 %.

7. На основе проведенных комплексных исследований разработана технология износостойкой наплавки стальных изделий пучком релятивистских электронов с целью повышения их "износостойкости.

Основные результаты диссертационной работы представлены в следующих публикациях:

1. Леев Г.Ф., Добрынин В. П., Миронова Т.П. Образование дефектов в металле, наплавленном пучком электронов // Модификация структуры и свойств металлических материалов электронными пучками: (Тез. докл. к семинару-совещ.), Липецк,- 6-8 июня 1989.- Липецк.-1989,- С. 34-36.

2. Технологические особенности наплавки пучком электронов, выведенным в атмосферу./Леев Г.Ф., Добрынин В.П., Карих В. В.. Миронова Т. П. //Повышение эффективности сварочных работ:(Тез. докл. к семинару-совещанию), Липецк. 26-27 июля 1989 . Липецк. 1989,-С. 3-8.

3. Миронова Т.П. Методика определения коэффициентов линейного расширения металлов и сплавов//Повышение эффективности сварочных работ: (Тез. докл к конф.).- Липецк, 1990.- С. 24-25.

4. Миронова Т.П., Добрынин В.П. Наплавка износостойких порошков пучком электронов, выведенным в атмосферу/Повышение эффективности металлургического производства: (Тез. докл. научн.-техн.

конф.). - Липецк, 1992. - С. 15-16.

5. Гришин A.A., Миронова Т.П., Добрынин В.П. Исследование влияния термообработки на твердость наплавленного металла ножей РМ-5,5, наплавленных пучком электронов, выведенным в отмосферу //Повышение эффективности металлургического производства: (Тез. докл. 2-й обл. н-т конф.), Липецк, 14 мая 1993 г.- Липецк, 1993.-С. 12

6. Особенности наплавки с использованием энергии пучка релятивистских электронов /Деев . Г.Ф., Певзнер Е.П., Герасименко Т.А., Миронова Т.П. //Современные проблемы сварочной науки и техники: (Тез. докл. междунород. конф. [Ростов, сентябрь 1993]:-■Ростов, 1993. - С. 65-66.

7. Деев Г.Ф., Добрынин В.П., Миронова Т.П. Наплавка износостойких порошковых сплавов -пучком электронов, выпущенным -в атмосферу. // Современные проблемы сварочной науки и техники:(Материалы Российской н-т конф.) Пермь, 23-25 мая 1995 г.-"Пермь.-1995.- С. 17-19.

8. Миронова Т.П., Добрынин В.П. Определение деформаций плоских изделий, наплавленных пучком электронов//Повышение эффективности металлургического производства: (Тез. докл. н-т конф, металлург. ф-та), Липецк, 14-20 мая 1996 г.- Липецк, 1996.-С.21-22.