автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Структура и свойства износостойких электронно-лучевых покрытий на основе азотистых твердых растворов

На правах рукопи

ИВАНОВА Елена Анатольевна

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ИЗНОСОСТОЙКИХ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ АЗОТИСТЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ

05.10.01 - Металловедение и термическая обработка мет&плов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 2009

004601042

Работа выполнена в Государственном образовательном Учреждении высшего профессионального образования «Томский политехнический университет» и в Учреждении Российской академии паук Институте физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор,

академик РАН Панин Виктор Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Гнюсов Сергей Федорович

кандидат физико-математических наук Литовченко Игорь Юрьевич

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Защита состоится « 25 » декабря 2009 г. в 16°° ч. на заседании диссертационного совета Д 003.038.01 при ИФПМ СО РАН по адресу: 634021, г.Томск, пр. Академический, 2/4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФПМ СО РАН.

Автореферат разослан « 25 » ноября 2009 г.

/

Ученый секретарь диссертационного совета, у

доктор технических наук, профессор / / О.В. Сизова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение ресурса работы деталей машин и оборудования невозможно без применения новых прогрессивных ресурсосберегающих технологий и материалов. Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что очень эффективным является поверхностное упрочнение металлов и сплавов. Рабочие параметры изделия в основном определяются состоянием поверхностного слоя материала, из которого оно изготовлено, поэтому использование дефицитных и дорогих конструкционных материалов во всем объеме нецелесообразно. Экономически оправдывает себя применение технологических способов, позволяющих не только упрочнять, но и восстанавливать изношенные поверхности деталей машин.

В отличие от химико-термической обработки, не позволяющей восстанавливать изношенные детали, и нанесения покрытий газотермическим напылением, обладающих сравнительно низкой адгезионной и когезионной прочностью, покрытия-наплавки обладают высокой адгезионной прочностью, и их нанесение позволяет не только упрочнять поверхность изделия, но и восстанавливать изношенные фрагменты деталей, увеличивая их ресурс. Однако наплавленные покрытия часто растрескиваются, происходит деформирование изделия вследствие остаточных напряжений, формирующихся в системе покрытие-подложка. Кроме того, остаточные напряжения способствуют ускорению усталостного разрушения и коррозионных процессов. Одним из способов снижения остаточных напряжений является применение технологии нанесения покрытий электронно-лучевой наплавкой (ЭЛН), позволяющей формировать на поверхности подложки градиентное покрытие, обладающее высокой релаксационной способностью. Наряду с этим возможно применение таких наплавочных материалов, которые под действием внешних приложенных напряжений могут изменять свою структуру и фазовый состав, обеспечивая эффективную релаксацию опасных концентраторов внутренних напряжений. Перспективными с этой точки зрения считаются наплавочные композиционные материалы с аустенитной матрицей, в том числе азотистой.

За последние полвека усилиями многих научных школ достигнуты большие успехи в области изучения сталей с равновесным и сверхравновесным содержанием азота. Наиболее систематическими исследованиями структуры, физико-механических свойств, коррозионной стойкости и износостойкости, а также металлургических аспектов их производства являются работы O.A. Банных, В.М. Блинова, Л.М. Капуткиной, А.Г. Свяжина, Л.Г. Коршунова. В настоящее время получило развитие направление, связанное с разработкой наплавочных материалов, легированных азотом, и способов их нанесения [1-3]. Азотистый аустенит имеет низкую энергию дефекта упаковки, нестабилен к деформационному мартенситному превращению, вследствие чего обладает высоким деформационным упрочнением. Безникелевые Fe-Cr-Mn-N азотистые материалы сравнительно дешевы и обладают высокой коррозионной стойкостью. Несмотря на перспективность разработки новых упрочняющих износостойких покрытий на основе азотистых твердых растворов, продемонстрированную как российскими, так и зарубежными исследователями, малоизученными являются вопросы, касающиеся исследования закономерностей формирования их структуры в условиях высокоэнергетических воздействий, в частности при ЭЛН.

Целью работы является изучение возможности повышения релаксационных характеристик высокопрочных и износостойких электронно-лучевых композиционных наплавок путем формирования структуры, фазового состава, свойств и напряженно-деформированного состояния покрытий с азотистой аустенитной и аустенитно-мартенситной основой.

Для достижения намеченной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

1. Выявить основные закономерности формирования структуры азотистых покрытий при электронно-лучевой наплавке в зависимости от химического и фазового состава многокомпонентных наплавочных смесей, а также способа их приготовления.

2. Провести исследование структурных особенностей композиционных азотистых покрытий при добавлении в наплавочный порошок азотированного феррованадия.

3. Исследовать особенности распределения упругих макроискажений в покрытии и зоне сплавления, формирующихся в результате электронно-лучевой наплавки азотистых покрытий.

4. Определить оптимальные параметры структуры и фазового состава композиционных азотистых покрытий для достижения их максимальной релаксационной способности и высокой абразивной износостойкости.

Научная новнзна. В работе впервые:

• Исследованы закономерности формирования многослойной структуры гетеро-фазных азотсодержащих покрытий в условиях термоциклирования, обусловленного многопроходной электронно-лучевой наплавкой;

• Изучены особенности распределения упругих макроискажений в наплавленных покрытиях и зонах сплавления с подложкой, связанных с действием остаточных напряжений;

• Разработаны и оптимизированы по составу новые композиционные износостойкие азотсодержащие покрытия, при электронно-лучевой наплавке которых в порошковую наплавочную смесь был введен азотированный феррованадий.

Практическая значимость. Создание композиционных покрытий с высокопрочной матрицей на основе азотистых твердых растворов, дисперсноупрочненной тугоплавкими частицами твердой фазы, расширяет область применения азотистых материалов от коррозионностойких до износостойких. При этом высокий уровень износостойкости разработанных материалов не снижает их стойкости против коррозии. Результаты исследования структуры и свойств покрытий с матрицей на основе азотистых твердых растворов могут быть использованы при разработке технологических процессов ремонта и восстановления деталей оборудования, применяющегося в дорожном строительстве, при производстве строительных материалов, в зернодробильных и мукомольных машинах, в добывающих песок и гравий драгах, для повышения ресурса работы почвообрабатывающего инструмента.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

1. Способ электронно-лучевой наплавки порошковых азотсодержащих смесей, приготовленных механическим смешиванием компонентов, обеспечивающий формирование градиентного по фазовому составу и релаксационной способности покрытия с высокими характеристиками прочности, износостойкости и коррозионной стойкости.

2. Заданные композиции порошков азотистых сталей, позволяющие при их электронно-лучевой наплавке получение гомогенной структуры пересыщенного азотом ау-стенита.

3. Введение в наплавочный порошок азотистой стали азотированного феррованадия, армирующего азотистый аустенит, снижающего его устойчивость к у—>а превращению и обусловливающего при абразивном изнашивании сильно неравновесных азотистых покрытий образование в зоне трения нанокристаллического мартенсита.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на IV, VI, VII, VID, IX Всероссийской школе-семинаре с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства» (Томск, 2004,

2006, 2007,2008, 2009); XI, ХШ, XIV, XV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ» (Томск, 2005, 2007, 2008, 2009); The Joint International Conference of HSLA Steels 2005 and ISUGS 2005 (China, Sanya, 2005); 6-ом Научно-практическом симпозиуме «Функциональные покрытия для повышения качества поверхностей изделий машиностроения» (Украина, Харьков, 2006); International Conference on High Nitrogen Steels 2006 (China, Beijing, Jiuzhaigou Valley, 2006); 2-й, 3-й Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» DFMN-2007, DFMN-2009 (Москва

2007, 2009); Международной научной школе-конференции «Фундаментальное и прикладное материаловедение» (Барнаул, 2007); Международной школе-семинаре «Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения» (Томск, 2008); 941 International Conference on Modification of Materials with Patríele Beams and Plasma Flows (Tomsk, 2008); IV Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций» (Екатеринбург, 2009); Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск, 2009), 4-ой Международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов» (Минск, Беларусь, 2009), 4-ой Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии» (Томск, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ, из них 5 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 164 наименования; всего 152 страницы, включая 75 рисунков и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, перечислены выносимые на защиту положения, отмечены научная новизна и практическая ценность проведенных исследований.

В первом разделе «Азот - легирующий элемент в сталях, диффузионных слоях л покрытиях» представлен обзор литературных данных по механизмам влияния азота на структуру и свойства сталей, получению и применению нитридных и азотистых покрытий.

Во втором разделе «Материалы и методики экспериментальных исследований» описаны исследуемые наплавочные материалы для получения методом ЭЛН покрытий на основе азотистых твердых растворов. Приведены составы компонентов наплавочных смесей. Описаны использованные в работе оборудование и методы изучения микроструктуры, фазового и химического составов и свойств наплавленных покрытий.

Третий раздел «Структура и свойства азотистых покрытий с аустенитной матрицей» посвящен сравнительному анализу структуры и свойств азотистых покрытий с аустенитной матрицей, полученных методом ЭЛН в вакууме, в зависимости от способа приготовления наплавочного порошка.

Наплавочный порошок 420Х20АГ20 был приготовлен механическим смешиванием измельченных в порошок высокохромистого белого чугуна, азотированного феррохрома, ферромарганца и порошка железа. Покрытие наплавляли на пластину из стали

Ст5 толщиной 3 мм за несколько проходов до получения слоя в 6 мм. Другое покрытие получали наплавкой порошка стали 60Х24АГ16.

Структура и фазовый состав покрытия, наплавленного порошком 420Х20АГ20, изменяются по толщине покрытия, рис. 1.

Рис. 1 - Структура покрытия, наплавленного порошком 420Х20АГ20: на поверхности - а; на глубине 0,5 мм - б; 2,4 мм - в; 3,0 мм - г; 5,4 мм - д; зона сплавления - е

Согласно данным Оже-спектроскопии, изменение фазового состава покрытия не связано с испарением легирующих элементов в процессе ЭЛН, а обусловлено их перераспределением между карбидными, нитридными частицами и твердым раствором. Это ведет к легированию матрицы углеродом и азотом с последовательным послойным изменением её структуры от поверхности покрытия к подложке: Ф—>Ф + М + А—> М + А —> А. Подобное последовательное изменение фазового состава в слоистой структуре покрытия с выделением на подложке сильно неравновесного азотистого аусте-нита получено впервые. Расчеты температурных полей, проведенные в работе, показали, что в слоях покрытия, наплавленных первыми проходами, создаются более благоприятные условия для диффузионных превращений, благодаря термоциклированию при ЭЛН и высокой скорости закалки первого наплавленного на подложку слоя. В результате циклического электронно-лучевого нагрева и закалки с теплоотводом в подложку аустенит приграничного слоя покрытия становится высокоазотистым и содержит 0,8 % масс, азота. Азот полностью растворяется в аустените и не образует нитридов. Зона сплавления покрытия с низкоуглеродистой сталью Ст5 характеризуется повышенными микротвердостью и упругими свойствами.

Испытания при трении о нежесткозакрепленный абразив (кварцевый песок) показали, что покрытия, наплавленные порошками 420Х20АГ20 и 60Х24АГ16, обладают абразивной износостойкостью с коэффициентом относительной износостойкости £=1,4 и 0,7 соответственно (эталон сталь 65Г, обработанная ТВЧ).

Исследование дорожек трения, рис. 2, после испытаний на абразивную износостойкость о нежесткозакрепленный абразив выявило особенность, заключающуюся в сочетании механизмов изнашивания микрорезанием с многоцикловым воздействием частиц абразива на изнашиваемую поверхность. Следы микрорезания наблюдаются в виде царапин. Результатом многоциклового воздействия является формирование областей пластически деформированного материала.

Рис. 2 - Структура дорожек трения после испытаний на абразивную износостойкость покрытий, наплавленных порошками 420Х20АГ20 - а, 60Х24АГ16 - б

На поверхности трения формируется упрочненный слой, в котором происходит накопление повреждений, его фрагментация и разрушение с образованием частиц износа. Упрочнение покрытия, полученного наплавкой порошка состава 07Х17АГ18 со структурой азотистого аустенита, проявилось в повышении микротвердости в процессе изнашивания от #V440 до HV 650 уже после 4,5 часов испытаний.

При определении рентгеноструктурным методом остаточных макродеформаций экстраполированием линейной зависимости s^flsin2 у/) до у/=9(Р и у/=(Р были получены значения макроискажений в направлениях действия напряжений a¡ и соответственно, рис. 3.

aS®,90' 0,004

0,000

-0,004

Рис. 3 - Направления действия остаточных макронапряжений о}, и - а и распределение макроискажений кристаллических решеток a-Fe(310) и y-Fe(222) в покрытии, наплавленном порошком 4/0Х20АГ20 на пластину из стали Ст5, в направлениях действия остаточных напряжений CTi - б и <з2 - в

Анализ напряженного состояния покрытия, наплавленного порошком 420Х20АГ20, показал, что в покрытии действуют напряжения сжатия в направлении, нормальном поверхности подложки (<7;), рис. 3 б, и напряжения растяжения в направлении, параллельном поверхности подложки (Ог), рис. 3 в. Градиент макродеформаций наблюдается в многофазной области, где сосуществуют структуры с разным типом кристаллических решеток и разными коэффициентами термического расширения.

Аналогичный градиент макродеформаций наблюдается в зоне сплавления, где кристаллическая решетка a-Fe - растянута, а y-Fe - сжата. Отмечается влияние на величину остаточных макронапряжений в зоне сплавления не только структуры, фазового состава и свойств покрытия, но и упругих свойств подложки.

В отличие от структуры покрытия, наплавленного порошком из механически смешанных компонентов, структуры покрытий, наплавленных порошками сталей 60Х24АГ16 и 07Х17АГ18, гомогенны по фазовому составу. Частицы Cr2N, присутствующие в наплавочных порошках сталей 07Х17АГ18 и 60Х24АГ16, рис. 4 а, при ЭЛН полностью растворяются. При охлаждении в покрытии, наплавленном порошком 07Х17АГ18, фиксируется аустенит, рис. 4 6, а в покрытии, наплавленном порошком 60Х24АГ16 — аустенит с карбидами (СгД7е)7Сз, рис. 4 в.

'.Ч'-f', Y

í

, ... „ r, ;?V25 MKM

а и покрытий после

Рис. 4 - Структуры наплавочного порошка стали 60Х24АГ16 ЭЛН порошка 07Х17АГ18 - б и порошка 60Х24АГ16 - в

Исследование зоны сплавления покрытия, наплавленного порошком 60Х24АГ16, с отожженной сталью 65Г, рис. 5 а, показало, что в ней проходит мартенситное превращение и, как следствие, повышение микротвёрдости и величины упругого восстановления. На дифрактограмме, снятой от зоны сплавления, мартенситная фаза проявляется в виде асимметричной формы рентгеновских максимумов, рис. 5 б.

Наличие сдвигонеустойчивой

;> ' а

a-Fe(220) б a-Fe(202)/^

122 124 126 2(3, град.

Рис. 5 - Структура зоны сплавления покрытия, наплавленного порошком 60Х24АГ16, и подложки из 65Г - а; фрагмент дифракто-граммы, снятой с границы покрытие-подложка - б

аустенитной фазы, переходящей под действием остаточных напряжений в мартенситную, является эффективным способом их релаксации.

Анализ напряженного состояния покрытия, рис. 6, наплавленного порошком 60Х24АГ16, показал, что в поверхностных слоях покрытия перпендикулярно поверхности подложки формируются напряжения сжатия, рис. 6 а, а в направлении, параллельном подложке, - напряжения растя-

жения, рис. 6 б. В зоне сплавления исследованного покрытия наблюдается градиенг упругих искажений растяжения и сжатия кристаллических решеток подложки и покрытия. Растягивающие деформации у-Ре можно считать неопасными, учитывая высокую деформационную способность азотистого аустенита (<5=35^-0%) и его нестабильность к образованию деформационного а-мартенсита. На формирование растягивающих деформаций аустенита в слоях покрытия, прилежащих к подложке, оказывают влияние упругие свойства материала подложки — стали 65Г.

-0.001

2 4

h, мм

Рис. 6 - Распределение упругих макроискажений решеток y-Fe и a-Fe в покрытии, наплавленном порошком 60Х24АП6 на подложку из стали 6эГ, в направлении действия напряжения Ст[ - а и Ог - б

Кроме того, сосуществующие фазы аустенит и мартенсит в зоне сплавления по-разному изменяют объемы кристаллических решеток: ГЦК решетка аустенита при охлаждении уменьшается, а фазовое превращение ГЦК решетки аустенита в ОЦК решетку мартенсита сопровождается увеличением объема.

В четвертом разделе «Структура и свойства азотистых дисперсноупрочнен-ных покрытий» обсуждаются результаты исследования структуры электронно-лучевых азотистых дисперсноупрочненных покрытий, полученных при добавлении в наплавочный порошок азотированного феррованадия. В качестве основы наплавочного материала использовали порошок стали 60Х24АГ16, в который добавляли 5,10, 20,25, 30 % масс, порошка азотированного феррованадия состава 40% V, 9% N. 3% С масс., остальное Бе.

Отмечается, что добавление в наплавочный порошок азотированного феррованадия позволило получить покрытия, в которых реализуются механизмы твердораствор-ного упрочнения, дисперсионного твердения и дисперсного упрочнения. Металлографическим и рентгеноструктурным анализами установлено, что введение в наплавочный порошок азотированного феррованадия привело к измельчению аустенитного зерна, рис. 7, а при добавлении 25 и 30% масс, было выявлено изменение фазового состава матрицы покрытия: вместо аустенитной она стала аустенитно-мартенситной. При наплавке порошковых смесей, содержащих азотированный феррованадий, использовался технологический режим с повышенной на 30 % плотностью мощности электронного пучка по сравнению с наплавкой порошка без соединений ванадия.

Рис.7 - Структура покрытий, наплавленных порошком 60Х24АГ16 - а и с добавлением в него 5% азотированного феррованадия -б; 10%-в; 25%-г; 30%-д

Это вызвано необходимостью повышения жидкотекучести материала наносимого покрытия, содержащего тугоплавкие частицы У(СД). Часть из них растворяется при ЭЛН и, являясь центрами кристаллизации, эффективно измельчает зерно. Другая часть в первичном виде внедряется в азотистую матрицу. Железо, входящее в состав азотированного феррованадия, растворяется в аустените, изменяя его химический состав, что проявляется в уменьшении параметра решетки азотистого аустенита. Также на уменьшение параметра решетки аустенита оказало влияние увеличение плотности мощности при наплавке, в результате чего усилилось испарение легирующих элементов.

Увеличение плотности мощности электронного пучка привело к формированию зоны сплавления, рис. 8, с глубоким проплавлением азотистого покрытия в подложку до 120 мкм с образованием кинжалообразных полос.

Эти полосы, а также вся зона сплавления, отлича-

.'>"\Л V.-- "л-у-)4 '

ются по цвету при травлении и имеют высокую микро- ? ; ; -Д>."у-твёрдость НУ 870. При наплавке покрытия порошком с « '. V

азотированным феррованадием формируется зона термического влияния с пониженным уровнем микротвердости. При этом ширина этой зоны в 2,5-3 раза больше по сравнению с покрытием из порошка 60Х24АГ16. Зона сплавления характеризуется максимальными упругими свойствами, причём в случае наплавки покрытия, со- Рис. 8 - Микроструктура держащего тугоплавкие частицы У(СД), повышение ве- зоны сплавления покры-

личины упругого восстановления составляет порядка тия' а г^1?

„„ " к рошком 60Х24АГ16 + 5 %

25 % по сравнению с покрытием из порошка стали азотированного феррова-60Х24АГ16. надия с отожженной ста-

Анализ распределения макроискажений кристалли- лью 65Г чееких решеток в системе подложка-покрытие свидетельствует о том, что в поверхностных слоях дисперсно-упрочненных покрытий аустенитная матрица в направлении сть перпендикулярном поверхности подложки, деформирована сжатием, рис .9 а, в, д. В зоне сплавления и примыкающей к ней области ГЦК решетка аустенита испытывает растяжение. В направлении <5, параллельном поверхности подложки, поверхностные слои покрытия с ГЦК решеткой аустенита деформированы растягивающими напряжениями, которые в зоне сплавления изменяют знак и становятся сжимающими, рис. 9 б, г, е. В зоне сплавления наблюдается градиент деформаций кристаллических решеток разных типов: ГЦК покрытия и ОЦК подложки.

Остаточные макродеформации в покрытиях, наплавленных порошковыми смесями, содержащими 5, 10, 20 % масс, азотированного феррованадия, рис. 9, меньше упругих деформаций кристаллической решетки аустенита покрытий, не содержащих азотированный феррованадий, рис. 6, примерно на 30 %. Введение в наплавочный порошок дополнительных центров кристаллизации в виде тугоплавких соединений не только эффективно измельчает зерно, но и влияет на величину остаточных макронапряжений. Механизм такого влияния заключается в том, что введение в наплавочный порошок компонента, не переходящего полностью в жидкость при наплавке и имеющего низкий коэффициент термического расширении, количественно уменьшает объем жидкой фазы, кристаллизующейся, охлаждающейся и изменяющей свои размеры асинхронно с подложкой. Градиент деформаций растяжения-сжатия кристаллических решеток разного типа в зоне сплавления с увеличением количества азотированного феррованадия увеличивается, рис. 9, что обусловлено формированием более широкой зоны сплавления (около 1 мм), в которой образовался мартенсит. Показано, что увеличение количества дисперсной фазы повысило твердость и коэффициент относительной износостойкости покрытий исследованных составов, рис. 10.

Отмечено, что наиболее интенсивно износостойкость повышается при добавлении азотированного феррованадия до 10 %, затем прирост коэффициента относительной износостойкости уменьшается. Первичные твердые частицы азотированного феррованадия и У^,!^, внедренные в азотистую матрицу наплавленного покрытия, препятствуют взаимодействию частиц кварцевого песка (абразива) с аустенитной матрицей. В случае взаимодействия абразива с метастабильным аустенитом в дорожке трения формируется мартенсит высокой дисперсности (< 90 нм), рис. 11.

р 0.002^ 9,90°

8

9,90

0,000

-6 -4 -2 0 2 4 Ъ, мм

о,оо1н

Ф,о°

0,000-0,001-0,002-

. а-Бе(220) " у-Ре(222)

подложка

-4 -2 0 2 4 И, мм

-•—а-Ре(220) "^у-Ре(222) н

в с 0,001 Ф,90°

0,000

-0,001-

-*-а-¥е(222)

-6 -4 -2 0 2 4 п, мм

-6 -4 -2 0 2 4 Ь, мм

р 0,002 Л

£=0 9,0

0,00 н

покрытие

Г е 0,001° п°

ф,0

покрытие

0,000

-0,001

-6 -4 -2 0 2 4 Ь, мм

-6 -4 -2 0 2 4 И, мм

Рис. 9 - Распределение макродеформаций решеток аустенита в покрытиях: наплавленном порошком 60Х24АГ16+5% азотированного феррованадия - а, б; 60Х24АГ16+10% азотированного феррованадия - в, г; 60Х24АГ16+20 % азотированного феррованадия - д, е и зоне сплавления их со сталью 65Г в направлении Ст]- а, в, д ив направлении о2 - б, г, е

„ „ 5 10 15 20 25 30 Содержание азотированного

феррованадия х, % масс.

0 5 10 15 20 25 30 Содержание азотированного феррованадия х, % масс.

Рис.10 - Микротвердость - а и коэффициент относительной износостойкости - б электронно-лучевых покрытий, содержащих разную массовую долю азотированного феррованадия

Снижение объёмной доли структурно неустойчивой фазы уменьшает фрикционное упрочнение, максимальные значения которого - 18 % - отмечены в покрытиях, содержащих 5-20 % масс, азотированного феррованадия.

Анализ структуры дорожек трения дисперсноупрочненных покрытий показал, что

основным механизмом износа является микрорезание. Следов деформации матрицы в покрытиях, содержащих более 10 % масс, азотированного феррованадия в наплавочном порошке, не наблюдается, рис. 12. Глубокие царапины свидетельствуют о том, что при потере связи с матрицей твердые частицы карбонитридов ванадия сами становятся частью абразива.

В пятом разделе «Структура и износостойкость электронно-лучевых азотистых покрытий с аусгенитно-мартенситной матрицей» представлены результаты исследования особенностей образования структуры и фазового состава электронно-лучевых азотистых покрытий с аусте-нитно-мартенситной матрицей. Изучено влияние соотношения фаз (аустенита и мартенсита) на свойства покрытий.

В качестве основы наплавочного порошка использовали сталь аустенитного класса 07Х17АГ18. Наплавку проводили на пластины из закаленной стали 65Г, длиной 120 мм, шириной 20 мм и толщиной 8 мм. Для получения покрытий с разной стабильностью аустекита по отношению к у-ж превращению и, следовательно, разного фазового состава в порошок азотистой стали добавляли порошок железа в количестве 23,25,27 и 30 % масс. Расчет фазового состава покрытий проводили согласно структурной диаграмме Пота-ка-Сагалевич для получения аусгенитно-мартенситных покрытий с долей мартенсита 70,80,90,100 %.

50 52 54 20, град.

Рис. 11 - Фрагменты дифрак-тограмм покрытия, наплавленного порошком состава 75 % 60Х24АГ16 + 25 % азотированного феррованадия, до испытаний на износ - а и после испытаний - б

-Г"-""*«-"'*-

• -.Г .

10 мкм

Рис. 12 - Структура дорожки трения после испытаний на абразивную износостойкость покрытий, наплавленных порошком 60Х24АГ16 + 20 % азотированного феррованадия

13

Наплавка покрытий порошковыми смесями с добавками железа потребовала увеличения плотности мощности электронного пучка примерно на 20 %, что связано с повышением вязкости расплава при добавлении железа, имеющего более высокую температуру плавления по сравнению с легированным порошком 07Х17АГ18 с температурой плавления порядка 1450°С. Показано, что с увеличением массовой доли порошка железа в наплавочной смеси повысилась доля мартенсита в структуре покрытий, рис. 13.

Следствием электронно-лучевого нагрева и быстрой кристаллизации является формирование градиентной структуры покрытия, состоящей из аустенитно-мартенситных зерен, находящихся в окружении прослоек из азотистого аусте-нита, рис. 13 б, в.

Определение твердости по Роквеллу, рис. 14 а, и микротвердости по Виккер-су, рис. 14 б-г, показало, что с увеличением содержания железа в наплавочном порошке и, следовательно, уменьшением стабильности азотистого аустенита к у—>сс превращению твердость наплавленных покрытий повышается. Отмечено, что при формировании многослойного покрытия происходит отпуск мартенсита в нижерасположенных слоях. Этим объясняется уменьшение твердости от поверхности в глубь покрытая, рис. 14 в, г.

Износостойкость экспериментальных покрытий достигает 92 % от износостойкости эталона - закаленной в масле стали 65Г 52-54 ЬЖС, рис. 15 а. Отмечается, что экспериментальная зависимость имеет вид кривой с максимумом, которому соответствуют покрытия, содержащие, наряду с порошком 07Х17АГ18 25 и 27 % порошка железа, и имеющие согласно структурной диаграмме и в соответствии с химическим анализом следующий фазовый состав: 30 % А+70 % М и 20 % А+80 % М соответственно. Важнейшая структурная особенность таких покрытий заключается в образовании прослоек из азотистого аустенита, окружающих аустенитно-мартенситные зерна и выполняющих роль демпфера при абразивном изнашивании за счёт мартенситного у—>а превращения. Сопротивление изнашиванию градиентных аустенитно-мартенситных покрытий выше, чем у гомогенных покрытий с аустенитно-мартенситной структурой, максимальной долей мартенсита и повышенной исходной твёрдостью.

Анализ распределения макронапряжений показал, что в поверхностных слоях наплавленною двухфазного аустенигао-мартенсигаого покрытия в направлении, перпендикулярном подложке - О/, формируются напряжения сжатия, рис. 16 а По мере приближения к зоне сплавления упругое сжатие аустенигной составляющей структуры сменяется растяжением, в то время как направление остаточных напряжений в решетке мартенсита не изменяется. ОЦК решетка мартенсита остается деформированной сжатием во всех исследованных точках образца

Рис. 13 - Структуры покрытий, наплавленных порошковыми смесями состава 77 % 07Х17АГ18 + 23 % Бе -а; 75 % 07Х17АГ18 + 25 % Бе - б; 73 % 07Х17АГ18 + 27 % Бе - в; 70 % 07Х17АГ18 + 30 % Бе - г

ЖС

И

■М

НУ 600

500

400

300

200

100

подложка .шЩ

■'Л

Л.

50- ; ; ; 45- ' . 40 ..у;„н,г, » 35" - . • 30 25' 201 7.............'

0 5 10 15 20 25 30 Содержание Ре в наплавочном порошке х, % масс.

НУ

600

500 400 300

-р./.

■ ■ ■

4

покрытие

-3 -2-10 1

НУ

600

500 400 300 200 100

подложка

2 ь3 п, мм

!оВ

\М

покрытие

0

100

НУ 600

500

400

300

200

100

подложка

200 ■

1-й

покрытие

-3 -2-10 1

2 3 Ь. мм

подложка

.А

Г

покрытие

Ь, мм

-2-10 1

2 3 Ь, мм

Рис. 14 - Распределение твердости - а и микротвердости азотистых покрытий состава 07Х17АГ18 + Ре с разным содержанием порошка Бе в наплавочной смеси: 77 % 07Х17АГ18 +23 % Бе - б; 75 % 07Х17АГ18 + 25 % Бе - в; 73 % 07Х17АГ18 + 27 % Бе -г; 70 % 07Х17АГ18 + 30 % Ре - д

е0,95 0,90 0,85

Щ

0,75 0,70

П5

0 5 10 15 20 25 30

ДНУ 200

150

100

■I

50 0

0 5 10 15 20 25 30

Содержание Ре в наплавочном порошке Содержание Ре в наплавочном порошке х, % масс. " * х, % масс.

Рис. 15 - Зависимость коэффициента относительной износостойкости е - а и изменение микротвердости покрытия после абразивного изнашивания ЛНУ-б от содержания порошка железа в наплавочной смеси 07Х17АГ18 + Ре

8 0,002 Ф>900,001 0,000 -0,001 -0,002 -0,003 -0,004

g 0,004 ф,00,003 0,002 0,001 0,000 -0,001 -0,002

-cc-Fe(220) >Fe(222)

/

подложка

2 4 h, мм

-4-2 0

2 4 h, мм

Рис. 16 - Распределение упругих макродеформаций решеток y-Fe и a-Fe в покрытии, наплавленном порошком 75 % 07Х17АГ18 + 25 % Fe, зоне сплавления и подложке из стали 65Г в направлении действия напряжения a¡ — айв направлении действия напряжения Ü2 - б

Растяжение кристаллической решетки мартенсита, рис. 16 6, в направлении (параллельном поверхности подложки) свидетельствует о возможности развития трещин от поверхности в глубь покрытия с проникновением в подложку. В покрытии и зоне сплавления исследованного покрытия наблюдается градиент упругих искажений кристаллических решеток подложки и покрытия.

Проведен анализ структуры и свойств аустенитно-мартенситных азотистых покрытий, дисперсноупрочненных введением в наплавочный порошок азотированного феррованадия. В смесь порошков азотистой стали 07Х17АГ18 и железа, обеспечивающую получение покрытия с максимальной абразивной износостойкостью £=0,925 добавили 10 % масс, азотированного феррованадия. Наплавленное покрытие неоднородно по структуре и фазовому составу. Структура покрытия состоит из зерен мелкоигольчатого мартенсита с межзеренными прослойками, содержащими эвтектику Fe + VCN, рис. 17.

I- «и • /

M« Ь^ШШшв ■l*;¡. ¿ ÜillS

н SSfei iMi'" ■— ИИН/iM Ш.......

Рис. 17 - Структура покрытия, наплавленного порошком состава 67,5 % 07Х17АГ18 + 22,5 % Ре + 10 % азотированного феррованадия: изображение в светлом поле - а; изображение во вторичных электронах - б

Дифференциальное определение микротвердости показало, что эвтектика имеет микротвердость несколько ниже, по сравнению с аустенитно-мартенситными зернами: 650 и 740 кг/мм2 соответственно. Коэффициент относительной износостойкости £=0,8 оказался ниже, чем при испытаниях покрытия с тем же фазовым составом матрицы, но без азотированного феррованадия.

Во избежание расслоения структуры с образованием эвтектики, порошок для получения азотистой аустенитно-мартенситной матрицы должен быть гомогенизирован так, чтобы каждая из порошинок имела одинаковый химический и фазовый составы. Для получения однородного по структуре аустенитно-мартенситного покрытия, дис-персноупрочненного азотированным феррованадием, наплавочный порошок состава

67,5 % 07Х17АГ18 + 22,5 %¥е+ 10 % азотированного феррованадия был разделен на две смеси. Первая смесь: 22,5 г 07Х17АГ18 + 22,5 г Бе при наплавке формирует аусте-нитно-мартенситную структуру покрытия. Наплавкой второй смеси, состоящей из 45 г 07Х17АГ18 + 10 г азотированного феррованадия, корректируется фазовый состав матрицы в сторону увеличения аустенитной составляющей и вводятся дисперсные частицы карбонитридов ванадия.

Отмечается, что раздельной наплавкой порошковых смесей удалось избежать избирательного взаимодействия компонентов наплавочной смеси. Структура покрытия, смоделированная такой наплавкой, существенно отличается от представленной на рис. 17 и характеризуется равномерным распределением частиц У(С,1Ч) в аустенитно-мартенситной азотистой матрице, рис. 18.

Эвтектические межзеренные прослойки, оказавшие отрицательное воздействие на износостойкость покрытия, отсутствуют. Твердость покрытия с оптимизированной структурой равна 52-53 НЯС, коэффициент абразивной износостойкости 8= 1,6.

Рис. 18 - Структура покрытия, наплавленного порошком 67,5 % 07Х17АГ18 + 22,5 % Бе + 10 % азотированного феррованадия, разделенным на две наплавочные смеси; изображение в светлом поле - а

Подобное сочетание мелкозернистой структуры, высоких значений твердости и абразивной износостойкости азотистых электронно-лучевых покрытий является наиболее оптимальным в решении проблемы управления структурой и свойствами упрочняющих покрытий.

Основные результаты и выводы

В соответствии с целью, поставленной в диссертационной работе, выявлены закономерности формирования градиентной структуры азотсодержащих покрытий при многослойной электронно-лучевой наплавке одно- и многокомпонентных наплавочных порошковых смесей, исследованы химический и фазовый составы полученных многослойных покрытий. С применением метода рентгеноструктурного анализа изучены и обобщены полученные данные о распределении остаточных макродеформаций в покрытиях и зонах их сплавления с подложкой. Исследовано поведение поверхностных слоев азотистых покрытий в условиях абразивного изнашивания.

Исходя из полученных результатов, можно сделать следующие выводы:

1. Электронно-лучевая наплавка азотистых порошковых наплавочных смесей, приготовленных механическим смешиванием определенных композиций компонентов, позволяет сформировать градиентную структуру покрытия, фазовый состав матрицы которой изменяется по толщине по схеме: Ф—»Ф + М + А—>М + А—>А. Легирование азотом матричной фазы происходит при термоциклировании, обусловленном многопроходностью процесса наплавки, и связано с растворением нитридных фаз в твердом растворе с образованием при охлаждении пересыщенного азотом аустенита. Эффект максимального пересыщения азотом сдвигонеустойчивой аустенитной матрицы достигается в первом наплавочном слое, прилегающем к подложке.

2. Введение в наплавочный порошок азотированного феррованадия позволяет сформировать структуру покрытия, состоящую из сильно неравновесного аустенита, дисперсноупрочненного мультиразмерными частицами V(C,N). При взаимодействии абразива с покрытием в поверхностных слоях реализуется превращение метастабиль-ного аустенита в наноразмерный мартенсит.

3. Оптимальным является введение в наплавочный порошок 10 % масс, азотированного феррованадия. Увеличение массовой доли азотированного феррованадия в азотистом наплавочном материале более 10 % нецелесообразно ввиду усложнения технологии получения качественных беспористых покрытий и незначительного прироста абразивной износостойкости.

4. При введении в наплавочный порошок 07Х17АГ18 порошка железа до 25 % масс, формируется градиентная структура покрытий, состоящая из аустенитно-мартенситных зерен, окруженных прослойками легированного аустенита. Наличие демпфирующих прослоек по границам зерен дает увеличение абразивной износостойкости аустенитно-мартенситных азотистых покрытий, превышающее в 1,3 раза износостойкость гомогенных аустенитных покрытий.

5. В поверхностных слоях наплавленных покрытий с аустенитной матрицей формируются напряжения сжатия, направленные от поверхности перпендикулярно подложке. В зоне сплавления в азотистом покрытии действуют остаточные нормальные напряжения растяжения, под действием которых в условиях абразивного изнашивания в метастабильном аустените стимулируется образование мартенсита деформации. Разрушение покрытий с поверхности или его отслаивание маловероятно. Образование внутренних трещин возможно в мартенситной фазе зоны сплавления с распространением в покрытие в направлении, перпендикулярном подложке. В покрытиях с аусте-нитно-мартенситной матрицей максимальные растягивающие напряжения концентрируются в мартенсите поверхностных слоев покрытий, и разрушение может развиваться от поверхности в глубь покрытия.

6. Максимальной абразивной износостойкостью, на 60 % превышающую износостойкость закаленной ТВЧ стали 65Г, обладают покрытия с аустенитно-мартенситной структурой, дисперсноупрочненные азотированным феррованадием, полученные наплавкой порошка 67 % 07Х17АГ18 + 22,5 % Fe + 10 % азотированного феррованадия.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Наркевич H.A., Иванова Е.А., Кибиткин В.В., Миронов Ю.П., Дампилон Б.В. Особенности струкгурообразования многослойного азотсодержащего покрытия, полученного электронно-лучевой наплавкой на тонкостенные изделия // Изв. вуз. Черная металлургия. 2006, №4, С.30-33.

2. Наркевич H.A., Иванова Е.А., Миронов Ю.П. Структура и свойства зоны сплавления, формирующейся при электронно-лучевой наплавке покрытия из хромомарганце-вого чугуна, легированного азотом, на малоуглеродистую сталь // МиТОМ, 2007. №2. С. 19-22.

3. Иванова Е.А., Наркевич H.A., Миронов Ю.П., Белюк С.И. Использование хромомар-ганцевого чугуна, легированного азотом, для получения износостойких покрытий методом электронно-лучевой наплавки // Физическая мезомеханика, 2006. Т.9. Специальный выпуск. С.161-164.

4. Наркевич. H.A., Панин В.Е., Иванова Е.А. Влияние модифицирования наплавочного порошка тугоплавкими частицами V(CN) на величину и характер распределения упругих макродеформаций в электронно-лучевых азотистых покрытиях // Фундаментальные проблемы современного материаловедения, 2007. Т.4. № 2. С.56-59.

5. Наркевйч Н.А., Иванова Е.А. Структура и абразивная износостойкость электроннолучевых углеродоазотистых покрытий// МиТОМ, 2008. №6. С.37-41.

6. Иванова Е.А., Наркевйч Н.А. Структура и износостойкость азотистых электроннолучевых покрытий, дисперсноупрочненных азотированным феррованадием // Изв. вуз. Черная металлургия. 2008. №10. С.41-44.

7. Narkevich N.A., Galchenko N.K., Ivanova Е.А., Mironov Yu.P., Belyuk S.I. Hardening of Low-Carbon Steel by Electron-Beam Surfacing of Nitrogen and Carbon Coatings with the Austenitic Matrix //The Joint International Conference of HSLA Steels 2005 and ISUGS PROCEEDING. The Metallurgical Indastry Press. Sanya, China, 2005, p.571-575.

8. Наркевйч H.A., Иванова Е.А. Самарцев В.П. Структура и свойства покрытия из хро-момарганцевого чугуна, легированного азотом, формирующегося при электроннолучевой наплавке на малоуглеродистую сталь// Функциональные покрытия для повышения качества поверхностей изделий машиностроения. Материалы 6-го научно-практического симпозиума, Украина, Харьков 24-28 апреля, 2006. С.39-43.

9. Narkevich N.A., Ivanova Е.А., Panin V.E. Nitrogen-Doped Chromium-Manganese Cast Iron Used to Obtain Wear-Resistant Coatings by Electron Beam Deposition/ International Conference on High Nitrogen Steels 2006 PROCEEDING. Beijing. Jiuzhaigou Valley, China, 2006, p.462-468.

10. Наркевйч H.A., Иванова Е.А. Формирование маркоискажений кристаллической решетки в электронно-лучевых азотистых покрытиях в зависимости от их состава и упругих свойств подложки // Сборник статей по материалам Второй международной конференции DFMN-2007, Москва. 2007. ИМЕТ им. А.А.Байкова РАН. - С.387-388.

11. Наркевйч Н.А., Иванова Е.А. Сравнительный анализ абразивной износостойкости и механизмы изнашивания композиционных покрытий с матрицей, легированной азотом // Сборник материалов 3-ей Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» DFMN-09, Москва, 12-15 октября 2009.-М: Интерконтакт наука, 2009.-С.520-522.

12. Наркевйч Н.А., Иванова Е.А. Структура и остаточные деформации в износостойких электронно-лучевых покрытиях на основе азотистых твердых растворов // Сборник материалов IV Международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов», Минск, 19-21 октября 2009., В 3 кн. Кн.2. - Минск: ФТИ НАН Беларуси, 2009. - С. 177-183.

Список цитируемой литературы:

1. Zhao L., Maurer М., Lugscheider Е. Thermal spraying of a nitrogen alloyed austenitic steel. Thin Solid Films. - 2003. - №2. -P.213-218.

2. Кальянов B.H. Наплавка азотистыми сплавами // Автоматическая сварка, 2002. -№10.-С.50-51.

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

Печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ №100.

Тираж отпечатан в типографии ИОА им. В. Е. Зуева СО РАН 634021, г. Томск, пл. Академика Зуева, 1. Тел. ( 382- 2) 49- 10- 93

ВВЕДЕНИЕ.

1. АЗОТ - ЛЕГИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ В СТАЛЯХ, ДИФФУЗИОННЫХ СЛОЯХ И ПОКРЫТИЯХ.

1.1. Влияние азота на структуру и свойства сталей.

1.2. Структура и износостойкость азотсодержащих сталей.

1.3. Повышение износостойкости сталей методами химико-термической обработки и нанесением азотсодержащих покрытий.

1.3.1. Методы диффузионного насыщения азотом.

1.3.2. Методы поверхностного упрочнения напылением.

1.3.3. Методы поверхностного упрочнения наплавкой.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Материалы и методики экспериментальных исследований.

3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА АЗОТИСТЫХ ПОКРЫТИЙ

С АУСТЕНИТНОЙ МАТРИЦЕЙ.

3.1. Влияние способа приготовления наплавочного порошка на структуру азотистых покрытий, сформированных электронно-лучевой наплавкой . 48 3.1.1. Структура, фазовый состав и свойства покрытия, наплавленного порошком 420Х20АГ20 из механически смешанных компонентов.

3.1.1.1. Структура и фазовый состав покрытия, наплавленного порошком 420Х20АГ20.

3.1.1.2. Структура и свойства зоны сплавления покрытия, наплавленного порошком 420Х20АГ20 с подложкой из стали Ст

3.1.1.3. Свойства покрытия, наплавленного порошком 420Х20АГ20 из механически смешанных компонентов.

3.1.1.4. Тепловые процессы при электронно-лучевой наплавке азотистых покрытий.

3.1.2. Структура и свойства покрытий, наплавленных порошками сталей 60Х24АГ16 и 07Х17АГ18.

3.2. Выводы по разделу 3.

4. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ДИСПЕРСНОУПРОЧНЕННЫХ АЗОТИРОВАННЫМ ФЕРРОВАНАДИЕМ АЗОТИСТЫХ ПОКРЫТИЙ.

4.1. Структура дисперсноупрочненных азотированным феррованадием азотистых покрытий.

4.2. Свойства дисперсноупрочненных азотированным феррованадием азотистых покрытий.

4.3. Выводы по разделу 4.

5. СТРУКТУРА И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ АЗОТИСТЫХ ПОКРЫТИЙ С АУСТЕНИТНО-МАРТЕНСИТНОЙ МАТРИЦЕЙ.

5.1. Структура и фазовый состав компонентов наплавочных смесей.

5.2. Структура и фазовый состав аустенитно-мартенситных азотистых покрытий.

5.3. Свойства аустенитно-мартенситных азотистых покрытий.

5.4. Структура и свойства аустенитно-мартенситных азотистых покрытий, полученных с добавлением в наплавочный порошок азотированного феррованадия.

5.5. Выводы по разделу 5.

Объект исследования и актуальность темы. Повышение ресурса работы деталей машин и оборудования невозможно без применения новых прогрессивных ресурсосберегающих технологий и материалов. Исследования в этом направлении многочисленны, и полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что наиболее эффективным является поверхностное упрочнение сталей. Многие рабочие параметры изделия в основном определяются состоянием поверхностного слоя материала, из которого оно изготовлено. Поэтому использование дефицитных и дорогих конструкционных материалов во всем объеме нецелесообразно. Экономически оправдывает себя применение технологических способов, позволяющих не только упрочнять, но и восстанавливать изношенные поверхности.

Одним из методов упрочнения и повышения износостойкости конструкционных сталей является нанесение покрытий, позволяющее сочетать высокие прочностные характеристики основы с повышенными значениями коррозионно- и износостойкости поверхности.

Разработаны и широко используются различные методы формирования покрытий. Свойства диффузионных покрытий, получаемых методами химико-термической обработки, в значительной степени зависят от состава упрочняемого материала. Переход между диффузионным слоем и материалом основы характеризуется плавным снижением концентрации продиффундировавших элементов. Упрочнение поверхности при формировании диффузионных слоев не сопровождается изменением размеров изделия и поэтому в ремонтно-восстановительных работах применяться не может.

Покрытия, наносимые напылением, всегда связаны с изменением размеров детали. На границе раздела покрытие-подложка состав изменяется скачкообразно, причем диффузионные зоны практически отсутствуют. Практика напыления покрытий показывает, что, отличаясь высокой плотностью и твердостью, они обладают сравнительно низкой адгезионной и когезионной прочностью, снижающейся с увеличением толщины наносимого слоя. В связи с этим нередко покрытия разрушаются или отслаиваются в процессе напыления, после напыления, а также в период эксплуатации изделий.

Нанесение покрытий наплавкой отличается тем, что позволяет не только упрочнять поверхностный слой, обеспечивая требуемые свойства, но и локально восстанавливать изношенные фрагменты детали и, тем самым, существенно увеличивать ее ресурс. При наплавке образуется зона сплавления, представляющая собой прослойку материла определенной толщины промежуточного состава. Обладая высокой адгезионной прочностью, такие покрытия часто растрескиваются. Основной причиной разрушения наплавляемых покрытий является наличие в них критических остаточных напряжений, причинами возникновения которых являются различие в коэффициентах термического расширения подложки и покрытия, фазовые превращения в покрытии и зоне сплавления, неоднородность распределения температуры в системе подложка-покрытие и т.д.

Остаточные напряжения могут приводить не только к разрушению покрытий, изменять форму и размеры детали, но и способствуют ускорению усталостного разрушения и коррозионных процессов. Одним из способов снижения остаточных напряжений является применение технологии нанесения покрытий электронно-лучевой наплавкой, позволяющей формировать на поверхности подложки градиентное покрытие, обладающее высокой релаксационной способностью. Наряду с этим возможно применение таких наплавочных материалов, которые не только обеспечивают упрочняющейся поверхности требуемый комплекс свойств, но и под действием внешних приложенных напряжений могут изменять свою структуру и фазовый состав, обеспечивая эффективную релаксацию опасных концентраторов внутренних напряжений.

Перспективными с этой точки зрения считаются наплавочные композиционные материалы с аустенитной основой. Однако получившие наибольшее распространение наплавочные материалы на никелевой основе типа ПР-НХ15-25С1-5Р1-4 (аналог ПГ-СР), высокомарганцевой типа Нп-Г12А или хромомарганцевой - Нп-30Х10Г10Т, рекомендованные для эксплуатации в условиях абразивного и ударно-абразивного износа, не в полной мере отвечают вышеперечисленным требованиям. Покрытия, наплавленные самофлюсующимися сплавами ПР-НХ15-25С1-5Р1-4 (аналог ПГ-СР 2,3,4), имеют высокую твердость благодаря повышенному содержанию в них твердых карбидов, боридов и карбоборидов хрома и карбидов бора и могут работать лишь при отсутствии сильных ударных нагрузок. Никелевая матрица в процессе изнашивания практически не участвует, и ее фазовый состав в процессе нанесения покрытия, а также при абразивном изнашивании, остается стабильным. Известная сталь Гадфильда, а также износостойкие наплавочные высокомарганцевые материалы, обладают сравнительно невысокой способностью стабильного высокомарганцевого аустенита к деформационному упрочнению, поскольку не претерпевают в процессе абразивного изнашивания деформационного мартенситного превращения. В связи с этим они обладают относительно невысокой эксплуатационной стойкостью.

В последнее время получило развитие перспективное направление, связанное с разработкой способов нанесения покрытий, а также наплавочных материалов, легированных азотом. Азотистый аустенит имеет низкую энергию дефекта упаковки, нестабилен к деформационному мартенситному превращению, вследствие чего обладает высоким деформационным упрочнением. Кроме того, не содержащие никель Fe-Cr-Mn—N азотистые материалы сравнительно дешевы и обладают высокой коррозионной стойкостью. Несмотря на перспективность разработки новых упрочняющих износостойких покрытий на основе азотистых твердых растворов, продемонстрированную как российскими исследователями, так и за рубежом, малоизученными являются вопросы, касающиеся исследования закономерностей формирования их структуры в условиях высокоэнергетических воздействий, в частности при электронно-лучевой наплавке.

В связи с вышеизложенным целью настоящей работы является изучение возможности повышения релаксационных характеристик высокопрочных и износостойких электронно-лучевых композиционных наплавок путем формирования структуры, фазового состава, свойств и напряженно-деформированного состояния покрытий с азотистой аустенитной и аустенитно-мартенситной основой.

Для достижения намеченной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

1. Выявить основные закономерности формирования структуры азотистых покрытий при электронно-лучевой наплавке в зависимости от химического и фазового состава многокомпонентных наплавочных смесей, а также способа их приготовления.

2. Провести исследование структурных особенностей композиционных азотистых покрытий при добавлении в наплавочный порошок азотированного феррованадия.

3. Исследовать особенности распределения упругих макроискажений в покрытии и зоне сплавления, формирующихся в результате электроннолучевой наплавки азотистых покрытий.

4. Определить оптимальные параметры структуры и фазового состава композиционных азотистых покрытий для достижения их максимальной релаксационной способности и высокой абразивной износостойкости.

Научная новизна. В работе впервые: • Исследованы закономерности формирования многослойной структуры гетерофазных азотсодержащих покрытий в условиях термоциклирования, обусловленного многопроходной электронно-лучевой наплавкой;

• Изучены особенности распределения упругих макроискажений в наплавленных покрытиях и зонах сплавления с подложкой, связанных с действием остаточных напряжений;

• Разработаны и оптимизированы по составу новые композиционные износостойкие азотсодержащие покрытия, при электронно-лучевой наплавке которых в порошковую наплавочную смесь был введен азотированный феррованадий.

Практическая значимость. Возможность создания композиционных покрытий с высокопрочной матрицей на основе азотистых твердых растворов, дисперсноупрочненной тугоплавкими частицами твердой фазы, расширяет область применения азотистых материалов от коррозионностойких до износостойких. При этом высокий уровень износостойкости разработанных материалов не снижает их стойкости против коррозии. Применение технологии электрон но-лучевой наплавки для упрочнения и восстановления деталей из конструкционных сталей, работающих в условиях абразивного и, особенно в условиях ударно-абразивного изнашивания, позволит существенно повысить ресурс их работы. Результаты исследования структуры и свойств покрытий с матрицей на основе азотистых твердых растворов могут быть использованы при разработке технологических процессов ремонта и восстановления деталей оборудования, применяющегося в дорожном строительстве, при производстве строительных материалов, в зернодробильных и мукомольных машинах, в добывающих песок и гравий драгах, для повышения ресурса работы почвообрабатывающего инструмента.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту: 1. Способ электронно-лучевой наплавки порошковых азотсодержащих смесей, приготовленных механическим смешиванием компонентов, обеспечивающий формирование градиентного по фазовому составу и релаксационной способности покрытия с высокими характеристиками прочности, износостойкости и коррозионной стойкости.

2. Заданные композиции порошков азотистых сталей, позволяющие при их электронно-лучевой наплавке получение гомогенной структуры пересыщенного азотом аустенита.

3. Введение в наплавочный порошок азотистой стали азотированного феррованадия, армирующего азотистый аустенит, снижающего его устойчивость к у—>cl превращению и обусловливающего при абразивном изнашивании сильно неравновесных азотистых покрытий образование в зоне трения нанокристаллического мартенсита.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на IV, VI, VH, VIII, IX Всероссийской школе-семинаре с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства» (Томск, 2004, 2006, 2007, 2008, 2009); XI, XIII, XIV, XV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ» (Томск, 2005, 2007, 2008, 2009); The Joint International Conference ofHSLA Steels 2005 andlSUGS 2005 (China, Sanya, 2005); 6-ом Научно-практическом симпозиуме «Функциональные покрытия для повышения качества поверхностей изделий машиностроения» (Украина, Харьков, 2006); International Conference on High Nitrogen Steels 2006 (China, Beijing, Jiuzhaigou Valley, 2006); 2-й, 3-й Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» DFMN-2007, DFMN-2009 (Москва 2007, 2009); Международной научной школе-конференции «Фундаментальное и прикладное материаловедение» (Барнаул, 2007); Международной школе-семинаре «Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения» (Томск,

2008); 9th International Conference on Modification if Materials with Patricle Beams and Plasma Flows (Tomsk, 2008); IV Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций» (Екатеринбург,

2009); Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск,

2009); 4-ой Международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов» (Минск, Беларусь, 2009), 4-ой Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии» (Томск, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ, из них 5 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 164 наименования; всего 152 страницы, включая 75 рисунков, 7 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В соответствии с целью, поставленной в диссертационной работе, выявлены закономерности формирования градиентной структуры азотсодержащих покрытий при многослойной электронно-лучевой наплавке одно- и многокомпонентных наплавочных порошковых смесей, исследованы химический и фазовый составы полученных многослойных покрытий. С применением метода рентгеноструктурного анализа изучены и обобщены полученные данные о распределении остаточных макродеформаций в покрытиях и зонах их сплавления с подложкой. Исследовано поведение поверхностных слоев азотистых покрытий в условиях абразивного изнашивания.

Исходя из полученных результатов, можно сделать следующие выводы:

1. Электронно-лучевая наплавка азотистых порошковых наплавочных смесей, приготовленных механическим смешиванием определенных композиций компонентов, позволяет сформировать градиентную структуру покрытия, фазовый состав матрицы которой изменяется по толщине по схеме: ф—»Ф+М+А—>-М+А—>А. Легирование азотом матричной фазы происходит при термоциклировании, обусловленном многопроходностью процесса наплавки, и связано с растворением нитридных фаз в твердом растворе с образованием при охлаждении пересыщенного азотом аустенита. Эффект максимального пересыщения азотом сдвигонеустойчивой аустенитной матрицы достигается в первом наплавочном слое, прилегающем к подложке.

2. Введение в наплавочный порошок азотированного феррованадия позволяет сформировать структуру покрытия, состоящую из сильно неравновесного аустенита, дисперсноупрочненного мультиразмерными частицами V(C,N). При взаимодействии абразива с покрытием в поверхностных слоях реализуется превращение метастабильного аустенита в наноразмерный мартенсит.

3. Оптимальным является введение в наплавочный порошок 10% масс, азотированного феррованадия. Увеличение массовой доли азотированного феррованадия в азотистом наплавочном материале выше 10% нецелесообразно ввиду усложнения технологии получения качественных беспористых покрытий и незначительного прироста абразивной износостойкости.

4. При введении в наплавочный порошок 07Х17АГ18 порошка железа до 25% масс, формируется градиентная структура покрытий, состоящая из аустенитно-мартенситных зерен, окруженных прослойками легированного аустенита. Наличие демпфирующих прослоек по границам зерен дает увеличение абразивной износостойкости аустенитно-мартенситных азотистых покрытий, превышающее в 1,3 раза износостойкость гомогенных аустенитных покрытий.

5. В поверхностных слоях наплавленных покрытий с аустенитной матрицей формируются напряжения сжатия, направленные от поверхности перпендикулярно подложке. В зоне сплавления в азотистом покрытии действуют остаточные нормальные напряжения растяжения, под действием которых в условиях абразивного изнашивания в метастабильном аустените стимулируется образование мартенсита деформации. Разрушение покрытий с поверхности или его отслаивание маловероятно. Образование внутренних трещин возможно в мартенситной фазе зоны сплавления с распространением в покрытие в направлении, перпендикулярном подложке. В покрытиях с аустенитно-мартенситной матрицей максимальные растягивающие напряжения концентрируются в мартенсите поверхностных слоев покрытий, и разрушение может развиваться от поверхности вглубь покрытия.

6. Максимальной абразивной износостойкостью, на 60% превышающую износостойкость закаленной ТВЧ стали 65Г, обладают покрытия с аустенитно-мартенситной структурой, дисперсноупрочненные азотированным феррованадием, полученные наплавкой порошка 67 % 07Х17АГ18 + 22,5 % Fe + 10% азотированного феррованадия.

1. Базалеева К.О. Механизмы влияния азота на структуру и свойства сталей // МиТОМ, 2005. № 10. - С. 17-24.

2. Зуев Л.Б., Дубовик Н.А., Пак В.Е. О природе упрочнения высокоазотистых сталей на основе железохромомарганцевого аустенита // Изв. вуз. Черная металлургия, 1997. № 10. - С. 61-64.

3. Коршунов Л.Г., Гойхенберг Ю.Н. и др. Износостойкость и структура поверхностного слоя азотсодержащих нержавеющих аустенитных сталей при трении и абразивном воздействии // ФММ, 1997. Т. 84. - № 5. - С. 137-149.

4. Торхов Г.Ф. и др. Структура и свойства высокоазотистых коррозионностойких аустенитных сталей // МиТОМ, 1978. № 11. - С. 8-11.

5. Афанасьев Н.Д. Структурные изменения при холодной пластической деформации азотсодержащих аустенитных сталей // ФММ, 1990. № 8. - С. 121-127.

6. Lenel U.R., Knoff В.Р. Srructure and Properties of Corrosion and Wear Resistant Cr—Mn-N-Steels // Metal. Trans., 1987. V. 18. - № 5. - P. 847-855.

7. Гойхенберг Ю.Н. и др. Исследование коррозионного растрескивания, структуры и свойств упрочненных Cr-Mn-аустенитных сталей с азотом // ФММ, 1988.-Т. 65,-вып. 6.-С. 1131-1137.

8. Fujukura М., Takada К., Ishida К. Influence of Nitrogen and Manganese on Mechanikal Properties of Fe-18%Cr-10%Ni Stainless Steel // Trans. Iron Steel Inst. Jap., 1975.-V. 15. -№ 9. P. 464-469.

9. Byrnes M.L.G., Grujicic M., Owen W.S. Nitrogen Strengthening of a Stable Austenitic Stainless // Acta Metall., 1987. V. 35. - № 7. - P. 1853-1862.

10. Gavriljuk V.G. et al. Effect of Nitrogen on the temperature Dependence of the Yield Strength of Austenitic Steels // Acta Mater., 1998. V. 46. - № 4. - P. 11571163.

11. П.Блинов В.М. и др. Фазовые и структурные превращения в высокоазотистых аустенитных сплавах Fe-18%Cr // МиТОМ, 1998. № 9. - С. 13-15.

12. Шпицын С.Я. и др. Структура 18%-ной хромистой стали со сверхравновесным содержанием азота // Проблемы специальной металлургии, 1996.-№4.-С. 55-60.

13. Elliot N. X-ray Scattering Factor of Nitrogen in Fe4N // Phys. Rev., 1963. -V.129.-P. 1120-1121.

14. Ефименко С.П. и др. Азотсодержащие мартенситно-стареющие стали на основе 15%Сг— 5% Ni-2%Cu — перспективный конструкционный материал // перспективные материалы, 1997. № 1. - С. 66-69.

15. Sugita Yutaka et al. Magnetic and Mossbauer Studies of Single-Crystal FeI6N2 and Fe-N Martensite Films Epitaxially Grown by Molecular Beam Epitaxy // J. Appl. Phys., 1994.-V. 76. -№ lO.-Pt. 2.-P. 6637-6641.

16. Гойхенберг Ю.Н., Журавлев JI.Г., Смирнов М.А. Сопротивление коррозионному растрескиванию высокоазотистой аустенитной стали после высокотемпературной термомеханической обработки // ФММ, 1998. — Т. 86. -№ 1.-С. 154-161.

17. Свяжин А.Г., Капуткина JI.M. Стали, легированные азотом // Изв. вуз. Черная металлургия, 2005. № 10. — С. 36-46.

18. Суязов А.В., Усиков М.П., Могутное Б.М. Исследование структурных превращений в сплавах железо-азот // ФММ, 1976. Т. 42. - С. 755.

19. Гаврилюк В.Г., Надутов В.М., Гладун О.В. Распределение азота в аустените Fe-N // ФММ, 1990. № 3. - С. 128-134.

20. Nadutov V.M. Hyperfine Interactions in Austenitic Nitrogen Steels // Proceedings of the 3 International Conference «High Nitrogen Steels». September, 14-16, 1993, Kiev, Ukraine. 1993. P. 78-82.

21. Grujicic M., Owen W.S. Models of Short-Range Order in a Face-Centered Cubic Fe-Ni-Cr Alloy with a High Concentration of Nitrogen // Acta Metal. Mater., 1995. -V. 43. -№ 11.-P. 4201-4211.

22. Numakura Hiroshi et al. Nitrigen Trapping to Chromium in a-Iron Studied by Internal Friction and Magnetic after Effect Techniques // ISIJ. Int., 1996. V. 36. -№ 3. - P. 290-299.

23. Glien P.M., Kaplow R. Mossbauer Effect in Iron-Carbon and Iron-Nitrogen Alloys // Acta Met., 1976. V. 15. - P. 49-63. 35

24. Nadutov V.M. Mossbauer Analysis of the Effect of Substitutional Atoms on the Electronic Charge Distribution in Nitrogen and Carbon Austenites // Mater. Sci. and Engen, 1998.-V. A254. -P. 234-241.36

25. Бокштейн B.C., Ярославцев А.Б. Диффузия атомов и ионов в твердых телах. М.:МИСИС, 2005. - 362 с. 37

26. Банов P.M., Златева Г.З. Влияние азота на концентрацию дефектов упаковки в Cr-Mn-аустените // Изв. АН СССР. Металлы, 1977. № 2. - С. 176186. 24

27. Капуткина JI.M., Сумин В.В., Базалеева К.О. Влияние азота на склонность к образованию дефектов упаковки и температурную зависимость термоэлектродвижущей силы в сплаве Fe-Cr // Письма в ЖТФ, 1999. Т. 25. -вып. 24.-С. 50-55.

28. Капуткина Л.М., Сумин В.В., Базалеева К.О. Стабильность аустенита и дефекты упаковки в сталях с азотом // Материаловедение, 2000. № 4. - С. 3842.

29. Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. — М.: Металлургия, 1980. 320 с.

30. Гаврилюк В.Т. и др. Изучение азотсодержащих хромомарганцевых аустенитных сталей с помощью неупругого рассеяния медленных нейтронов // Металлофизика, 1991. Т. 13. - № 12. - С. 29-34.

31. Сумин В.В. и др. Нейтроноспектроскопическое доказательство сильного Cr-N-взаимодействия в азотистых сталях // ФММ, 1999. Т.87. - №3.-С.65-71.

32. Халл Д. Введение в дислокации. — М.: Атомиздат, 1968 280 с.

33. Штремель М.А. Прочность сплавов. Ч. I: Дефекты решетки. М.: Металлургия, 1982 - с. 280.

34. Боантер М.Е., Сурин А.И., Блантер М.С. Взаимодействие атомов азота и углерода с дислокациями в феррите // Взаимодействие между дислокациями и атомами примесей и свойства металлов. Тульский политех, ин-т, 1974. С. 154-159.

35. Гаврилюк В.Г. и др. Взаимодействие атомов углерода и азота с дислокациями в аустените // ФММ, 1987. Т. 64. - № 6. - С. 1132-1135.

36. Гаврилюк В.Г., Ефименко С.П. Высокоазотистые стали. Тр. I Всесоюзной конф. Киев: Изд. Института металлофизики АН УССР, 1990. - С. 5-26.

37. Norstrom L.A. The Influence of Nitrogen and Grain Size on Yield Strength in Type AISI 316L Austenitic Stainless Steel // Met. Sci. 1977. № 6. - P. 208-212.

38. Li J. С. M., Chou Y.T. The Role of Dislocations in the Flow Stress Grain Size Relationships // Met. Trans., 1970. V. 1. - № 5. - P. 1145-1159.

39. Degallaix S., Foct J., Hendry A. Mechanical Behaviour of High-nitrogen Stainless Steels // Mater. Sci. and Technology, 1986. V. 2. - № 9. - P. 946-950.

40. Сагарадзе B.B., Уваров А.И. и др. Влияние упрочняющей обработки на структуру и механические свойства закаленной азотсодержащей аустенитной стали 04Х20Н6Г11АМ2БФ // МиТОМ, 2008. № 10. - С. 33-38.

41. Капуткина JI.M., Свяжин А.Г., Прокошкина В.Г. Растворение и выделение избыточных фаз и распределение азота между твердым раствором и нитридами в коррозионностойкой стали // Металлы, 2006. — № 5. С. 88-94.

42. Рахштадт А.Г., Алиев Ак.А., Елистратов А.В., Давыдов А.Д. Влияние химического состава и термической обработки на механические и коррозионные свойства высокохромазотистых сталей // МиТОМ, 2004. — № 6. — С. 15-18.

43. Банных О.А., Блинов В.М. и др. Влияние термической обработки на структуру и механические свойства особо высокопрочной коррозионностойкой мартенситно-аустенитной стали // Металлы, 2005. № 3. - С. 51-60.

44. Шейнман E.JI. Абразивный износ. Обзор американской печати. Абразивная износостойкость материалов // Трение и износ, 2006. Т. 27. — № 1. -С. 110-122.

45. Hawk J.A., Wilson R.D., Danks D.R., Catrpillar M.T. Abrasive wear failures // ASM Handbook. Materials Park, OH, ASM Int. et al., 2002. - № 11. - P. 906-921.

46. Филиппов M.A., Белозерова T.A., Блинов B.M., Костина М.А., Вальков Е.В. Влияние термической обработки на износостойкость при абразивном изнашивании высокоуглеродистых и высокоазотистых сталей // МиТОМ, 2006. № 4. — С. 29-33.

47. Филиппов М.А., Кулишенко Б.А., Вальков Е.В. Износостойкость наплавочного сплава с метастабильным аустенитом // МиТОМ, 2005. № 1. -С. 9-11.

48. Коршунов Л.Г., Черненко Н.Л., Терещенко Н.А., Уваров А.И. Влияние старения на трибологические и механические свойства азотсодержащей нержавеющей аустенитной стали // ФММ, 2005. Т. 99. - № 1. - С. 99-109.

49. Асанов Б.У., Макаров В.П. Нитридные покрытия, полученные вакуумно-дуговым осаждением // Вестник КРСУ. — 2002. — №2. С.

50. Анциферов В.Н., Бобров Г.В., Дружинин Л.К., Кипарисов С.С., Костиков В.И. и др. Порошковая металлургия и напылённые покрытия / под ред. Митина Б.С.- М.: Металлургия. 1987. - 792 с.

51. Банных О.А., Блинов В.М. Дисперсионно-твердеющие немагнитные ванадийсодержащие стали. — М.: Наука. 1980. - 196 с.

52. Химическая энциклопедия: В 5-ти томах. Т. 2.: Даффа-Меди / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др. М.: Сов. энцикл., 1990. - 671 с.

53. Химическая энциклопедия: В 5-ти томах. Т. 3.: Меди-Полимерны / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др. — М.: Болын. Рос. энцикл., 1992. — 639 с.

54. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения: Справочник. М.: Металлургия. — 1976. — 556 с.

55. Фетисов Г.П., Карпман М.Г. и др. Материаловедение и технология металлов. М.: Высшая школа, 2002. - 638 с.

56. Металловедение и термическая обработка стали: Справочник в 3-х т. Т. II. Основы термической обработки / Под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. — М.: Металлургия. 1983. - 546 с.

57. Слосман А.И., Зенин Б.С. Современные технологии поверхностного упрочнения и нанесения покрытий. Томск: Изд. ТПУ, 2002. - 118 с.

58. Lightfoot В.J., Jack D.N. // Heat Treatment, 1973. The Metals Society. -December 1973. - P. 248-254.

59. Крукович М.Г. Моделирование процесса азотирования // МиТОМ, 2004. -№1. С.24-31.

60. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Структура и прочность азотированных сплавов. М.: Металлургия, 1982.-176 с.

61. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Х.-И., Бемер 3. Теория и технология азотирования. -М.: Металлургия, 1991.-320 с.

62. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. — М.: Машиностроение, 1976.-256 с.

63. Волосова М.А. Повышение качества инструмента из керамики за счёт нанесения износостойких вакуумно-плазменных покрытий // Упрочняющие технологии и покрытия, 2005. №9. - С. 21-25.

64. Табаков В.П., Смирнов М.Ю., Циркин А.В., Чихранов А.В. Трещиностойкость двухэлементных нитридных ионно-плазменных покрытий // Упрочняющие технологии и покрытия, 2007. №12. - С. 15-19.

65. Быков Ю.А., Карпухин С.Д., Смирнова А.С. Оценка качества декоративно-защитных покрытий TiN // Упрочняющие технологии и покрытия, 2007. — №2. -С. 30-34.

66. Табаков В.П., Смирнов М.Ю., Циркин А.В., Чихранов А.В. Механические свойства ионно-плазменных износостойких покрытий // Упрочняющие технологии и покрытия, 2007. №11. - С. 50-52.

67. Штанский Д.В., Левашов Е.А., Шевейко А.Н., Мур Дж. Дж. Оптимизация параметров вакуумного реакционного осаждения сверхтвердых Ti-Si-B-N покрытий // Упрочняющие технологии и покрытия, 1999. — №1. — С. 67-72.

68. Sundgren J.E., Hentzell T.G. A review of the present state of art in hard coatings growns from the vapour phase // J. Vac. Sci. and Technol A, 1968. V.4 - N5. - P. 2259-2279.

69. Мацевитый B.M. Покрытия для режущих инструментов. Киев: Вища школа, 1987. — 126 с.

70. Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.

71. Аверин В.В., Ревякин А.В., Федорченко В.И., Козина J1.H. Азот в металлах. М.: Металлургия, 1976. - 223 с.

72. Куликов И.С. Термодинамика карбидов и нитридов.- М.: Металлургия, 1988.-320 с.

73. Коган Я.Д., КолачевБ.А. и др. Константы взаимодействия металлов с газами. М.: Металлургия, 1987. - 368 с.

74. Кардонина Н.И., Колпаков А.С. Исследование фазового и структурного состава высокоазотистых порошков на основе железа // Известия вузов. Черная металлургия, 2000. №2. - С. 15-20.

75. Zhao L., Maurer М., Lugscheider Е. Thermal spraying of a nitrogen alloyed austenitic steel. Thin Solid Films. 2003. - №2. - P. 213-218.

76. Кальянов B.H. Наплавка азотистыми сплавами // Автоматическая сварка, 2002. -№10. С.50-51.

77. Геберт А. и др. Характеристика и аттестация твердосплавных защитных покрытий, предназначенных для использования в агрессивных коррозионных средах // Спец. вып. Сварка и резка: 2-я выставка «Сварка, резка, наплавка», 27-30 мая 2008.-с. 54

78. Дампилон Б.В. Структура и свойства покрытий на основе азотсодержащей хромомарганцевой стали с карбидным упрочнением, полученных методом электронно-лучевой наплавки: автореф. дис. . канд. тех. наук. Томск, 2003. -22 с.

79. Коломбье JL, Гохман И. Нержавеющие и жаропрочные стали. — М.: Металлургиздат, 1958. 480 с.

80. Потак Я.М., Сагалевич Е.А. Структурная диаграмма деформируемых нержавеющих сталей // МиТОМ, 1971. № 9. - С. 12-16.

81. Gebert A., u. a. Verlangerung der Standzeit von Messern und Verschleipieisten durch Plasma-Pulver-Auftragschweipen von hoch car-bidhaltigen Werkstoffen. Wochenblatt fur Papierverarbeitung 126 (1998), H. 19,5.946/49.

82. Alaluss K., u. a. Verbesserung der Bauteileigenschaften durch Auftragschweipen von hartstoffverstarkten Legierungen mit unterschiedlichen Hartstoffanteilen. DVS-Bericht 237, S. 327/31. DVS-Verlag, Dtisseldorf 2005.

83. Куксенова Л.И., Лаптева В.Г., Березина В.Г., Герасимов С.А., Сенаторски Я. Структура и износостойкость азотированной стали // МиТОМ, 2004—№1 — С.31-35.

84. Счастливцев В.М., Филиппов М.А. Роль принципа метастабильности аустенита Богачева-Минца при выборе износостойких материалов // МиТОМ, 2005.-№1.-С. 6-11.

85. Филиппов М.А., Лхагвадорж П., Плотников Г.Н. Структурные факторы повышения износостойкости белого хромистого чугуна // МиТОМ, 2000-№11.-С. 10-13.

86. Петрова Л.Г. Регулирование фазового состава азотированных слоев в многокомпонентных сплавах // МиТОМ, 2002. №4. - С. 13-19.

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

88. Гальченко Н.К., Дампилон Б.В., Раскошный С.Ю., Самарцев В.П. Триботехнические свойства композиционных покрытий на основе азотсодержащей хромомарганцевой стали с карбонитридным упрочннием // Трение и износ, Т.25. -№2. С. 184-189.

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

90. Беккерт М., Клемм X. Способы металлографического травления. Справ, изд. М.: Металлургия, 1988. - 400 с.

91. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев JI.H. Рентгенографический и электроннооптический анализ. М.: МИСиС, 1994. - 328 с.

92. Миркин JI.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. -М.: Физматгиз, 1961. 863 с.

93. Миронов Ю.П., Мейснер Л.Л., Лотков А.И. Структура поверхностных слоев никелида титана, сформированных импульсным электронно-лучевым плавлением // ЖТФ, 2008. Т.78. - Вып.7. - С. 118-126.

94. Русаков А.А. Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1977. - 480 с.

95. Шах К.Б., Кумар С., Дуиведи Д.К. Износостойкость наплавленного металла системы Fe-Cr-C // Автоматическая сварка, 2006. №11. - С. 27-31.

96. Петраков О.В., Поддубный А.Н. Структура белых износостойких легированных чугунов // МиТОМ, 2007. №8. - С. 36-38.

97. Сильман Г.И., Памфилов Е.А., Грядунов С.С., Грувман А.И. Влияние структуры белых хромованадиевых чугунов на их износостойкость // МиТОМ, 2007,-№8.-С. 32-36.

98. Метлицкий В.А., Осин В.В. Дуговая наплавка слоя износостойкого высокохромистого чугуна // Сварочное производство, 2008. — №4. — С. 25-30.

99. Комаров О.С., Садовский В.М., Урбанович Н.И., Григорьев С^В. Связь микроструктуры со свойствами высокохромистых чугунов // МиТОМ, 2003. -№7.-С. 20-23.

100. Косицына И.И. Высокопрочные аустенитные стали различных систем легирования с карбидным упрочнением // МиТОМ, 2008. №10. - С. 6-13.

101. Воробьёв Ю.П. Химия фазовых превращений карбидов в сталях // Физика и химия обработки материалов, 2005. №1. - С.85-89.

102. Narkevich N.A., Galchenko N.K., Ivanova E.A., Mironov Yu.P., Belyuk S.I. Hardening of Low-Carbon Steel by Electron-Beam Surfacing of Nitrogen and Carbon Coatings with the Austenitic Matrix // Hhe Joint International Conference of

103. HSLA Steels 2005 and ISUGS PROCEEDING. The Metallurgical Industry Press. Sanya, China, 2005. P. 571-575.

104. Н.А. Наркевич, Е.А. Иванова, Ю.П. Миронов Структура и свойства зоны сплавления, формирующейся при электронно-лучевой наплавке покрытия из хромомарганцевого чугуна, легированного азотом, на малоуглеродистую сталь // МиТОМ, 2007. №2. - С. 19-22.

105. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т. I. Свариваемость материалов. Справ, изд. / Под ред. Э.Л. Макарова. М.: Металлургия, 1991. - 528 с.

106. Garbar I.I. Critical structures of metal destruction under the process of wear // J. of Tribology, 2000(122).-P. 361-365.

107. Макушок Е.М., Калиновская Т.В., Белый А.В. Массоперенос в процессах трения. Минск: Наука и техника, 1978. - 278 с.

108. Витязь П.А., Панин В.Е., Белый А.В., Колубаев А.В. Механика пластической деформации и разрушения поверхностно упрочненных твердых тел в условиях трения // Физическая мезомеханика, 2002. Т.5№1. - С. 15-28.

109. Энциклопедия неорганических материалов: В 2-х томах. Т. 2.: — Киев: Гл. редакция укр. сов. энцикл., 1977. — 815 с.

110. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Зуев И.В., Кокора А.Н. Лазерная и электроннолучевая обработка материалов. — М.: Машиностроение, 1985. 495 с.

111. Углов А.А., Иванов В.В., Тужиков А.И. Расчет температурного поля движущихся источников тепла с учетом температурной зависимости коэффициентов // ФизХОМ, 1980. №4. - С. 7-11.

112. Крюкова О.Н., Князева А.Г. Критические явления при растворении частиц в ванне расплава в процессе электронно-лучевой наплавки покрытий // ПМТФ, 2007. — Т.48. — №1. — С. 131-142.

113. Рыкалин Н.Н. Расчёты тепловых процессов при сварке. М.: Машгиз, 1951.-296 с.

114. Сварка и свариваемые материалы. Справочник в 3-х томах / Под ред.

115. B.Н. Волченко. T.l. -М.: Металлургия, 1991. 527 с.

116. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология. М.: Энергия, 1980.-528 с.

117. Кухлинг X. Справочник по физике. — М.: Мир, 1985. 519 с.

118. Вакуумная техника / под ред. Фролова. М.: Машиностроение, 1992. — 480 с.

119. Иванова Е.А., Наркевич Н.А Влияние содержания углерода на износостойкость электронно-лучевых покрытий с азотистой матрицей // Сборник трудов международной конференции СТТ-2007. — Томск: Изд-во ТПУ, 2007. С. 95-97.

120. Коршунов Л.Г., Гойхенберг Ю.Н., Черненко Н.Л. Влияние прерывистого распада на трибологические свойства высокоазотистой хромомарганцевой аустенитной стали Г22Х18А0,8 // ФММ, 2000. Т.90. - №2. - С.107-114.

121. Суховаров В.Ф. Прерывистое выделение фаз в сплавах / Новосибирск: Наука, 1983.- 162 с.

122. Банных О.А., Блинов В.М., Стремина Л.Л. Структура и механические свойства стареющих немагнитных нержавеющих сталей // Изв. АН СССР. Металлы, 1978. — №1.-С. 177-181.

123. Наркевич Н.А., Иванова Е.А. Структура и абразивная износостойкость электронно-лучевых углеродоазотистых покрытий // МиТОМ, 2008. №6.1. C. 37-41.

124. Банных О.А., Блинов В.М., Костина М.В. О взаимосвязи износостойкости с фазовым составом и механическими свойствами новых износостойких высокоазотистых железохромистых сплавов // Металлы, 2000. — №2. — С. 57-64.

125. Коршунов Л.Г. Структурные превращения при трении и износостойкость аустенитных сталей // ФММ, 1992. №8. - С. 3-21.

126. Косицына И.И., Хакимова О.Н. Структура и свойства азотосодержащих аустенитных сталей типа Х18Г15Н6АФ2М2 / Труды I Всесоюзной конференции по высокоазотистым сталям, Киев, 1990. С. 268-273.

127. Холлек X. Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов. Справочник. М.: Металлургия, 1988. — 320 с.

128. Прибытков Г.А., Полев И.В., Коржова В.В. Композиционные порошки для электронно-лучевой наплавки покрытий «карбид титана-высокохромистый чугун» // Сварочное производство, 2006. №5. - С. 38-41.

129. Иванова Е.А., Наркевич Н.А. Структура и износостойкость азотистых электронно-лучевых покрытий, дисперсноупрочненных азотированным феррованадием //Известия вузов. Черная металлургия, 2008. -№10. С. 41-44.

130. Иванова Е.А. Электронно-лучевая наплавка износостойких азотистых покрытий // Труды VIII Всероссийской школы семинара с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства-2008». Томск: ТПУ, 2008.-С. 103-107.

131. Иванова Е.А. Наноструктурные электронно-лучевые покрытия с метастабильной аустенитной матрицей // Сборник трудов международной конференции СТТ-2008. Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - С. 66-68.

132. Бабичев А.П., Бабушкина Н.А. и др. Физические величины: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

133. Кукареко В.А. Роль упрочняющих частиц в формировании трибологических свойств дисперсионно-твердеющего сплава ХН77ТЮР // Трение и износ, 1999. Т.20. - №6. - С. 630-638.

134. Степина А.И., Ступицкий A.M., Клейс И.Р. Влияние структуры на износостойкость чугунов // Литейное производство, 1977. №9. - С. 26-36.

135. Романов О.М., Рожкова Е.В., Козлов Л.Я. Износостойкие лопатки дробеметных аппаратов // Литейное производство, 1981. -№6. С. 26-30.

136. Комаров О.С., Сусина О. А., Урбанович Н.И. Влияние структуры металлической основы ВХЧ на его триботехнические характеристики // Литье и металлургия. Информационный бюллетень, 1997. - №7. - С. 22-24.

137. Хребтова М.Г., Наркевич Н.А., Иванова Е.А. Структурные исследования азотистых аустенитно-мартенситных электронно-лучевых покрытий // Сборник трудов международной конференции СТТ-2007. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. -С. 241-243.