автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Поверхностное упрочнение низкоуглеродистой стали с использованием технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошков

На правах рукописи

005003957

Теплых Александр Михайлович

ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ БОРОСОДЕРЖАЩИХ ПОРОШКОВ

Специальность 05.16.09 - материаловедение (в машиностроении)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 ДЕК 2011

Новосибирск - 2011

005003957

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Батаев Анатолий Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Околович Геннадий Андреевич

кандидат технических наук, Шляхова Галина Витальевна

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный

университет путей сообщения», г. Новосибирск.

Защита диссертации состоится «23» декабря 2011 г. в 16— часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.13 в Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан «2 % ноября 2011

г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент Иванцивский В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Технологические процессы обработки многих деталей машин и элементов конструкций ответственного назначения предполагают не только их объемное, но также и поверхностное упрочнение. Особенно актуальна проблема поверхностного упрочнения при изготовлении изделий, подвергаемых интенсивному износу и контактно-усталостному нагружению. Такие условия эксплуатации характерны для многих видов горнодобывающей и строительной техники. Большое влияние на характер поведения образцов этой техники оказывает присутствие в зоне контакта трущихся деталей абразивных частиц, способствующих ускоренному изнашиванию поверхностных слоев материалов. Во многих случаях решение отмеченной проблемы не может быть основано на использовании технологических процессов, обеспечивающих формирование тонких поверхностных слоев, даже если они обладают повышенным уровнем твердости и износостойкости. Многие быстро изнашиваемые детали образцов горной и строительной техники должны быть упрочнены на глубину более 100...200 мкм.

Методы, обеспечивающие решение отмеченных проблем, во многих случаях основаны на использовании химико-термической обработки деталей. Среди них особо может быть выделен процесс борирования, обеспечивающий высокий уровень износостойкости материалов. К настоящему времени специалистами предложены десятки разновидностей борирования, характеризующиеся различными режимами реализации и структурой формируемых слоев. Для наиболее распространенных методов борирования характерны недостатки, ограничивающие их применение при поверхностном упрочнении быстроизнашиваемых деталей горных и строительных машин. Основными из них являются достаточно низкая производительность процессов борирования, малая толщина упрочненных слоев, сложность обработки крупногабаритных изделий.

Эффективным решением отмеченных проблем может быть использование процесса поверхностного упрочнения стальных заготовок с применением технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки. Важнейшим достоинством этой технологии является высокая производительность процесса, обусловленная выводом электронного пучка непосредственно в воздушную атмосферу и отсутствием длительного технологического этапа, связанного с откачкой воздуха. Эта же особенность процесса позволяет электронным лучом обрабатывать большинство крупногабаритных изделий, особенности эксплуатации которых требуют поверхностного упрочнения. Технологическими установками, обеспечивающими эффективную реализацию процесса вневакуумной электронно-лучевой обработки, являются промышленные ускорители электронов производства Института ядерной физики СО РАН. Тема диссертационной работы посвящена проблеме формирования поверхностных высокопрочных износостойких борсодержащих слоев повышенной толщины с использованием ускорителя электронов типа ЭЛВ-6. Для

современного материаловедения отмеченная проблема является актуальной. Ее решение имеет важное прикладное значение.

Исследования, представленные в диссертационной работе, выполнялись в рамках аналитической ведомственной целевой программой "Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2011 гг.", а также федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы».

Цель работы: повышение износостойкости и контактно-усталостной выносливости поверхностных слоев низкоуглеродистой стали путем наплавки боросодержащих порошковых материалов с использованием электронного пучка высокой мощности, выведенного в воздушную атмосферу.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение металлографических, электронно-микроскопических и рентгеноструктурных исследований борированных слоев, сформированных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошков на низкоуглеродистую сталь 20. Выявление особенностей строения наплавленных слоев и переходных зон.

2. Исследования эффективности формирования методом вневакуумной электронно-лучевой обработки одно-, двух- и трехслойных боросодержащих покрытий.

3. Исследование стойкости борированных слоев при изнашивании в условиях трения скольжения, трения о закрепленные и нежестко закрепленные частицы абразива, а также в условиях газоабразивного изнашивания.

4. Исследование контактно-усталостной выносливости поверхностных слоев, сформированных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошковых материалов.

На защиту выносятся:

1. Результаты структурных исследований боридных покрытий, полученных по технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки на низкоуглеродистую сталь 20.

2. Сравнительные результаты исследований особенностей формирования боридных покрытий, полученных по технологии печного борирования в твердых засыпках и вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих смесей.

3. Результаты исследования поведения композиции «боридное покрытие

- сталь 20» в различных условиях изнашивания, динамического и контактно

- усталостного нагружения.

4. Характерные особенности строения и свойства покрытий, сформированных методом вневакуумной электронно-лучевой обработки одно-, двух- и трехкратной наплавкой порошковой смеси на основе аморфного бора.

Научная новизна

1. Показано влияние технологических режимов электронно-лучевой наплавки на структуру, триботехнические свойства и контактно-усталостную выносливость стали 20. Наиболее высокий уровень износостойкости обеспечивает электронно-лучевая наплавка порошка карбида бора. Контактно-

усталостная выносливость наплавленных слоев в 2 раза превышает выносливость материалов, сформированных по технологии печного борирования.

2. Для повышения концентрации бора в поверхностных слоях упрочняемой стали предложена наплавка двух слоев боросодержащих порошков. Трехслойная наплавка сопровождается ростом внутренних напряжений и приводит к резкому охрупчиванию поверхностного слоя.

3. Показано, что величина силы тока электронного пучка определяет размер зон доэвтектического, эвтектического и заэвтектического состава. Микротвердость слоя в диапазоне НУ 10000... 12000 МПа обеспечивает вне-вакуумная электронно-лучевая наплавка карбида бора при токах пучка в диапазоне от 5 мА до 18 мА. При таких параметрах наплавки глубина упрочненного слоя находится в пределах от 300 до 900 мкм.

4. При наплавке аморфного бора в поверхностном слое образуются бо-риды типа Ре В и Ре2В. Увеличение количества наплавленных слоев приводит к росту доли фазы Ре В. В направлении от поверхности к основному металлу содержание боридов снижается. Интенсивность снижения доли кристаллов типа РеВ выше, чем боридов Ре2В.

5. Установлено, что в условиях ускоренного охлаждения наплавленного покрытия вместо равновесной фазы Ре2В в эвтектике типа «борид железа - аРе» возможно формирование метастабильных боридных фаз. Высокопрочная фаза, выделяющаяся в пластинчатой эвтектике при наплавке аморфного бора, по межплоскостному расстоянию соответствует соединению Ре2}В6, а при наплавке карбида бора - соединениям типа Ре2}Вь и Рс^В^л. Показано, что в зоне доэвтектического типа, образующейся при вневакуумной электроннолучевой наплавке аморфного бора, в процессе охлаждения а-фазы выделяются карбиды пластинчатого типа. Толщина отдельных пластин в образующемся эвтектоиде составляет ~ 15 нм, межпластинчатое расстояние -100.. .150 нм.

Практическая значимость и реализация результатов работы

1. На основании результатов триботехнических исследований показано, что технологические процессы вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошковых материалов целесообразно использовать для упрочения быстроизнашиваемых элементов горношахтного оборудования, эксплуатирующихся в условиях сухого трения скольжения, трения о закрепленные и нежестко закрепленные частицы абразива. Испытания буровых лопаток, проведенные в ООО «ЭкспертНефтеГаз» в условиях бурения мягких фунтов, показали, что стойкость лопаток с разработанным покрытием в 1,9 раза выше стойкости лопаток, упрочненных по технологии печного борирования.

2. Результаты, полученные при структурных исследованиях, а также при триботехнических и механических испытаниях, используются в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении», а также бакалавров и магистров по направлению "Материаловедение и технологии материалов.

Достоверность результатов

Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены с применением современного аналитического и технологического оборудования, обеспечивающего подготовку образцов и позволяющего с высоким качеством проводить структурные исследования, а также определять механические и триботехнические свойства материалов, полученных методом внева-куумной электронно-лучевой наплавки. Экспериментальные данные подвергались статистической обработке.

Личный вклад автора заключается в формулировании задач диссертационной работы, подготовке и проведении структурных исследований, определении механических и триботехнических свойств материалов, обработке полученных результатов и формулировании выводов.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научной конференции молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации" г. Новосибирск, 2010 г., Всероссийской научно-технической конференции "Наука. Промышленность. Оборона" г. Новосибирск, 2011 г., международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов г. Томск, 2011г.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных научных работ, из них: 2 в реферируемых научных журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК, 3 - в сборниках научных трудов международных конференций и 1 статья в международном журнале.

Объём и структура работы

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст диссертационной работы изложен на 180 страницах и включает 66 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 141 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и кратко описана сущность диссертационной работы, поставлена цель и задачи исследования, описаны основные направления научных исследований, проведенные в работе.

В первом разделе «Поверхностное упрочнение деталей машин и элементов конструкций, работающих в тяжелых условиях внешнего нагруже-ния» представлен подробный обзор научной литературы по проблемам формирования высокопрочных боридных покрытий с использованием различных технологических процессов. Подробно описаны структура и свойства данных покрытий. Рассмотрены вопросы, касающиеся применения боридных покрытий для упрочнения тяжелонагруженных деталей машин и элементов конструкций, работающих в условиях интенсивного изнашивания. Обозначены наиболее важные проблемы, касающиеся формирования износостойких поверхностных боридных слоев.

Второй раздел «Материалы и методы исследования» посвящен описанию технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержа-щих порошков на низкоуглеродистую сталь, а так же технологии печного бо-рирования в твердых насыщающих средах.

В качестве основного материала для формирования боридных покрытий в работе была использована низкоуглеродистая конструкционная сталь 20. Выбор данной стали обусловлен широким распространением феррито-перлитных сталей для изготовления деталей машин и элементов конструкций, ее малой стоимостью, а также применением для реализации различных видов химико-термической обработки с целью повышения износостойкости. Для формирования исходной равновесной феррито-перлитной структуры стальные заготовки отжигали при 900 °С.

В качестве упрочняющих материалов, предназначенных для формирования боридных слоев, в работе были использованы порошки аморфного бора (Вш) марки А (ТУ 212-001-49534204-2003) и карбида бора (ТУ 95.96082). Размер частиц порошков составлял 10...30 мкм.

Наплавка износостойких боридных покрытий осуществлялась на промышленном ускорителе электронов типа ЭЛВ-6, разработанном и изготовленном в Институте ядерной физики СО РАН (г. Новосибирск). Обработка осуществлялась как в дорожечном режиме (без развертки пучка), так и с применением электромагнитной развертки в поперечном направлении. Энергия электронного пучка Е составляла 1,4 МэВ, скорость перемещения заготовок относительно луча V= 10 мм/с, расстояние от выпускного окна до заготовки #=90 мм. Силу тока пучка электронов I изменяли в диапазоне от 5 мА до 24 мА.

Для проведения сравнительного анализа основных характеристик боридных покрытий, полученных методом вневакуумной электронно-лучевой обработки, в работе была реализована технология диффузионного насыщения поверхности стали бором в твердой среде с использованием печного нагрева. Химико-термическая обработка проводилась в лабораторных электрических печах камерного типа (SNOL 7.2/1100). Насыщение стали бором осуществлялось в течение 6 ч при 900 °С. Длительность выдержки выбиралась исходя из требуемой толщины боридного слоя (~ 150 мкм).

Металлографические исследования были выполнены с использованием оптических микроскопов AxioObserver AI ж и AxioObserver ZI т (Carl Zeiss). Для проведения трансмиссионных электронно-микроскопических исследований в работе использовался прибор типа Tecnai G2. Исследования поверхностей после динамического разрушения композиции «боридное покрытие -основной металл», а также изучение поверхностей износа выполняли на растровом электронном микроскопе Carl Zeiss EV050 XVP. Анализ фазового состава полученных композиций в диссертационной работе проводился по рентгенограммам, полученным на 0-0 дифрактометре ARL X'TRA. Особенности разрушения упрочненных боридами слоев после различных видов изнашивания исследовали на комплексе по изучению топографии Zygo New View

7300. Микротвердость исследуемых в работе покрытий определяли на микротвердомере Wolpert Group 402MVL).

Триботехнические характеристики анализируемых в работе материалов определяли в условиях трения скольжения по схеме «диск - плоскость». Особое внимание уделяли исследованию материалов в различных условиях абразивного изнашивания. Проведены испытания на изнашивание в условиях трения материалов о закрепленные и нежестко незакрепленные частицы абразива, а также в условиях газоабразивного изнашивания. Исследовано поведение анализируемых материалов при их динамическом и контактно-усталостном нагружении.

Третий раздел «Структурные исследования боридных покрытий» посвящен исследованию структурных преобразований, происходящих при наплавке боросодержащих порошков на сталь 20. На всех сформированных при наплавке слоях оценивали значения микротвердости материала по глубине. Интерес представляют характер образующейся переходной зоны, величина градиента микротвердости, определяющая несущую способность переходной зоны, уровень возможных напряжений в ней. На рис.1 а-в представлена микротвердость боридных слоев, сформированных по технологии электроннолучевой наплавки карбида бора. Технологическим параметром, который изменяли при проведении эксперимента, была величина тока пучка электронов (/= 5...24 мА)

Анализ зависимостей, представленных на рис. 1, свидетельствует о том, что глубина упрочненного боридами слоя изменяется от ~ 400 мкм (при токе 5 мА) до ~ 1900 мкм (при токе 24 мА). Уменьшение максимального уровня микротвердости формируемого при вневакуумной электроннолучевой обработке (ВЭЛО) поверхностного слоя является результатом снижения концентрации бора в наплавленном слое при увеличении тока электронного пучка. Величина силы тока определяет толщину зон доэвтектиче-ского, эвтектического и заэвтектического состава. При увеличении тока электронного пучка возрастает толщина зоны доэвтектического состава, а в заэв-тектической зоне уменьшается объемная доля боридов.

Многие особенности строения борированных слоев были выявлены с использованием метода оптической металлографии. Контрольными являлись стальные образцы после печного борирования в твердых засыпках, выполненного по стандартным технологическим режимам. Анализ данных дюро-метрических и металлографических исследований свидетельствует о том, что толщина борированных слоев составляет 200...250 мкм. Химико-термическая обработка обеспечивает формирование характерных гетерофазных слоев, в которых могут быть выделены две зоны (рис. 2). Верхняя зона, расположенная в непосредственной близи от поверхности заготовки, содержит плотно расположенные бориды. Переходные зоны заняты крупными иглообразными боридами, оси которых направлены от поверхности вглубь заготовки.

Глубина слоя, мш

а

»14000 5

300 600 300 1200 1500 1 800 2 ЮС Глубина слоя мш

б

Рис. 1. Распределение микротвердости по глубине слоя, сформированного методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошка карбида бора на низкоуглеродистую сталь 20 при токе пучка 5 мА (а), 18 мА (б), 24 мА (в): скорость наплавки 10 мм/с; расстояние от выпускного окна до поверхности 90 мм; плотность насыпки 0,2 г/см*

в

После электронно-лучевой наплавки порошкового слоя аморфного бора формируется градиентный слой со сложной структурой гетерофазного типа. Его толщина составляет ~ 500...550 мкм. Основными структурными составляющими наплавленного слоя являются бориды, эвтектика пластинчатого типа и а-фаза. В процессе металлографических исследований было установлено, что после однослойной наплавки в структуре материала наблюдается пятнистость. Зафиксированы участки с различной плотностью выделившихся бо-ридов. С целью повышения степени однородности формируемой структуры были проведены эксперименты по наплавке двух и трех слоев порошка аморфного бора.

При многослойной наплавке аморфного бора в структуре поверхностного слоя возрастает объемная доля боридов. После наплавки трех слоев формируется зона сплошных боридов, в которой трудно идентифицировать отдельные кристаллы. Структура слоев, сформированных по технологии двукратной наплавки аморфного бора, является промежуточной. Для нее характерна повышенная доля боридов в верхних зонах упрочненного материала и, в то же время, монолитных боридных зон не зафиксировано.

Рис. 2. Строение поверхностных слоев, сформированных по технологии печного борирования в твердой засыпке с аморфным бором

Образующиеся при наплавке аморфного бора бориды имеют различную форму. На рис. 3 представлен снимок поперечного сечения упрочненного слоя, на котором видны правильные кристаллы, имеющие формы параллелограмма, четко ориентированные в одном направлении.

Рис. 3. Градиентная структура слоя (а), полученного по технологии электронно-лучевой наплавки аморфного бора на сталь 20, и схема его строения (б):

А - зона основного металла; Б - легированный слой с недостатком бора; С - слой с отдельно расположенными боридами правильной формы; Д - промежуточная зона; Е - зона сплошных боридов неправильной формы

Следует подчеркнуть, что такого рода геометрическое построения имеет место в тех случаях, если кристаллы не мешают друг другу при своем росте. При приближении к облучаемой поверхности концентрация бора в покрытии возрастает. Результатом этого является повышение объемной доли боридов железа. Образующихся при наплавке кристаллов может быть так много, что в процессе их роста при кристаллизации поверхностного слоя они сталкиваются между собой и мешают друг другу. В этом случае формируются построения, форма которых носит случайный характер. Зона Д является промежуточной. В ней встречаются бориды правильной и случайной формы. Пример боридных кристаллов, характерных для этой зоны, приведен на рис. 4.

Наплавка порошка карбида бора осуществлялась за один проход. Результатом двухслойной наплавки карбида бора является резкое охрупчивание материала. Технологическим параметром, который изменяли при проведении экспериментальных исследований, была величина силы тока электронного пучка (/ = 5, 8, 18, 22, 24 мА). Все остальные параметры были такими же, как и при наплавке аморфного бора. Покрытия, сформированные методом электронно-лучевой наплавки карбида бора на сталь 20, имеют сложное гетерофазное строение (рис. 5 а. б.). Металлографически можно наблюдать

н

Ян

Рис. 4. Кристаллы боридов железа, выделившиеся в промежуточной зоне Д (рис. 3 б.)

зоны доэвтекгического (рис. 5а, указано стрелками), эвтектического и заэв-тектического (рис. 5 б) состава. Изменение тока электронного пучка существенно отражается на строении наплавленных слоев. С ростом тока пучка глубина переплавленного слоя возрастает. Однако при этом в поверхностных зонах снижается объемная доля боридных кристаллов.

Рис. 5. Структура боридного слоя, сформированного методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошка карбида бора на сталь 20: ток пучка - 22 мА

Анализ результатов структурных исследований свидетельствует о том, что при реализации отмеченных выше технологических режимов рационально повышение тока электронного пучка от 5 до 18 мА. Этот интервал значений тока позволяет формировать структуру, с одной стороны обеспечивающую эффективное распределение локальных напряжений, с другой - характеризующуюся достаточно высоким уровнем микротвердости, необходимым для обеспечения износостойкости поверхностного слоя.

Учитывая характер возможных фазовых превращений, происходящих при борировании стали, при выполнении диссертационной работы особое внимание уделялось проведению рентгеноструктурных исследований. С целью изучения фазового состава по глубине наплавленных слоев осуществляли послойное сошлифовывание материала с шагом 100 мкм. На каждой глубине осуществлялась съемка дифракционных картин. В образцах, полученных, двухслойной наплавкой аморфного бора, на глубине 100 мкм от поверхности зафиксировано наличие боридов двух типов - РеВ и (рис. 6). В направлении от поверхности к основному металлу содержание боридов снижается. Интенсивность снижения доли кристаллов типа БеВ выше, чем боридов Т-ЪВ. При увеличении количества проходов электронного луча происходит рост интенсивности рефлексов, соответствующих боридам железа относительно отражений фазы а-железа матричного материала.

• «~Fc

4 J;cB

■ Г'с.В

к

Д. я

■ .. «Н-Ч ■ . LAJJJU^ uXJL...... •...... •

i- ГеВ a- 8

20 30 40 60 60 70

Рис. 6. Дифракционные картины, снятые с поверхностного слоя, сформированного двукратной вневакуумной электронно-лучевой наплавкой аморфного бора: а - на глубине 100 мкм; б - на глубине 300 мкм; в - на глубине 600 мкм

Фотографии различных участков покрытия, сформированного методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки карбида бора на сталь 20, представлены на рис. 7 в, г. На снимках можно выделить две основные структурные составляющие. Первая из них представляет собой микрообъемы феррита округлой формы (рис. 7 в). Установлено, что внутри них могут выделяться карбиды пластинчатого типа (рис. 7в), толщиной ~ 15 нм. Межпластинчатое расстояние в эвтектоиде составляет ~ 100...150 нм. Другая структурная составляющая, характерная для наплавки карбида бора, представляет собой пластинчатую эвтектику (рис. 7 г). Эвтектика предположительно состоит из вязкой ферритной составляющей и высокопрочных выделений Fe2B. Тем не менее, проведённый в данной работе анализ картин дифракции не подтвердил присутствия в исследуемой системе боридов такого типа. Более того, тщательный анализ полученных электронограмм показал, что образующиеся выделения на основе бора не соответствуют по межплоскостным расстояниям ни одному типу боридов, представленных в базе ICDD PDF 4+. Наиболее близкие параметры решётки имеют бориды Fe2^B(, и Ре2зВ^Сз.

Рис. 7. Тонкое строение боридных покрытий, полученных по технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошков аморфного бора (а, б) и карбида бора (в, г)

В четвертом разделе представлены результаты триботехни-ческих испытаний, контактно-усталостной выносливости и ударной вязкости. Определение показателей износостойкости и антифрикционных свойств наплавленных слоев, полученных методом вневакуумной электроннолучевой обработки, проводилось на машине трения СМТ-1 по схеме «диск -плоскость». Определяли величину коэффициента трения и объема изношенного материала. Установлено, что лучшими показателями износостойкости и антифрикционными свойствами обладают боридные слои, сформированные при воздействии электронного луча с током пучка 5 мА

Рис. 8. Зависимость износостойкости поверхностных слоев, сформированных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки карбида бора на сталь 20, от величины тока пучка электронов

(рис. 8). Увеличение силы тока пучка сопровождается ростом коэффициента трения и снижением показателей износостойкости.

Сравнительный анализ свойств поверхностных слоев, сформированных с использованием различных боронасышающих сред показывает, что наилучшими показателями износостойкости обладают материалы, полученные при наплавке порошка карбида бора (рис. 9). Результаты исследований свойств покрытий, полученных с использованием технологий борирования в порошковых средах аморфного бора и карбида бора и их сравнение со свойствами боридных слоев, полученных методом ВЭЛО свидетельствуют о том, что максимальной износостойкостью обладает боридный слой, полученный по технологии двукратной вневакуумной электронно-лучевой наплавки аморфного бора (рис. 10).

п;

Рис. 9. Износостойкость стали 20 и боридных слоев, сформированных методом электронно-лучевой наплавки боросодержащнх порошков: 1 - сталь 20; 2 - карбид бора, ток 5 мА, 1 проход; 3 - аморфный бор, ток 5мА; 1 проход

Рис. 10. Результаты изнашивания стали 20 и боридных слоев, сформированных различными методами: 1 - сталь 20; 2, 3 - печное борирование с использованием карбида бора и аморфного бора; 4, 5 - электронно-лучевая наплавка карбида бора и аморфного бора, I = 5 мА

Испытания на износостойкость покрытий при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы проводились по схеме «диск - плоскость». Наивысшие характеристики износостойкости зафиксированы у стали 20 после двукратной электронно-лучевой обработки (рис. 11).

Результаты испытаний материалов на изнашивание в условиях воздействия закрепленных абразивных частиц представлены на рис. 12. Относительная износостойкость стали 20, борированной с использованием технологии печного нагрева, составляет 3,1. Наибольший уровень относительной износостойкости (~ 4,2...4,6) имеют стали с покрытиями, полученными по технологии вневакуумной электронно-лучевой обработки.

При выполнении настоящей работы испытания материалов в условиях газоабразивного изнашивания осуществлялись на установке типа "центробежный ускоритель". Результаты исследований показывают, что на характер иноса в значительной степени влияет угол атаки газоабразивного потока (рис. 13 а,б).

Рис. 11. Результаты изнашивания материалов в условиях трения о нежестко закрепленные частицы абразива: 1 - сталь 20; 2 - борндные слои, сформированные по технологии электронно-лучевой наплавки аморфного бора за один проход; 3 - за два прохода; 4 - за три прохода

Рис. 12. Относительная износостойкость низкоуглеродистой стали 20 и боридных слоев, сформированных по технологии печного борирования и вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих материалов

а б

Рис. 13. Зависимости потери массы от времени испытаний по схеме газоабразивного изнашивания боридных покрытий, полученных по технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки одного (1), двух (2), трех (3) слоев порошка аморфного бора: угол атаки абразива 15° (а), 90° (б)

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что в условиях газоабразивного изнашивания более высокие результаты обеспечивают боридные слои, полученные по технологии ВЭЛО. Использование этой технологии целесообразно в тех случаях, когда угол атаки абразива составляет величину 15 градусов и менее.

С целью определения способности боридных покрытий выполнять защитные функции при воздействии локальных контактных нагрузок в работе проводились испытания на контактно-усталостную выносливость.

Наилучшими характеристиками сопротивления контактно-усталостному разрушению обладает покрытие, полученное по технологии ВЭЛО (рис. 14). Начало интенсивного выкрашивания по краям лунки у него начинается после прило-

жения более 8 миллионов циклов нагружения. При этом пятно контакта имеет меньший диаметр, чем на образцах стали 20 и после печного насыщения в твердых засыпках. На образцах после печного борирования образование питгингов начинается по достижении ЛГЦ = 4,6*106. Количество циклов до начала образования пит-тингов на стали 20 равно Лгц= 1,9*106 (рис. 15).

Рис. 14. Внешний вид отпечатка, полученного при испытаниях боридного покрытия, полученного по технологии ВЭЛО на контактно-усталостную выносливость. Стрелками показаны питтинги, возникающие по краям отпечатков

0„,

мм 2,5 2,0 1.5 1,0 0,5 1 1 1

|з

; 1 2

^ГТ* || I 1

/ 10® 10* Число циклов нагружеиия 10'

Рис. 15. Контактно-усталостная выносливость борированных слоев, полученных методами вневакуумной электронно-лучевой обработки (1) и печного борирования в твердых засыпках (2), а также основного металла (стали 20). Оп - диаметр пятна контакта

В пятом разделе «Технологические рекомендации и область применения результатов исследований» приведены результаты апробации полученных результатов, описаны перспективы их промышленного использования. Анализ экспериментальных данных, полученных при проведении механических и триботехнических свидетельствует о том, что технологические процессы вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошковых материалов целесообразно использовать для упрочения быстроизнашиваемых элементов горношахтного оборудования, эксплуатирующихся в условиях сухого трения скольжения, трения о закрепленные и нежестко закрепленные частицы абразива. Апробация результатов проведена в ООО «ЭкспертНефте-Газ» на примере упрочнения буровых лопаток. Показано, что в условиях бурения мягких грунтов стойкость лопаток с разработанным покрытием в 1,9 раза выше стойкости лопаток, упрочненных по технологии печного борирования.

Результаты, полученные при структурных исследованиях, а также при триботехнических и механических испытаниях, используются в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении», а также бакалавров и магистров по направлению "Материаловедение и технологии материалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Вневакуумная электронно-лучевая обработка представляет собой эффективный технологический процесс, позволяющий с высокой производительностью наплавлять боросодержащие порошки и формировать на низкоуглеродистой стали боридные слои повышенной толщины. Наиболее высокий уровень износостойкости обеспечивает электронно-лучевая наплавка порошка карбида бора. Применение в качестве насыщающего компонента порошка аморфного бора приводит к снижению характеристик износостойкости в 1,5 раза, что обусловлено формированием структуры преимущественно эвтектического типа и малым содержанием боридных кристаллов.

2. Наплавка боросодержащих порошков обеспечивает рост износостойкости стали в условиях трения о закрепленные частицы абразива. По сравнению со сталью 20 наибольший уровень относительной износостойкости

4,2...4,6) имеют образцы с покрытиями, полученными по технологии двух- и трехкратной наплавки аморфного бора. Относительная износостойкость стали 20, борированной с использованием технологии печного нагрева, составляет 3,1.

3. Для повышения концентрации бора в поверхностных слоях упрочняемой стали целесообразна наплавка двух слоев боросодержащих порошков. Такой подход позволяет увеличить толщину боридного слоя почти в полтора раза. Трехслойная наплавка не только не увеличивает износостойкость борированного слоя, но и приводит к ее снижению по сравнению с наплавкой двух слоев, что обусловлено формированием на поверхности стали 20 плотного слоя кристаллов борида железа РеВ с высоким уровнем внутренних напряжений, приводящих к выкрашиванию крупных объемов материала.

4. Технологическим параметром, позволяющим эффективно управлять глубиной переплавленного слоя, концентрацией в нем бора и объемной долей боридов железа, является сила тока электронного пучка. Величина этого параметра определяет толщину зон доэвтектического, эвтектического и заэв-тектического состава. Показано, что микротвердость слоя в диапазоне НУ 10000... 12000 МПа обеспечивает вневакуумная электронно-лучевая наплавка карбида бора при токах пучка в диапазоне от 5 мА до 18 мА. При таких параметрах наплавки толщина упрочненного слоя находится в пределах от 300 до 900 мкм.

5. Наплавленные электронным лучом боридные покрытия характеризуются высоким уровнем контактно-усталостной выносливости и, благодаря большой толщине, а также высокой твердости, могут быть использованы для изготовления деталей, работающих в условиях действия повышенных локальных нагрузок. Контактно-усталостная выносливость наплавленных боридных слоев в 2 раза превышает выносливость покрытий, сформированных по технологии печного борирования. Высокопрочные боридные слои, прочно связанные со сталью, способствуют охрупчиванию основного металла при проведении динамических испытаний на ударную вязкость. После электрон-

но-лучевой наплавки ударная вязкость стали 20 с боридными слоями почти в два раза ниже по сравнению с исходным неупрочненным состоянием.

6. При наплавке аморфного бора в поверхностном слое образуются бо-риды типа FeB и Fe2B. Увеличение количества наплавленных слоев приводит к росту доли фазы FeB. В направлении от поверхности к основному металлу содержание боридов снижается. Интенсивность снижения доли кристаллов типа FeB выше, чем боридов Fe2B.

7. Установлено, что в условиях ускоренного охлаждения наплавленного покрытия вместо равновесной фазы РегВ в эвтектике типа «борид железа - а-Fe» возможно формирование метастабильных боридных фаз. Высокопрочная фаза, выделяющаяся в пластинчатой эвтектике при наплавке аморфного бора, по межплоскостному расстоянию соответствует соединению FenB(,, а при наплавке карбида бора - соединениям типа Ре2зВ6 и Fe2JhQ-

8. Установлено, что в зоне доэвтектического типа, образующейся при вневакуумной электронно-лучевой наплавке аморфного бора, в процессе охлаждения а-фазы выделяются карбиды пластинчатого типа. Толщина отдельных пластин в образующемся эвтектоиде составляет ~ 15 нм, межпластинчатое расстояние - 100.. .150 нм.

9. Испытания буровых лопаток, проведенные в ООО «ЭкспертНефте-Газ» в условиях бурения мягких грунтов, показали, что стойкость лопаток с разработанным покрытием в 1,9 раза выше стойкости лопаток, упрочненных по технологии печного борирования. Результаты, полученные при структурных исследованиях, а также при триботехнических и механических испытаниях, используются в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении», а также бакалавров и магистров по направлению "Материаловедение и технологии материалов".

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Теплых A.M.. Использование электронно-лучевого нагрева для формирования на сталях износостойких поверхностных слоев // Обработка металлов. Технология. Оборудование. Инструменты. - 2011. - № 3(52). - С. 9194.

2. Особенности влияния электронно-пучковой обработки на поверхность стали после электровзрывного боромеднения / Е. А. Будовских, В. Е.Громов, Е.А. Дробяз, Ю. Ф. Иванов, Е. С. Ващук, A.M. Теплых // Обработка металлов. Технология. Оборудование. Инструменты. - 2011. - № 3(52). - С. 69-72.

3. Boride Coatings Structure and Properties, Produced by Atmospheric Electron-Beam Cladding / A.M. Teplykh, M. G. Golkovskiy, I. A. Bataev, E. A. Dro-byaz S. V. Veselov, E.D. Golovin, A. A. Bataev, A. A. Nikulina // Advanced Materials Research Vols. 287-290 (2011) pp. 26-31.

4. Борирование низкоуглеродистой стали с использованием технологии вневакуумной электронно-лучевой обработки / A.M. Теплых, М.Г. Голков-ский, A.A. Батаев, В.А. Батаев, Е.А. Дробяз, Е.Д. Головин, A.C. Гонтаренко // Труды международной конференции по физической мезомеханике, компью-

терному конструированию и разработке новых материалов, (Томск, 5-9 сентября 2011 г). Томск: ИФПМ СО РАН. - 2011.- С. 494-496.

5. Насыщение поверхностных слоев низкоуглеродистой стали бором с использованием технологии вневакуумной электронно-лучевой обработки / A.M. Теплых, М.Г. Голковский, Е.А. Дробяз, Д. С. Кривеженко // Труды XII Всероссийской научно-технической конференции "Наука. Промышленность. Оборона" (Новосибирск, 20-22 апреля 2011). Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. С. 608-609.

6. Формирование металлокерамических покрытий методом вневакуумной электронно-лучевой обработки / A.M. Теплых, Е.А. Дробяз, Д. С. Кривеженко И Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации" (Новосибирск, 3-5 декабря 2010). Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. С. 182-183.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20 Тел./факс (383) 346-08-57 Формат 60 х 84/1б.Объем 1,25 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 1797. Подписано в печать 21.11.2011 г.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ, РАБОТАЮЩИХ В ТЯЖЕЛЫХ УСЛОВИЯХ ВНЕШНЕГО НАГРУЖЕНИЯ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

1.1. Особенности эксплуатации тяжелонагруженных деталей машин и элементов конструкций.

1.1.1. Буровое оборудование и инструмент.

1.1.2. Машины для дробления минерального сырья.

1.1.3. Пневмоударники и гидроударники.

1.1.4. Сельскохозяйственные, строительные и дорожные машины.

1.2. Классификация методов поверхностного упрочнения (анализ методов поверхностного упрочнения).

1.3. Применение технологических процессов борирования для поверхностного упрочнения деталей машин и элементов конструкций.

1.3.1. Классификация процессов борирования.

1.3.2. Бор и его растворимость в железе.

1.3.3. Бориды железа и их свойства.

1.3.4. Диаграмма состояния системы Ре-В.

1.3.5. Пластичность боридных слоев.

1.3.6. Хрупкость боридных покрытий.

1.3.7. Оценка степени хрупкости боридных слоев.

1.3.8. Пути снижения хрупкости борированных слоев.

1.3.9. Напряженное состояние борированных слоев.

1.3.10. Износостойкость борированных слоев.

1.3.11. Формирование борированных слоев.

1.3.12. Равномерность толщины борированных слоев.

1.3.13. Переходная зона и её формирование.

1.4. Лазерная и электронно-лучевая обработка с оплавлением поверхностного слоя.

1.5. Выводы.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Материалы исследования.

2.2. Оборудование и режимы вневакумного электронно-лучевого борирования.

2.3. Оборудование и режимы печного борирования в твердой насыщающей среде.

2.4. Структурные исследования материалов.

2.4.1. Оптическая металлография.

2.4.2. Просвечивающая электронная микроскопия.

2.4.3. Растровая электронная микроскопия и микрорентгеноспектральный анализ.

2.4.4. Рентгеноструктурный анализ.

2.5. Анализ топографии поверхности.

2.6. Исследование механических свойств боридных покрытий.

2.6.1. Изнашивание материалов нежестко закрепленными абразивными частицами.

2.6.2. Изнашивание материалов закреплёнными абразивными частицами.

2.6.3. Испытание на газоабразивное изнашивание.

2.6.4. Изнашивание в условиях трения скольжения по схеме диск - плоскость».

2.6.5. Определение микротвердости материалов.

2.6.6. Испытания на ударную вязкость.

2.6.7. Испытания материалов на контактно-усталостную выносливость.

3. СТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БОРИДНЫХ СЛОЕВ.

3.1. Структурные исследования поверхностных слоев, сформированных по технологии печного борирования стали 20.

3.2. Микротвердость боридных слоев после печного борирования и вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошков.

3.3. Структурные исследования наплавленных электронным лучом поверхностных слоев с использованием методов оптической и растровой электронной микроскопии.

3.3.1. Наплавка аморфного бора на сталь 20.

3.3.2. Наплавка карбида бора на сталь 20.

3.4. Рентгеноструктурные исследования боридных слоев.

3.5. Исследование структуры боридных слоев методом трансмиссионной электронной микроскопии.

3.6. Выводы.

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ СТАЛИ

20 С БОРИДНЫМПОКРЫТИЯМИ.

4.1. Износостойкость боридных слоев в условиях трения скольжения.

4.2. Износостойкость борированных слоев при трении о нежестко закрепленные абразивные частиц.

4.3. Износостойкость материалов при трении о закрепленные абразивные частицы.

4.4. Износостойкость боридных покрытий при газоабразивном изнашивании.

4.5. Контактно-усталостная выносливость боридных покрытий.

4.6. Ударные испытания стали 20 с наплавленными боридными покрытиями.

4.7. Выводы.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ОБЛАСТЬ

ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Область применения результатов исследования.

5.2. Технологические рекомендации по формированию боридных покрытий, наплавленных электронным лучом, выведенным в воздушную атмосферу.

5.3. Применение результатов работы в учебном процессе.

5.4. Выводы.

Технологические процессы обработки многих деталей машин и элементов конструкций ответственного назначения предполагают не только их объемное, но также и поверхностное упрочнение. Особенно актуальна проблема поверхностного упрочнения при изготовлении изделий, подвергаемых интенсивному изнашиванию и контактно-усталостному нагружению. Такие условия эксплуатации характерны для многих видов горнодобывающей и строительной техники. Большое влияние на характер поведения образцов этой техники оказывает присутствие в зоне контакта трущихся деталей абразивных частиц, способствующих ускоренному изнашиванию поверхностных слоев материалов. Во многих случаях решение отмеченной проблемы не может быть основано на использовании технологических процессов, обеспечивающих формирование тонких поверхностных слоев, даже если они обладают повышенным уровнем твердости и износостойкости.

Многие быстроизнашиваемые детали образцов горной и строительной техники должны быть упрочнены на глубину более 100 мкм. Детали шахтного оборудования подвергаются изнашиванию на величину, измеряемую миллиметрами. Следует иметь в виду, что экономические потери обусловлены не только необходимостью замены дорогостоящих деталей оборудования, но также и необходимостью его извлечения из шахт на поверхность и проведения ремонтных работ. Это означает, что какой-либо из участков шахты выходит из эксплуатации, что, как правило, сопровождается значительными экономическими потерями.

Интенсивному изнашиванию подвержены также различные детали сельскохозяйственных машин (детали молотильных аппаратов зерновых комбайнов, цепи, направляющие, втулки, шестерни, ножи, детали конвейеров) и оборудования, используемого в металлургическом производстве (направляющие ролики, траки и ролики трубосварочных станов, ролики конвейеров). Специфические условиях изнашивания характерны для деталей химического оборудования (шестерни насосов, пресс-формы, фильеры) и текстильных машин (приводные ролики, прижимные лапки, нитеводы).

Методы, обеспечивающие решение отмеченных проблем, во многих случаях основаны на использовании химико-термической обработки деталей. «

Среди них особо может быть выделен процесс борирования, обеспечивающий высокий уровень износостойкости материалов. К настоящему времени специалистами предложены десятки разновидностей борирования, характеризующиеся различными режимами реализации и структурой формируемых слоев. Для наиболее распространенных методов борирования характерны недостатки, ограничивающие их применение при поверхностном упрочнении быстроизнашиваемых деталей горных и строительных машин. Основными из них являются достаточно низкая производительность процессов борирования, малая толщина упрочненных слоев, сложность обработки крупногабаритных изделий.

Эффективным решением отмеченных проблем может быть использование процесса поверхностного упрочнения стальных заготовок с применением технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки. Важнейшим достоинством этой технологии является высокая производительность процесса, обусловленная выводом электронного пучка непосредственно в воздушную атмосферу и отсутствием длительного технологического этапа, связанного с откачкой воздуха. Эта же особенность процесса позволяет электронным лучом обрабатывать большинство крупногабаритных изделий, особенности эксплуатации которых требуют поверхностного упрочнения.

Технологическими установками, обеспечивающими эффективную реализацию процесса вневакуумной электронно-лучевой обработки, являются промышленные ускорители электронов производства Института ядерной физики СО РАН. Тема диссертационной работы посвящена проблеме формирования поверхностных высокопрочных износостойких борсодержащих слоев повышенной толщины с использованием ускорителя электронов типа

ЭЛВ-6. Для современного материаловедения отмеченная проблема является актуальной, ее решение имеет важное прикладное значение.

При выполнении диссертационной работы проводились экспериментальные исследования по выбору оптимальных режимов вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошковых материалов. Изучали влияние величины тока пучка электронов в диапазоне от 5 мА до 24 мА на строение и свойства поверхностных слоев, формируемых методом наплавки порошка карбида бора. При проведении экспериментальных исследований была выполнена оценка эффективности двух- и трехслойной наплавки порошка аморфного бора на низкоуглеродистую сталь 20. Целью данного эксперимента являлось увеличение глубины упрочненного боридами слоя, повышение степени его однородности.

Эффективность технологических решений оценивали путем проведения механических и триботехнических исследований. Степень охрупчивания основного металла оценивали по результатам испытаний поверхностно упрочненных образцов на ударную вязкость. Учитывая назначение разрабатываемых материалов, был выполнен широкий комплекс триботехнических исследований. Проведены испытания наплавленных электронным лучом поверхностных слоев на изнашивание по схеме трения скольжения в присутствии смазывающих материалов.

Особое внимание было уделено оценке поведения материалов в различных условиях абразивного изнашивания. Упрочненные боридами слои испытывались в условиях трения о закрепленные и нежестко закрепленные частицы абразива. Кроме этого оценивалось поведение разработанных материалов в условиях газоабразивного изнашивания при различных углах атаки абразива.

Условия эксплуатации поверхностно упрочненных деталей машин и элементов конструкций предполагают возможность циклического локального нагружения материала. Результатом такого воздействия является формирование поверхностных дефектов в виде питтингов выкрашивания. Для того чтобы оценить эффективность исследуемых в диссертационной работе материалов были проведены испытания на контактно-усталостную долговечность при реализации схемы "шар - плоскость".

Учитывая, что комплекс механических и триботехнических свойств изучаемых материалов определяется их строением, в работе были выполнены глубокие структурные исследования с использованием современного оборудования, в том числе оптических микроскопов, растрового и просвечивающего электронных микроскопов, рентгеновского дифрактометра. На основании результатов структурных исследований были обоснованы технические предложения по формированию упрочненных боридами поверхностных слоев, предназначенных для эксплуатации в различных условиях внешнего нагру-жения. Особое внимание при выполнении работы было уделено проведению исследований структуры материалов методом трансмиссионной электронной микроскопии. Было показано, что в эвтектике типа "борид железа - a -Fe" вместо соединения Fe2B возможно присутствие более сложных боридов. Результаты проведенных исследований представлены в следующих разделах диссертационной работы.

Исследования, представленные в диссертационной работе, выполнялись в рамках аналитической ведомственной целевой программой "Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2011 гг.", а также федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы».

Цели и задачи исследования

Цель диссертационной работы: повышение износостойкости и контактно-усталостной выносливости поверхностных слоев низкоуглеродистой стали путем наплавки боросодержащих порошковых материалов с использованием электронного пучка высокой мощности, выведенного в воздушную атмосферу.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение металлографических, электронно-микроскопических и рентгеноструктурных исследований борированных слоев, сформированных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошков на низкоуглеродистую сталь 20. Выявление особенностей строения наплавленных слоев и переходных зон.

2. Исследования эффективности формирования методом вневакуумной электронно-лучевой обработки одно-, двух- и трехслойных боросодержащих покрытий.

3. Исследование стойкости борированных слоев при изнашивании в условиях трения скольжения, трения о закрепленные и нежестко закрепленные частицы абразива, а также в условиях газоабразивного изнашивания.

4. Исследование контактно-усталостной выносливости поверхностных слоев, сформированных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошковых материалов.

Научная новизна

1. Показано влияние технологических режимов электронно-лучевой наплавки на структуру, триботехнические свойства и контактно-усталостную выносливость стали 20. Наиболее высокий уровень износостойкости обеспечивает электронно-лучевая наплавка порошка карбида бора. Контактно-усталостная выносливость наплавленных слоев в 2 раза превышает выносливость материалов, сформированных по технологии печного борирования.

2. Для повышения концентрации бора в поверхностных слоях упрочняемой стали, предложена наплавка двух слоев боросодержащих порошков. Трехслойная наплавка сопровождается ростом внутренних напряжений и приводит к резкому охрупчиванию поверхностного слоя.

3. Показано, что величина силы тока электронного пучка определяет размер зон доэвтектического, эвтектического и заэвтектического состава. Микротвердость слоя в диапазоне HV 10000. 12000 МПа обеспечивает вневаку-умная электронно-лучевая наплавка карбида бора при токах пучка в диапазоне от 5 мА до 18 мА. При таких параметрах наплавки глубина упрочненного слоя находится в пределах от 300 до 900 мкм.

4. При наплавке аморфного бора в поверхностном слое образуются бо-риды типа FeB и Fe2B. Увеличение количества наплавленных слоев приводит к росту доли фазы FeB. В направлении от поверхности к основному металлу содержание боридов снижается. Интенсивность снижения доли кристаллов типа FeB выше, чем боридов Fq2B.

5. Установлено, что в условиях ускоренного охлаждения наплавленного покрытия вместо равновесной фазы Fe2B в эвтектике типа «борид железа - а-Fe» возможно формирование метастабильных боридных фаз. Высокопрочная фаза, выделяющаяся в пластинчатой эвтектике при наплавке аморфного бора, по межплоскостному расстоянию соответствует соединению Fe^B^ а при наплавке карбида бора - соединениям типа Fe23B6 и Fe^B^C^. Показано, что в зоне доэвтектического типа, образующейся при вневакуумной электроннолучевой наплавке аморфного бора, в процессе охлаждения а-фазы выделяются карбиды пластинчатого типа. Толщина отдельных пластин в образующемся эвтектоиде составляет ~ 15 нм, межпластинчатое расстояние -100.150 нм.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. На основании результатов триботехнических исследований показано, что технологические процессы вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошковых материалов целесообразно использовать для упрочения быстроизнашиваемых элементов горношахтного оборудования, эксплуатирующихся в условиях сухого трения скольжения, трения о закрепленные и нежестко закрепленные частицы абразива. Испытания буровых лопаток, проведенные в ООО «ЭкспертНефтеГаз» в условиях бурения мягких грунтов, показали, что стойкость лопаток с разработанным покрытием в 1,9 раза выше стойкости лопаток, упрочненных по технологии печного бориро-вания.

2. Результаты, полученные при структурных исследованиях, а также при триботехнических и механических испытаниях, используются в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении», а также бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технологии материалов».

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных научных работ, из них: 2 в реферируемых научных журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК, 3 - в сборниках научных трудов международных конференций и 1 статья в международном журнале.

Объём и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Диссертационная работа изложена на 180 страницах основного текста и включает 66 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 141 наименования.

5.4. Выводы

1. Технологические процессы вневакуумной электронно-лучевой наплавки боросодержащих порошковых материалов целесообразно использовать для упрочения быстроизнашиваемых элементов горношахтного оборудования, эксплуатирующихся в условиях сухого трения скольжения, трения о закрепленные и нежестко закрепленные частицы абразива. Примерами конструкций, рекомендуемых для упрочнения методом ВЭЛО, являются рештаки и скребки угольных скребковых конвейеров. Ускорители промышленных электронов типа ЭЛВ-6 позволяют с высокой производительностью наплавлять боридные слои глубиной от 0,5 до 2 мм и твердостью НУ 10000 МПа на крупногабаритные детали машин и элементы конструкций.

2. Для упрочнения рештаков целесообразна однослойная наплавка карбида бора при токе электронного пучка 18.22 мА. В этих условиях формируются боридные слои толщиной до 1,3 мм, характеризующиеся повышенной надежностью материала.

3. Результаты, полученные при структурных исследованиях, а также при триботехнических и механических испытаниях, используются в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении», а также бакалавров и магистров по направлению "Материаловедение и технологии материалов".

Материалы диссертации использованы при модифицировании учебных курсов: «Материаловедение и технологии конструкционных материалов», «Термическая и химико-термическая обработка материалов».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Вневакуумная электронно-лучевая обработка представляет собой эффективный технологический процесс, позволяющий с высокой производительностью наплавлять боросодержащие порошки и формировать на низкоуглеродистой стали боридные слои повышенной толщины. Наиболее высокий уровень износостойкости обеспечивает электронно-лучевая наплавка порошка карбида бора. Применение в качестве насыщающего компонента порошка аморфного бора приводит к снижению характеристик износостойкости в 1,5 раза, что обусловлено формированием структуры преимущественно эвтектического типа и малым содержанием боридных кристаллов.

2. Наплавка боросо держащих порошков обеспечивает рост износостойкости стали в условиях трения о закрепленные частицы абразива. По сравнению со сталью 20 наибольший уровень относительной износостойкости 4,2.4,6) имеют образцы с покрытиями, полученными по технологии двух- и трехкратной наплавки аморфного бора. Относительная износостойкость стали 20, борированной с использованием технологии печного нагрева, составляет 3,1.

3. Для повышения концентрации бора в поверхностных слоях упрочняемой стали целесообразна наплавка двух слоев боросодержащих порошков. Такой подход позволяет увеличить толщину боридного слоя почти в полтора раза. Трехслойная наплавка не только не увеличивает износостойкость борированного слоя, но и приводит к ее снижению по сравнению с наплавкой двух слоев, что обусловлено формированием на поверхности стали 20 плотного слоя кристаллов борида железа ГеВ с высоким уровнем внутренних напряжений, приводящих к выкрашиванию крупных объемов материала.

4. Технологическим параметром, позволяющим эффективно управлять глубиной переплавленного слоя, концентрацией в нем бора и объемной долей боридов железа, является сила тока электронного пучка. Величина этого параметра определяет толщину зон доэвтектического, эвтектического и заэв-тектического состава. Показано, что микротвердость слоя в диапазоне НУ 10000. 12000 МПа обеспечивает вневакуумная электронно-лучевая наплавка карбида бора при токах пучка в диапазоне от 5 мА до 18 мА. При таких параметрах наплавки толщина упрочненного слоя находится в пределах от 300 до 900 мкм.

5. Наплавленные электронным лучом боридные покрытия характеризуются высоким уровнем контактно-усталостной выносливости и, благодаря большой толщине, а также высокой твердости, могут быть использованы для изготовления деталей, работающих в условиях действия повышенных локальных нагрузок. Контактно-усталостная выносливость наплавленных боридных слоев в 2 раза превышает выносливость покрытий, сформированных по технологии печного борирования. Высокопрочные боридные слои, прочно связанные со сталью, способствуют охрупчиванию основного металла при проведении динамических испытаний на ударную вязкость. После электронно-лучевой наплавки ударная вязкость стали 20 с боридными слоями почти в два раза ниже по сравнению с исходным неупрочненным состоянием.

6. При наплавке аморфного бора в поверхностном слое образуются бо-риды типа РеВ и Ре2В. Увеличение количества наплавленных слоев приводит к росту доли фазы РеВ. В направлении от поверхности к основному металлу содержание боридов снижается. Интенсивность снижения доли кристаллов типа РеВ выше, чем боридов Ре2В.

7. Установлено, что в условиях ускоренного охлаждения наплавленного покрытия вместо равновесной фазы Ре2В в эвтектике типа «борид железа - аРе» возможно формирование метастабильных боридных фаз. Высокопрочная фаза, выделяющаяся в пластинчатой эвтектике при наплавке аморфного бора, по межплоскостному расстоянию соответствует соединению В6, а при наплавке карбида бора - соединениям типа Ре2зВ6 и Ре1ЪВъСъ.

8. Установлено, что в зоне доэвтектического типа, образующейся при вневакуумной электронно-лучевой наплавке аморфного бора, в процессе охлаждения а-фазы выделяются карбиды пластинчатого типа. Толщина отдельных пластин в образующемся эвтектоиде составляет ~ 15 нм, межпластинчатое расстояние - 100. 150 нм.

9. Испытания буровых лопаток, проведенные в ООО «ЭкспертНефте-Газ» в условиях бурения мягких грунтов, показали, что стойкость лопаток с разработанным покрытием в 1,9 раза выше стойкости лопаток, упрочненных по технологии печного борирования. Результаты, полученные при структурных исследованиях, а также при триботехнических и механических испытаниях, используются в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении», а также бакалавров и магистров по направлению "Материаловедение и технологии материалов".

1. Ворошнин Л. Г., Ляхович Л. С. Борирование стали. М. : Металлургия, 1978. 238 с.

2. Крукович М. Г., Прусаков Б. А., Сизов И. Г. Пластичность борирован-ных слоев. М. : Физматлит, 2010. 384 с.

3. Ткачев В. Н. Работоспособность деталей машин в условиях абразивного изнашивания. М. : Машиностроение, 1995. 335 с. : ил.

4. Когаев В. П., Дроздов Ю. Н. Прочность и износостойкость деталей машин : учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов. М. : Высшая школа, 1991. 319 с.

5. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление / пер. с яп. В. Н. Попова; под ред.: В. С. Степина, Н. Г. Шестеркина. М. : Машиностроение, 1985. 240 с.

6. Ворошнин Л. Г. Борирование промышленных сталей и чугунов : справ, пособие. Минск : Беларусь, 1981. 205 с.

7. Ворошнин Л. Г., Хусид Б. М., Смольский Б. М. Диффузионный мас-соперенос в многокомпонентных системах. Минск : Наука и техника, 1979. 255 с. : ил. (Наука и техн. прогресс. НТП).

8. Структура сплавов системы Fe-B / Л. Г. Ворошнин, Л. С. Ляхович, Г. Г. Панич, Г. Ф. Протасевич // Металловедение и термическая обработка металлов. 1970. №9. С. 14-17.

9. Многокомпонентные диффузионные покрытия / Л. С. Ляхович, Л. Г. Ворошнин, Г. Г. Панич и др.. Минск : Наука и техника, 1974. 288 с.

10. Крукович М. Г. Разработка теоретических и прикладных аспектов управления структурой и свойствами борированных слоев и их использование при производстве транспортной техники : дис. . д-ра техн. наук : 05.16.01. М., 1995.416 с.

11. Крукович М. Г. Исследование жидкостных безэлектролизных процессов химико-термической обработки : дис. . канд. техн. наук. Минск : БПИ, 1974. 298 с.

12. Самсонов Г. В., Серебрякова Т. Я., Неронов В. А. Бориды. М. : Атомиздат, 1975. 375 с.

13. Самсонов Г. В., Уманский JI. С. Твердые соединения тугоплавких металлов. М. : Металлургиздат. 1957. 265 с.

14. Бор, его соединения и сплавы / Г. В. Самсонов, J1. Я. Марковский, А. Ф. Жигач и др.. Киев : АН УССР, 1960. 590 с.

15. Самсонов Г. В., Эпик А. П. Тугоплавкие покрытия. М. : Металлургия. 1973. 400 с.

16. Минкевич А. Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М. : Машиностроение. 1965. 491 с.

17. Nowacki J. Role of copper in iron-iron boride cermets // Journal of materials processing technology. 2001. Vol. 118, iss. 1-3. Intern, conf. on advances in materials processing technology : cont. papers. Pt 1. P. 9-13.

18. Dybkov V. I., Lengauer W., Barmak K. Formation of boride layers at the Fe-10% Cr alloy-boron interface // Journal of alloys and compounds. 2005.Vol. 398, iss. 1-2. P. 113-122.

19. Gidikova N. Vanadium boride coatings on steel // Materials science and engineering: A. 2000. Vol. 278, iss. 1-2. P. 181-186.

20. Meri? C., Sahin S., Yilmaz S. S. Investigation of the effect on boride layer of powder particle size used in boronizing with solid boron-yielding substances // Materials research bulletin. 2000. Vol. 35, iss. 13. P. 2165-2172.

21. FeB/Fe2B phase transformation during SPS pack-boriding: boride layer growth kinetics / L. G. Yu, X. J. Chen, K. A. Khor, G. Sundararajan // Acta mate-rialia. 2005. Vol. 53, iss. 8. P. 2361-2368.

22. Effect of alloying elements on the formation of boride layer on steel / M. Blazon, B. Stanojevic, V. Veljkovic // Scripta metallurgica. 1975. Vol. 9, iss. 11. P. 1153-1156.

23. Effect of boron paste thickness on the growth kinetics of Fe2B boride layers during the boriding process /1. Campos, O. Bautista, G. Ramirez, M. Islas, J. de la Parra, L. Zuniga // Applied surface science. 2005. Vol. 243, iss. 1-4. P. 429436.

24. Uzunov N., Ivanov R. Aluminothermic powder boriding of steel // Applied surface science 2004. Vol. 225, iss. 1-4. P. 72-77.

25. Genel K., Ozbek I., Bindal C. Kinetics of boriding of AISI W1 steel // Materials science and engineering: A. 2003. Vol. 347, iss. 1-2. P. 311-314.

26. The influence of alloying element additions on the boriding of steels / P. Goeuriot, R. Fillit, F. Thevenot, J. H. Driver, H. Bruyas // Materials science and engineering. 1982. Vol. 55, iss. 1. P. 9-19.

27. Serebryakova T. Classification of borides // Journal of the less common metals. 1979. Vol. 67, iss. 2. P. 499-503.

28. Teneva D. Increasing the wear resistance of rings for spinning machines through boriding // Journal of the less common metals. 1979. Vol. 67, iss. 2. P. 493-497.

29. Priimmer R., Pfeiffer W. Residual stresses in borided layers // Journal of the less common metals. 1986. Vol. 117, iss. 1-2. Proc. of the 8 intern, symp. on boron, borides, carbides, nitrides and related compounds. P. 411-414.

30. Selfuk B., Ipek R., Karami§ M. B. A study on friction and wear behaviour of carburized, carbonitrided and borided AISI 1020 and 5115 steels // Journal of materials processing technology. 2003. Vol. 141, iss. 2. P. 189-196.

31. Xu C.-H., Xi J.-K., Gao W. Isothermal superplastic boronizing of high carbon and low alloy steels // Scripta materialia. 1996. Vol. 34, iss. 3. P. 455-461.

32. Subrahmanyam J. Studies on boronising of mild steel // Materials letters. 1982. Vol. 1, iss. 3-4. P. 100-103.

33. Thompson R. Fabrication and industrial applications of metal borides and related materials // Journal of the less common metals. 1976. Vol. 47. P. 279-282.

34. Evaluation of boron mobility on the phases FeB, Fe2B and diffusion zone in AISI 1045 and M2 steels /1. Campos, G. Ramirez, U. Figueroa, J. Martinez, O. Morales // Applied surface science. 2007. Vol. 253, iss. 7. P. 3469-3475.

35. Hutchings I. M. Wear-resistant materials: into the next century // Materials science and engineering: A. 1994. Vol. 184, iss. 2. P. 185-195.

36. Xu C.-H., Gao W., Yang Y.-L. Superplastic boronizing of a low alloy steel — microstructural aspects // Journal of materials processing technology. 2001. Vol. 108, iss. 3. P. 349-355.

37. Sahin S., Meric C. Investigation of the effect of boronizing on cast irons // Materials research bulletin. 2002. Vol. 37, iss. 5. P. 971-979.

38. Sen U., Sen S., Yilmaz F. An evaluation of some properties of borides deposited on boronized ductile iron // Journal of materials processing technology. 2004. Vol. 148, iss. 1. P. 1-7.

39. Bozkurt N., Gegkinli A. E., Gegkinli M. Autoradiographic study on boronized steel // Materials science and engineering. 1983. Vol. 57, iss. 2. P. 181186.

40. Keddam M., Chentouf S. M. A diffusion model for describing the bilayer growth (FeB/Fe2B) during the iron powder-pack bonding // Applied surface science. 2005. Vol. 252, iss. 2. P. 393-399.

41. Серебрякова Т. И., Неронов В. А., Пешев П. Д. Высокотемпературные бориды. М. : Металлургия, Челяб. отд-ние, 1991. 368 с.

42. Земсков Г. В., Коган Р. Л. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов. М. : Металлургия, 1978. 207 с.

43. Земсков Г. В. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов : автореф. дис. . д-ра техн. наук. М., 1968. 32 с.

44. Глухов В. П. Боридные покрытия на железе и сталях. Киев : Наукова думка, 1970. 208 с.

45. Лахтин Ю. М., Козловский И. С. Борирование // Термическая обработка в машиностроении : справочник. М. : Машиностроение, 1967. С. 344350.

46. Определение условий борирования стали при нагреве лазерным излучением / Л. С. Ляхович, С. А. Иванов, В. М. Картошкин, В. М. Пахадня // Металловедение и термическая обработка металлов. 1985. № 11. С. 12-14.

47. Сафонов А. И. Особенности борирования железа и сталей с помощью непрерывного С02-лазера // Металловедение и термическая обработка металлов. 1998. № 1. С. 5-9.

48. Лазерное борирование высокопрочного чугуна / И. А. Тананко, А. А. Левченко, Р. Т. Гуйва, В. А. Гуйва, Е. Ю. Ситцевая / Физика и химия обработки материалов. 1991. № 5. С. 89-95.

49. Постников В. С., Белова С. А., Ерофеева Е. М. Образование структуры при лазерном карбоборохромировании стали Х12М // Металловедение и термическая обработка металлов. 1995. № 12. С. 13-15.

50. Разработка процессов борирования сталей с помощью непрерывного С02-лазера / Г. А. Абильситов, А. Н. Сафонов, А. Ф. Басков и др. // Доклады Академии наук СССР. 1989. Т. 305, № 2. С. 351-354.

51. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д., Бурякин А. В. Поверхностное насыщение стали бором при воздействии излучения лазера // Металловедение и термическая обработка металлов. 1985. № 11. С. 9-11.

52. Поверхностное лазерное легирование сталей и чугунов методом ин-жекции карбида бора / А. М. Бернштейн, Е. М. Яндимиркин, О. А. Ермакова, Б. Б. Сомов // Электронная обработка материалов. 1991. № 3. С. 25-28.

53. Гордиенко А. И., Ивашко В. В. Получение боридных покрытий на Ti-сплавах с помощью излучения С02-лазера // Защитные покрытия на металлах. 1990. № 24. С. 66-68.

54. Постников В. С., Тагиров M. Н. Лазерное борирование титановых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1994. № 1. С. 14-15.

55. Формирование карбидохромовых слоев на углеродистых сталях с использованием электронного пучка / С. В. Бахтин, И. Г. Козырь, И. М. Шаршаков, Ю. С. Шатов // Физика и химия обработки материалов. 1995. № 3. С. 35-38.

56. Сизов И. Г., Смирнягина H. Н., Семенов А. П. Особенности электронно-лучевого борирования сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 1999. № 12. С. 8-11.

57. Сизов И. Г. Разработка научных основ и технологии электроннолучевого борирования железоуглеродистых сплавов с получением на поверхности боридов тугоплавких металлов : дисс. . д-ра техн. наук. М. : МВТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. 305 с.

58. Сизов И. Г., Смирнягина H. Н., Семенов А. П. Электронно-лучевое борирование железоуглеродистых сплавов // Сборник научных трудов ВСГТУ. Серия «Технические науки». Улан-Удэ, 1999. Вып. 7. С. 96-106.

59. Владимирский A. P., Лившиц В. Б., Паюк В. А. О возможности использования облучения электронами высоких энергий для легирования материалов // Известия Академии Наук ССР. Серия «Металлы». 1988. № 5. С. 128-133.

60. Семенов А. П., Смирнягина Н. Н., Сизов И. Г. Обработка поверхности стали электронным пучком и формирование боридных слоев // Высокие технологии и оборудование : тр. 3 междунар. симпозиума (Харьков, 1999 г.). Харьков. 1999. С. 101-105.

61. Electron-beam boriding of low-carbon steel / A. A. Novakova, D. S. Go-lubok, T. Yu. Kiseleva, P. O., Revokatov, I. G. Sizov // Journal of Alloys and Compounds. 2004. Vol. 383, № 1-2. P. 108-112.

62. Keddam M., Chegroune R. A model for studying the kinetics of the formation of Fe2B boride layers at the surface of a gray cast iron. Applied surface science. 2010. Vol. 256, iss. 16. P. 5025-5030.

63. Wear resistance of laser-deposited boride reinforced Ti-Nb-Zr-Ta alloy composites for orthopedic implants / S. Samuel, S. Nag, T. W. Scharf, R. Banerjee // Materials science and engineering: C. 2008. Vol. 28, iss. 3. P. 414-420.

64. Sarma B., Ravi Chandran K. S. Accelerated kinetics of surface hardening by diffusion near phase transition temperature: Mechanism of growth of boride layers on titanium // Acta materialia. 2011. Vol. 59, iss. 10. P. 4216-4228.

65. Growth kinetics of iron boride layers: dimensional analysis /' I. Campos, R. Torres, G. Ramírez, R. Ganem, J. Martinez // Applied surface science. 2006. Vol. 252, iss. 24. P. 8662-8667.

66. A simple model for the growth kinetics of Fe2B iron boride on pure iron substrate / M. Keddam, M. Ortiz-Dominguez, I. Campos-Silva, J. Martinez-Trinidad // Applied surface science. 2010. Vol. 256, iss. 10. P. 3128-3132.

67. Kulka M., Pertek A. Gradient formation of boride layers by borocarburiz-ing // Applied surface science. 2008. Vol. 254, iss. 16. P. 5281-5290.

68. Choudhury A. R., Ezz T., Li L. Synthesis of hard nano-structured metal matrix composite boride coatings using combined laser and sol-gel technology // Materials science and engineering: A. 2007. Vol. 445-446. P. 193-202.

69. Kinetics of electrochemical boriding of low carbon steel / G. Kartal, O. L. Eryilmaz, G. Krumdick, A. Erdemir, S. Timur // Applied surface science. 2011. Vol. 257, iss. 15. P. 6928-6934.

70. Characterization and determination of FexB layers' mechanical properties / O. Culha, M. Toparli, S. Sahin, T. Aksoy // Journal of materials processing technology. 2008. Vol. 206, iss. 1-3. P. 231-240.

71. Effect of boron paste thickness on the growth kinetics of polyphase boride coatings during the boriding process / I. Campos, R. Torres, O. Bautista, G.

72. Ramírez, L. Zúñiga // Applied surface science. 2006. Vol. 252, iss. 6. P. 23962403.

73. Kulka M., Pertek A. Gradient formation of boride layers by borocarburiz-ing / Applied surface science. 2008. Vol. 254, iss. 16. P. 5278-5987.

74. Kulka M., Pertek A., Makuch N. The importance of carbon concentration-depth profile beneath iron borides for low-cycle fatigue strength // Materials science and engineering: A. 2011. Vol. 528, iss. 29-30. P. 8641-8650.

75. Characterization of AISI 4140 borided steels /1. Campos-Silva, M. Ortiz-Dominguez, N. López-Perrusquia, A. Meneses-Amador, R. Escobar-Galindo, J. Martinez-Trinidad // Applied surface science. 2010. Vol. 256, iss. 8. P. 2372-2379.

76. Химико-термическая обработка инструментальных материалов / Е. И. Вельский, М. В. Ситкевич, Е. И. Понкратин, В. А. Стефанович ; ред. Р. И. Томилин. Минск : Наука и техника. 1986. 247 с.

77. Вельский Е. И., Ливенцев В. Е., Ситкевич М. В. Исследование закономерностей формирования и свойств боридных покрытий, полученных в процессе литья // Металловедение и термическая обработка металлов. 1983. № 10. С. 51-54.

78. Бориды и материалы на их основе / Т. И. Серебрякова, Т. Я. Косола-пова, Г. Н. Макаренко и др.. Киев : Ин-т проблем материаловедения ИАИ Украина, 1994. 156 с.

79. Илющенко Н. Г., Анфиногенов А. И., Чернов Я. Б. Техпроцесс жидкостного борирования металлов в расплавленных солях. Свердловск : Изд-во ин-та электрохимии УФАН СССР. 1989. 45 с.

80. Лахтин Ю. М., Арзамасов Б. П. Химико-термическая обработка металлов. М. : Металлургия, 1985. 256 с.

81. Кузьма Ю. Б. Кристаллохимия боридов. Львов : Вища школа, 1983. 173 с.

82. Молодык Н. В., Зенкин А. С. Восстановление деталей машин : справочник. М. : Машиностроение, 1989. 480 с.

83. Сидоров А. И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. М. : Машиностроение, 1987. 192 с.

84. Дроздов Ю. Н., Павлов В. Г., Пучков В. Н. Трение и износ в экстремальных условиях : справочник. М. : Машиностроение, 1986. 223 с. : ил. (Основы проектирования машин).

85. Виноградов В. Н., Сорокин Г. М., Албагачиев А. Ю. Изнашивание при ударе. М. : Машиностроение, 1982. 192 с.

86. Ханин М. В. Механическое изнашивание материалов. М. : Изд-во стандартов, 1984. 152 с.

87. Виноградов В. Н., Сорокин Г. М., Колокольников М. Г. Абразивное изнашивание. М. : Машиностроение, 1990. 224 с.

88. Износостойкие наплавочные материалы и высокопроизводительные методы их обработки / И. А. Толстов, М. Н. Семиколенных, Л. В. Баскаков, В. А. Коротков. М. : Машиностроение, 1992. 220с.

89. Рейш А. К. Повышение износостойкости строительных и дорожных машин. М. : Машиностроение, 1986. 184 с.

90. Токарев А. О. Упрочнение деталей машин износостойкими покрытиями. Новосибирск : Изд-во НГАВТ, 2000. 187 с.

91. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами / А. Г. Бойцов, В. Н. Машков, В. А. Смоленцев, Л. А. Хворостухин. М. : Машиностроение, 1991. 144 с.

92. Плазменная наплавка металлов / А. Е. Вайнерман, М. X. Шоршоров, В. Д. Веселков, В. С. Новосадов. М. : Машиностроение, 1969. 192 с.

93. ГОСТ 9454-78. Металлы. Методы испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах. Взамен ГОСТ 9456-60 ; введ. 1988-01-09. М. : Изд-во стандартов, 1978. 12 с.

94. ГОСТ 25.501-78. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытаний на контактную усталость. М. : Изд-во стандартов, 1978. 94 с.

95. Потапов В. М. Регулируемое термопластическое упрочнение стали с бейнитным превращением : дис. . канд. техн. наук : 05.16.01. Новосибирск, 1984. 229 с.

96. ГОСТ 23.208-79. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы. Введ. 01-03-1981; изм. 2011-18-05 М. : Изд-во стандартов, 1979. 4 с.

97. ГОСТ 23.201-78. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов и покрытий на газоабразивное изнашивание с помощью центробежного ускорителя. Введ. 01-01-1979; изм. 2011-18-05 М. : Изд-во стандартов, 1979. 9 с.

98. ГОСТ 17367-71. Металлы. Метод испытания на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы. Введ. 1973-01-01 ; изм. 2011-18-05. М. : Изд-во стандартов, 1972. 5 с.

99. Гуляев А. П. Металловедение. М. : Металлургия, 1978. 648 с.

100. Полетика И. М. Упрочнение поверхностного слоя стали легированием в концентрированных потоках энергии : автореф. дис. . д-ра техн. наук : 05.16.01 / Ин-т физики прочности и материаловедения СО РАН. Томск, 1996. 40 с.

101. Радченко М. В. Создание защитных и упрочняющих покрытий методом электронно-лучевой обработки в вакууме. Барнаул, 1993. 66 с.

102. Порошковая металлургия и напыленные покрытия / В. Н. Анциферов, Г. В. Бобров, Л. К. Дружинин и др. ; под ред. Б. С. Митина. М. : Металлургия, 1987. 792 с.

103. Донской А. В., Клубникин В. С. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. Л. : Машиностроение, 1979. 221 с.

104. Упрочнение деталей лучом лазера / В. С. Коваленко, П. Ф. Головко, Г. В. Меркулов, А. И. Стрижак. Киев : Техника, 1982. 130 с.

105. Малаховский В. А. Плазменные процессы в сварочном производстве. М. : Высшая школа, 1988. 73 с.

106. Плазменное поверхностное упрочнение / Л. К. Лещинский, С. С. Самотугин, И. И. Пирч, В. И. Комар. Киев : Техника, 1990. 109 с.

107. Взаимодействие лазерного излучения с металлами / А. М. Прохоров, В. И. Конов, И. Урсу, И. Н. Михэилеску. Бухарест : Асасіетіеі ; М. : Наука, 1988. 537 с.

108. Поут Дж. М. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками : пер. с англ. М. : Машиностроение, 1987. 424 с.

109. Батаева Е. А. Создание градиентной структуры методом вневакуумной электронно-лучевой обработки стальных изделий // 6 Уральская школа-семинар материаловедов молодых учёных, Екатеринбург, 2-4 нояб. 2004 г. : сб. тез. Екатеринбург, 2004. С. 65.

110. Горбунов В. А., Куксанов Н. К., Салимов Р. А. Выпуск в атмосферу концентрированного пучка электронов до 60 кВт ускорителя ЭЛВ-4 // Доклады 3 Всесоюзного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве. Л., 1979. С. 122-125.

111. Зуев И. В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии. М. : Изд-во МЭИ, 1998. 162 с.

112. Клебанов Г. Н. Сварка и обработка материалов электронным лучом. М. : Машиностроение, 1968. 42 с.

113. Введение в технологию электронно-лучевых процессов : пер. с англ. / под ред. Н. А. Ольшанского. М. : Металлургия, 1965. 395 с.

114. Карашоков К. Е., Островерхое Н. Т., Попов В. К. Экспериментальное исследование структуры электронных пучков // Физика и химия обработки материалов. 1971. № 2. С. 12-21.

115. Гольденберг А. А., Поликарпов В. И. Влияние электронно-лучевой и лазерной обработки на структуру и свойства машиностроительных материалов // Вестник машиностроения. 1984. № 8. С. 55-58.

116. Зуев И. В., Рыкалин Н. Н., Углов А. А. О распределении плотности тока по сечению электронного луча // Физика и химия обработки материалов. 1968. №5. С. 110-112.

117. Борискина Jl. В., Кабанов А. Н., Юдаев В. Н. О рассеянии электронного пучка материалом вещества при электронно-лучевой обработке // Физика и химия обработки материалов. 1976. № 5. С. 20-26.

118. Формирование структуры металла электронно-лучевой наплавки карбидом вольфрама / И. М. Полетика, М. Г. Голковский, Т. А. Крылова, Ю. Ф. Иванов, М. В. Перовская // Перспективные материалы. 2009. № 4. С. 6570.

119. Крылова Т. А., Полетика И. М., Голковский М. Г. Влияние модифицирования и термической обработки на структуру металла покрытия, полученного электронно-лучевой наплавкой карбидом вольфрама // Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. № 10. С. 39-45.

120. Фролов В. В. Теория сварочных процессов. М. : Высш. шк., 1988.559с.

121. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. М. : Машиностроение, 1990. 528 с.

122. Новиков И. И. Теория термической обработки металлов. М. : Металлургия, 1986. 480с.

123. Структура и свойства хромсодержащих покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки в атмосфере / И. М. Полетика, М. Г. Голковский, Т. А. Крылова, М. В. Перовская // Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. № 3. С. 15-22.

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

125. Формирование покрытий двойного назначения методом вневакуум-ной электронно-лучевой наплавки / И. М. Полетика, М. Г. Голковский, М. В. Перовская, Т. А. Крылова, Р. А. Салимов // Физическая мезомеханика. 2006. Т. 9, № S1. С. 177-180.

126. ErogluM. Boride coatings on steel using shielded metal ARC welding electrode: microstructure and hardness // Surface & Coatings Technology Vol. 203 2009. P. 2229-2235.