ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ И ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНА

Модифицирование поверхностных слоев изделий из металлических материалов сопровождается изменением эксплуатационных характеристик: повышаются твердость, износостойкость, жаростойкость. В настоящее время для модифицирования поверхности применяются лазерная обработка, электронно-лучевое и плазменное легирование, в том числе электровзрывное легирование. Применение современных методов упрочнения поверхности с использованием концентрированных потоков энергии (электровзрывное легирование и электронно-пучковая обработка) особенно актуально для локального воздействия на изделия из титана и титановых сплавов. Целью работы являлось выявление формирования структурно-фазовых состояний при электровзрывном легировании и электронно-пучковой обработке поверхности технически чистого титана марки ВТ1-0 с точки зрения повышения функциональных свойств для практического применения. Разработанный способ упрочнения поверхности титана включает электровзрывное науглероживание и последующую электронно-пучковую обработку зоны легирования. Особенности каждого метода определяют выбор режимов обработки. Проведено изучение тепловых процессов при этих обработках с учетом особенностей каждого метода, позволяющее обоснованно выбирать режимы обработки. Установлено влияние режимов электронно-пучковой обработки на микротвердость поверхностных слоев, формирование максимумов в глубине зоны легирования и кратное повышение микротвердости поверхностных слоев. Выявлены особенности структурно-фазовых состояний и механизмы упрочнения поверхностных слоев технически чистого титана при электровзрывном науглероживании и последующей электронно-пучковой обработке. В зоне обработки формируется градиентная многофазная структура, толщина слоев которой коррелирует с распределением микротвердости по глубине. На основании полученных экспериментальных данных сделан вывод, что комбинированная обработка поверхности технически чистого титана марки ВТ1-0, сочетающая электровзрывное науглероживание и последующую электронно-пучковую обработку зоны легирования, обеспечивает повышение микротвердости и глубины зоны упрочнения.

1. Перевертов В.П., Андрончев И.К., Абулка-симов М.М. Технологии обработки матери-алов концентрированным потоком энергии. Надежность и качество сложных систем. 2015;3(11):69–79.

2. Перевертов В.П., Андрончев И.К., Абулка-симов М.М. Инновационные технологии обработки материалов концентрированным потоком энергии в ГПС. В кн.: Труды Меж-дународного симпозиума «Надежность и качество». 2015;1:29–35.

3. Петров П.Ю. Исследования поверхностной обработки изделий (материалов) машино-строения электронным лучом. Мировая наука. 2020;3(36):602–618.

4. Fedun V.I., Kolyada Yu.E. Dynamics of phase transformations by electron beem surface modification of metals and alloys. Problems of Atomic Science and Technology. 2010;4:316–320.

5. Astashynski V.M., Ananin S.I., Askerko V.V., Kostyukevich E.A., Kuzmitski A.M., Uglov V.V., Anishchik V.M., Astashynski V.V., Kvasov N.T., Danilyuk A.L. Materials surface modification using quasi-stationary plasma accelerators. Show more Surface and Coatings Technology. 2004;180-181:392–395. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.10.098

6. Grishin Yu.M., Kamrukov A.S., Kozlov N.P., Panasenko K.N., Chepegin D.V., Shashkovskiy S.G. Radiation-plasmodynamic method of surface hardening of steels and alloys. In: Plasma technique and plasma technologies: collection of scientific papers. Moscow: Publ. of NITs «Inzhener», 2003:193.

7. Cherenda N.N., Uglov V.V., Anishchik V.M., Stalmashonak A.K., Astashynski V.M., Kuzmickii A.M., Punko A.V., Thorwarth G.B., Stritzker B. Modification of high-speed steels by nitrogen compression plasma flow: structure, element composition, tribological properties. Surface and Coatings Technology. 2006;200(18-19):5334–5342. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.06.007

8. Pogrebnyak A.D., Tyurin Yu.N. Modification of material properties and coating deposition using plasma jets. Physics Uspekhi. 2005;48(5):487–514. https://doi.org/10.1070/PU2005v048n05ABEH002055

9. Korotaev A.D., Tyumentsev A.N., Pinzhin Yu.P., Remnev G.E. Features of the morphol-ogy, defect substructure ,and phase composi-tion of metal and alloy surfaces upon high-power ion irradiation. Surface and Coatings Technology. 2004;185(1):38–49.

10. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.11.021

11. Vedernikova I.I., Poletaev V.A. Applica-tion of laser modification for strengthen-ing the working surfaces of machine de-tails. JARITS. 2019;15:18–25.

12. https://doi.org/10.26160/2474-5901-2019-15-18-25

13. Nikolchuk I.S., Chumakov A.N., Kuznechik O.O., Minko D.V. Pulsed plasma surface treatment of constructional steel in the air. In: 7 Interna-tional Conference «Plasma Physics and Plasma Technology»: сontributed papers. Minsk, 2012:438–441.

14. Aleksandrov V.V., Belan N.V., Kozlov N.P., Mashtylev N.A., Popov G.A., Protasov Yu.S., Khvesyuk V.I. Pulsed Plasma Accelerators. Khar’kov: Kharkiv Aviation Institute. 1983;247.

15. Астапчик С.А., Голубев В.С., Маслаков А.Г. Лазерные технологии в машинострое-нии и металлообработке. Минск: Белорус-ская наука, 2008:251.

16. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обра-ботки. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006:664.

17. Грибков В.А., Григорьев Ф.И. Калин Б.А., Якушин В.Л. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки металлов. Москва: Круглый год, 2001:528.

18. Багаутдинов А.Я., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е. Физические основы электро-взрывного легирования металлов и сплавов. Новокузнецк: СибГИУ, 2007:301.

19. Будовских Е.А. Закономерности формиро-вания поверхностных слоев металлов и сплавов при электровзрывном легировании: автореф. дисс. докт. техн. наук. Новокуз-нецк, 2008:37.

20. Багаутдинов А.Я., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е. Физические основы электро-взрывного легирования металлов и сплавов. Новокузнецк: СибГИУ. 2007:304.

21. Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф. Наноструктурирование поверхности металлокерамическихи и керамических материалов при импульс-ной электронно-пучковой обработке. Известия вузов. Физика. 2008;51(5):60‒70.

22. Lei M.K., Dong Z.H., Zhang Z., Hu Y.F., Zhu X.P. Wear and corrosion resistance of Ti6Al4V alloy irradiated by high-intensity pulsed ion beam. Surf Coat Technol. 2007;201(9):5613–5616. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.07.013

23. Shymanski V.I., Cherenda N.N., Uglov V.V., Astashynskic V.M., Kuzmitski A.M. Thermal stability of the structure and phase composi-tion of titanium treated with compression plasma flows. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2018;12:710–716. https://doi.org/10.1134/S102745101804016X

24. Бащенко Л.П. Упрочнение поверхности титана при электровзрывном науглероживании и карбоборировании и последующей электронно-пучковой обработке: автореф. дисс. канд. техн. наук. Новокузнецк, 2013:17.

25. Асташинский В.М., Углов В.В., Черенда Н.Н., Шиманский В.И. Модификация титана при воздействии компрессионными плазменными потоками. Минск: Белорусская наука, 2016:179.

26. Gao Y.-K. Influence of pulsed electron beam treatment on microstructure and properties of TA15 titanium alloy. Applied Surface Science. 2013;264:633–635. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.10.083

27. Бащенко Л.П., Ефименко И.Т., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф., Иванов К.В., Ионина А.В., Громов В.Е. Особенности модифицирования поверхностных слоев титана при электро-взрывном науглероживании. Физика и химия обработки материалов. 2012;2:65–69.