СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ Российский патент 2003 года по МПК B23K9/04 B23K15/00 B23K35/368 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам обработки порошковых материалов с применением процессов электронно-лучевой наплавки. Изобретение может быть использовано как для восстановления изношенных поверхностей различных изделий с целью защиты поверхности от различных видов воздействия (термических, химических, высоких нагрузок и иных), так и для улучшения физико-механических свойств изделий путем нанесения защитного электронно-лучевого покрытия.

Известен способ формирования защитного покрытия (А.С. СССР 1676771, МКИ В 23 К 15/00). Сущность этого изобретения заключается в том, что на защищаемую поверхность металлической детали напыляют порошковый защитный материал интерметаллид Ni₃Аl и затем оплавляют его электронным пучком в вакууме на глубину, не превышающую толщину этого слоя.

Недостатком известного способа формирования защитного покрытия является то, что в процессе порошкового напыления происходит насыщение покрытия газом, а при последующем оплавлении электронным лучом в вакууме этот газ приводит к повышению пористости покрытия, что не способствует повышению физико-механических свойств наплавляемого изделия.

Известен способ электронно-лучевой наплавки (Материалы XI Всесоюзной научно-технической конференции по электронно-лучевой сварке в г. Николаеве. - Л. : Судостроение, 1991, с.58-59), при котором создают на поверхности тела вращения зону оплавления с помощью электронного луча, развернутого в линию по образующей, подают порошковый материал в зону оплавления и придают обрабатываемому изделию вращательно-поступательное перемещение.

Недостатки указанного способа заключаются в нерациональном использовании порошкового материала и мощности электронного луча. При разворачивании электронного луча в одну линию вдоль участка образующей и подаче порошкового материала в зону оплавления происходит экранирование электронного луча от изделия, что приводит к снижению температуры зоны оплавления, неполному расплавлению порошкового материала, т.е. к потерям наплавляемого материала и мощности электронного луча. Кроме того, указанные недостатки известного способа не позволяют добиться полного переплава и равномерности наплавки, не увеличивая мощности электронного луча сверх меры, с точки зрения допустимых деформаций изделия за счет его чрезмерного нагрева, что в конечном итоге ограничивает технологические возможности способа и не способствует повышению физико-механических свойств наплавляемых изделий.

Известны различные композиционные, тугоплавкие материалы для покрытий (А.С. СССР 617485, МКИ 22 С 29/00; А.С. СССР 1172152, МКИ B 22 F 9/16; патент РФ 2055936, МКИ С 23 С 4/04; патент РФ 2061784, МКИ С 23 С 4/10). Перечисленные выше материалы используют для получения износо-, жаростойких и других покрытий на изделиях способами, отличными от предлагаемого способа электронно-лучевой наплавки. Эти изделия не вполне удовлетворяют всевозрастающим требованиям к ним при их эксплуатации.

Известен патент РФ 2060297 С1, МКИ С 23 С 4 /04, С 22 С 29/00, 20.05.1996, в котором в качестве порошкового материала для нанесения износостойкого газотермического покрытия используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала, который позволяет сформировать покрытие, состоящее из тех частиц твердой фазы и связующего материала, из которого состоит композиционный материал.

Однако известно, что плазменные покрытия отличаются повышенным содержанием активных газов. Растворенные газы могут покидать металлическую решетку только путем диффузии с образованием сферических пор.

С другой стороны, при плазменном нанесении покрытия из указанного композиционного материала на изделие не обеспечивается возможность очистки напыляемой поверхности изделия от растворенных газов.

Недостатком известного порошкового материала является то, что при использовании в процессе плазменного напыления дисперсно-упрочненного композиционного материала не достигаются высокие физико-механические свойства плазменного покрытия из-за наличия растворенных газов в приповерхностном слое напыляемой поверхности изделия и в частицах порошка композиционного материала из-за четкой границы раздела поверхность изделия - напыленное покрытие и из-за пониженной плотности покрытия, и следовательно, плазменные покрытия из дисперсно-упрочненных композиционных материалов не могут служить в тяжелых условиях ударно-абразивного износа.

Известен способ плазменной наплавки порошкообразными материалами (патент США 4723586, МКИ B 22 D 23/00), который включает создание зоны оплавления на наплавляемом изделии при помощи плазмотрона и подачу наплавляемого порошкового материала в зону оплавления.

Однако применение порошковых смесей в известном способе не позволяет получать наплавку с равномерно распределенными по объему металлической составляющей дисперсно-упрочняющих тугоплавких включениями с одинаковым фазовым составом в наплавленном слое из-за значительного объема жидкометаллической ванны, в которой в течение относительно продолжительного времени происходит взаимодействие дисперсно-упрочняющих включений с расплавленным металлом, значительно перегретым выше температуры его плавления. Кроме того, высокая скорость двухфазного потока и относительно большое пятно соударения наплавляемого порошкового материала с наплавляемым изделием приводит к значительным безвозвратным потерям наплавляемого порошкового материала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ электронно-лучевой наплавки (патент РФ 2118243, МКИ В 23 К 15/00). В данном способе на поверхности наплавляемого изделия создают зону оплавления лучом с линейной разверткой в виде нескольких параллельных линий, наплавляемому изделию сообщают перемещение, а наплавляемый порошковый материал подают в зону оплавления первой линии развертки в направлении перемещения изделия.

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает очищение поверхности изделия от окисных пленок и растворенных газов в приповерхностном слое изделия зоны оплавления, что не обеспечивает получение наплавляемых изделий с высокими физико-механическими свойствами. Использование промышленных порошков не удовлетворяет всевозрастающим требованиям к изделиям при их эксплуатации.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей способа электронно-лучевой наплавки и повышение физико-механических свойств наплавляемых изделий за счет взаимодействия с наплавляемой порошковой смесью в зоне оплавления, приводящей к экзотермической реакции между компонентами смеси и смешиванию с упрочняющей составляющей.

Электронно-лучевая наплавка - процесс управляемый: изменяя режимы (мощность, количество проходов и т. д.), изменяя качественные и количественные соотношения компонентов наплавляемого материала, можно в широких пределах задавать состав и структуру наплавляемого слоя, что дает возможность получать изделия с наплавкой, отвечающие различным требованиям их эксплуатации, например, износостойкости, жаростойкости, дугостойкости и др.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе электронно-лучевой наплавки на поверхности металлического изделия создают зону оплавления электронным лучом с линейной разверткой в виде нескольких параллельных линий, наплавляемый материал подают в зону оплавления, а наплавляемому изделию сообщают перемещение.

Новым является то, что наплавляемую поверхность изделия предварительно очищают оплавлением электронным лучом без подачи наплавляемого материала, развертку электронного луча выполняют перпендикулярно направлению перемещения изделия, причем очистку и наплавку производят последовательно, а в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков, по крайней мере, один из компонентов которой выбран из групп неметаллических карбидов или нестехиометрических карбидов или нитридов переходных металлов IV-V групп Периодической системы с содержанием неметалла в них (0,35-0,75) моль или ферросплавов или карбидов переходных металлов IV-VI групп Периодической системы, или порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе смешанных тугоплавких соединений типа фаз внедрения переходных металлов IV-VI групп Периодической системы с 30-60 вес.% металлической связкой, по крайней мере, одна из которой выбрана из групп стали или чугуна или металлов I, VI, VIII групп Периодической системы.

Поставленная задача достигается также тем, что при наплавке на изделие, выполненное из титанового сплава, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес.%:
Карбид бора - 10-70
Карбид титана - 10-70
Титан - Остальное
Кроме того, при наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес.%:
Борид железа, или борид никеля, или карбид бора, или сплав железо-хром-бор (FeCrB) - 10-90
Ферротитан или никелид титана или титан (FeTi или NiTi или Ti) - Остальное
При наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес.%:
Нестехиометрический нитрид титана - 0,1-43
Чугун - 0,1-94
Марганец, хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, кремний, азотированный феррохромом, азотированный феррованадий - Остальное
Кроме того, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес.%:
Никель - 10-90
Алюминий - 5-90
Карбид переходного материала IV-VI групп Периодической системы - Остальное
При наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес.%:
Карбид переходного металла IV-VI групп Периодической системы - 10-60
Сталь или чугун - Остальное
Кроме того, при наплавке на изделие, выполненное из стали, в качестве наплавляемого материала используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес.%:
Карбонитрид титана - 40-60
Быстрорежущая сталь - Остальное
Известные из уровня техники материалы используют для получения износо-, жаростойких и других покрытий на изделиях способами, отличными от предлагаемого способа электронно-лучевой наплавки. Эти изделия не вполне удовлетворяют всевозрастающим требованиям к ним при их эксплуатации.

В предлагаемом способе в качестве наплавляемого материала используют смесь порошков, термически реагирующих под воздействием электронного луча, или порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала. Данные альтернативные признаки в совокупности с другими признаками изобретения обеспечивают получение одного и того же технического результата, а именно: расширение технологических возможностей предлагаемого способа и повышение физико-механических свойств наплавляемых изделий за счет взаимодействия с наплавляемой порошковой смесью в зоне оплавления, приводящей к экзотермической реакции между компонентами смеси и смешиванию с упрочняющей составляющей.

Авторам неизвестно из источников информации использование способа электронно-лучевой наплавки в объеме предлагаемого изобретения.

Заявленное техническое решение основано на использовании эффекта концентрации энергии электронного луча в микрообъеме жидкометаллической ванны наплавляемого изделия. Взаимодействие электронного луча в вакууме с наплавляемым изделием приводит к удалению растворенных газов и оксидной пленки с зоны оплавления, а взаимодействие с наплавляемой смесью порошков в зоне оплавления приводит к экзотермическому взаимодействию между ее компонентами и смешиванию с упрочняющей составляющей.

Электронный луч, развернутый в линию перпендикулярно направлению перемещения изделия, повышает технологичность предлагаемого способа.

Сканирование электронного луча по линиям развертки позволяет лучу многократно, с частотой 400 Гц, воздействовать на микрообъем жидкометаллической ванны до полного завершения процесса расплавления металлической составляющей подаваемого порошкового материала в зону оплавления и усреднения фазового состава микрообъема жидкометаллической ванны. Микрообъем расплава с тугоплавкой упрочняющей составляющей, выходя из области воздействия электронного луча вследствие перемещения зоны оплавления, кристаллизуется с высокой скоростью из-за значительного отвода тепла из микрообъема жидкометаллической ванны в объем наплавляемого изделия, а упрочняющая тугоплавкая составляющая, являясь одновременно центром кристаллизации, не успевает провзаимодействовать с расплавом. Данные обстоятельства обеспечивают мелкозернистую структуру наплавляемого слоя, т.е. повышают физико-механические свойства наплавляемого изделия и расширяют технологические возможности способа.

При использовании смеси порошков, термически реагирующих под воздействием электронного луча, выделяется дополнительное количество тепла в зоне оплавления за счет экзотермической реакции между компонентами смеси, что позволяет без увеличения мощности электронного луча обеспечить наплавку изделия с максимальным содержанием дисперсной тугоплавкой составляющей в наплавляемом слое с заданным фазовым составом. Используемые исходные смеси порошков, термически реагирующих под воздействием электронного луча, не являются дисперсно-упрочненными порошками, а представляют собой обычную механическую смесь разного сорта порошков. Для обеспечения возможности образования наплавленного слоя из дисперсно-упрочненного композиционного материала на наплавляемом изделии необходимо использовать смесь порошков, термически реагирующих под воздействием электронного луча, в указанном соотношении, при котором в процессе электронно-лучевой наплавки обеспечивается синтез дисперсно-упрочняющей составляющей или синтез связки композиционного материала. Все это также обеспечивает достижение технического результата заявленного технического решения, т. е. расширение технологических возможностей способа и повышение физико-механических свойств наплавляемого изделия.

При использовании в качестве наплавляемого материала порошка дисперсно-упрочненного композиционного материала, представляющего собой равномерно распределенные дисперсные частицы тугоплавкого соединения в металлической матрице одинакового фазового состава, обеспечивается возможность относительно большой скоростью усреднить фазовый состав микрообъема жидкометаллической ванны за счет высокой скорости диффузионных процессов между одинаковыми металлическими фазами каждой частицы наплавляемого порошка. Кроме того, изготовление наплавляемых изделий из металлов, которые присутствуют в наплавляемом порошковом материале, обеспечивает наплавку без границы раздела между наплавляемым изделием и наплавляемым слоем. Данные обстоятельства способствуют достижению технического результата изобретения, а именно: расширение технологических возможностей способа и повышение физико-механических свойств наплавляемого изделия.

Экспериментально установлено, что получение наплавляемых изделий с высокими физико-механическими свойствами невозможно, если содержание тугоплавкой дисперсно-упрочняющей составляющей в наплавляемом слое (связка на основе железа или железных сплавов) превышает 60 вес.%. Это связано с ограничениями технологических возможностей способа из-за того, что содержание металлической составляющей менее 40 вес.% не обеспечивают полного смачивания тугоплавких дисперсных включений в наплавляемом слое, а это не приводит к достижению поставленной задачи.

Соотношение компонентов в наплавляемом порошковом материале выбирают с учетом получения наплавляемого изделия с высокими физико-механическими свойствами и условиями эксплуатации изделия.

При использовании термически реагирующей порошковой смеси, содержащей неметаллический карбид, например карбид бора, при следующем соотношении компонентов в смеси, вес.%:
Карбид бора - 10-70
Карбид титана - 10-70
Титан - Остальное
обеспечивается наплавка на изделие, изготовленное из титанового сплава с получением слоя следующего состава, вес.%:
Борид титана - 10-60
Карбид титана - 10-70
Титан - Остальное
Экспериментально установлено, что износостойкость титановых сплавов увеличивается с возрастанием содержания дисперсной упрочняющей фазы. При содержании последней менее 10% не обеспечивается существенного увеличения износостойкости титановых сплавов. Если содержание тугоплавкой дисперсно-упрочняющей составляющей в наплавляемом слое превышает 70 вес.%, то получение наплавляемого изделия с высокими физико-механическими свойствами невозможно из-за недостаточно полного смачивания тугоплавких дисперсных включений в наплавляемом слое. К достижению технического результата приводит содержание упрочняющей фазы в титановых сплавах в пределах от 10 до 70 вес.%.

При использовании смеси термореагирующих порошков, содержащей ферросплав, например, ферробор, ферротитан, сплав железо-хром-бор, при следующем соотношении компонентов в смеси, вес.%:
FeB (NiB, FeCrB, B₄C) - 10-90
FeTi, (NiTi), Ti - Остальное
обеспечивается возможность получения изделий с наплавкой различных литых борсодержащих слоев. В зависимости от используемых компонентов смеси термореагирующих порошков могут быть представлены в следующем виде: FeB+Ti, FeB+FeTi, FeB+NiTi, FeCrB+Ti, FeCrB+FeTi, FeCrB+NiTi.

Содержание каждого компонента рассчитывается по уравнению химической реакции, например,
xFeB+yFeTi-->TiB₂+Fe+Q, (1)
а при соотношении компонентов в смеси, вес.%:
Ферробор - 50
Ферротитан - Остальное
обеспечивается наплавка на изделие, изготовленное из стали или чугуна, с получением слоя следующего состава, вес.%:
Диборид титана - 33
Железо + титан - Остальное
Наплавка других слоев указанными смесями производится аналогично, используя уравнение (1).

Увеличение количества борсодержащих компонентов в порошковой смеси приводит к формированию неравномерной структуры покрытия, содержащей наряду с TiB₂ непрореагировавшие частицы FeB, Fе₂В и Fe из-за пониженной жидкотекучести расплава. Уменьшение количества борсодержащих компонентов в порошковой смеси ниже указанного значения приводит к появлению в структуре наплавляемого покрытия эвтектических составляющих и низкобористых соединений, снижающих твердость и износостойкость.

При использовании смеси термореагирующих порошков, содержащей нестехиометрический нитрид или карбид переходного металла IV-V групп Периодической системы, например, нестехиометрический нитрид титана, с содержанием неметалла в нем 0,35-0,75 моль, обеспечивается возможность получения изделия с наплавкой дисперсно-упрочняющими включениями из карбонитрида титана. Содержание неметалла 0,35-0,75 моль в нестехиометрическом нитриде титана регламентируется условиями его получения, и соотношение других компонентов в смеси выбирается после расчета химической реакции по следующему уравнению, например:
TiN_1-x+xC-->TiC_xN_1-x+Q, (2)
где х=0,35-0,75 моль.

Углерод для реакции (2) берут из другого компонента смеси, например, чугуна по химической реакции:
[TiN_0.5]+0.5С_[чугун]-->[TiC_0.5N_0.5]+(Fе_сталь) (3)
Для получения определенного состава стальной связки в наплавляемом слое в исходную смесь вводят легирующие элементы, например марганец, хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, азотированный феррованадий, азотированный хром, кремний и др., часть легирующих элементов может вводиться в виде углеродосодержащих ферросплавов, например, феррохром с содержанием углерода 8-9 вес. %. Аналогично легируют с нестехиометрическим карбидом металла IV-V групп Периодической системы.

При использовании смеси с нестехиометрическим нитридом титана при следующем соотношении компонентов смеси, вес.%:
Нестехиометрический нитрид титана - 0,1-43,0
Чугун - 0,1-94,0
Марганец, хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, кремний, азотированный феррохром, азотированный феррованадий, углеродистый феррохром - Остальное
обеспечивается наплавка на изделие, изготовленное из стали или чугуна, с получением слоя следующего состава, вес.%:
Карбонитрид титана - 0,1-53,0
Сталь или чугун - Остальное
Верхнее содержание нестехиометрического нитрида титана в смеси определяется максимальным содержанием углерода в чугуне и углеродистом ферросплаве, а нижние - целесообразностью получения изделия с высокими физико-механическими свойствами.

При использовании в качестве наплавляемого материала смеси термореагирующих порошков следующего состава, вес.%:
Никель - 10-90
Алюминий - 5-90
Карбиды переходного металла IV-VI групп Периодической системы - Остальное
обеспечивается наплавка на изделие из стали с получением слоя следующего состава, вес.%:
Карбид переходного металла IV-VI групп Периодической системы - 10-70
Алюминид никеля - Остальное
Верхнее содержание карбида переходного металла в наплавляемом слое ограничивается технологическими возможностями способа, а нижние - целесообразностью получения изделия с высокими физико-механическими свойствами.

При использовании для наплавки порошков дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе смешанных тугоплавких соединений типа фаз внедрения переходных металлов IV-VI групп Периодической системы: карбонитридов, оксинитридов, оксикарбидов, оксикарбонитридов, боронитридов, силиконитридов, с 30-60 вес.% металлической связкой, например, карбонитриды титана и быстрорежущей стали, обеспечивается возможность получения изделия с наплавкой из карбонитрида титана и быстрорежущей стали. А содержание металлической связки в материале регламентируется условием его получения.

При наплавке на изделие, выполненное из стали, в качестве наплавляемого материала используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес.%:
Карбид переходного металла IV-VI групп Периодической системы - 10-60
Сталь или чугун - Остальное
Экспериментально установлено, что, если содержание тугоплавкой составляющей в наплавляемом слое превышает 60 вес.%, то достижение высоких физико-механических свойств невозможно.

Так, при использовании порошка дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе карбонитрида титана состава TiC_0.5N_0.5 с (30-60) вес.% связкой из быстрорежущей стали обеспечивается наплавка на изделие из стали или чугуна с получением слоя следующего состава, вес.%:
Карбонитрид титана - 40-60
Быстрорежущая сталь - Остальное
Содержание связки в наплавляемом слое регламентируется условиями получения дисперсно-упрочненного композиционного материала.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Берут металлическое изделие, помещают его в вакуумную камеру установки электронно-лучевой наплавки, в качестве которой используют промышленную установку электронно-лучевой сварки типа ЭЛУ-5, дополнительно оборудованную порошковым дозатором и прибором развертки и управления лучом, в качестве которого используется стандартный генератор, обеспечивающий на одном выходе пилообразное, а на другом прямоугольное напряжение, подаваемые на катушку развертки луча. Амплитуда напряжений генератора устанавливается в пределах до 30 В и определяется материалом и формой упрочняемого изделия. Таким образом формируется линейная развертка электронного луча в виде параллельных линий. Затем приготовленную термореагирующую смесь загружают в бункер дозатора, который установлен внутри камеры, камеру вакуумируют до остаточного давления не выше 5•10^-3 мм рт.ст. и включают электропитание электронной пушки, а также приборы развертки и управления лучом. Выполняют развертку сканирующего электронного луча перпендикулярно направлению движения зоны оплавления.

Наплавляемому изделию сообщают перемещение с помощью устройства перемещения изделия установки ЭЛУ-5 и предварительно равномерно оплавляют поверхность изделия до образования жидкометаллической ванны на восстанавливаемой или упрочняемой поверхности изделия.

Приготовленную смесь порошков подают в определенном количестве с помощью дозатора в зону оплавления. Под воздействием сканирующего электронного луча в микрообъеме жидкометаллической ванны происходит экзотермическая реакция в смеси с образованием дисперсно-упрочненного композиционного материала. После наплавки изделия установку отключают от электропитания, в вакуумную камеру напускают атмосферный воздух и выгружают из камеры наплавленное изделие.

Пример 1.

В качестве наплавляемого материала берут смесь термореагирующих порошков, один из компонентов которых выбран из группы неметаллических карбидов, а другой из группы карбидов переходных металлов следующего состава, вес.%:
Карбид бора - 20
Карбид титана - 15
Титан - Остальное
Наплавляют на изделие из титанового сплава марки ВТ8. Под воздействием сканирующего электронного луча в микрообъеме жидкометаллической ванны происходит экзотермическая реакция в смеси с образованием дисперсно-упрочненного композиционного материала. По результатам химического, рентгенофазового и металлографического анализов наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес.%:
Диборид титана - 15
Карбид титана - 15
Титан - Остальное, HRC 55.

Изделие с произведенной наплавкой может эксплуатироваться в условиях газо-абразивного и кавитационного износа.

Пример 2.

В качестве наплавляемого материала берут смесь термореагирующих порошков, один из компонентов которых выбран из группы ферросплавов следующего состава, вес.%:
Ферробор (марки ФБ20) - 59
Ферротитан (марки ФТи 65) - 41
Наплавляют на изделие из стали 3. Под воздействием сканирующего электронного луча в микрообъеме жидкометаллической ванны происходит экзотермическая реакция в смеси с образованием дисперсно-упрочненного композиционного материала. По результатам химического, рентгенофазового и металлографического анализов наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес.%:
Диборид титана - 38
Железо - Остальное
Изделие с данным покрытием может работать в условиях ударно-абразивного износа.

Пример 3.

В качестве наплавляемого материала берут смесь термореагирующих порошков, один из компонентов которой выбран из группы нитридов переходных металлов следующего состава: 68,36 г чугунного порошка с химическим составом: С 3,5; Si 0,61; Mn 0,52; Cr 0,85; Ni 1,74; Р 0,17; S 0,045; Fe остальное; 16,54 г ферросплава с химическим составом: С 5; Si 5,5; Ni 3,98; Mn 2,19; Cr 51,8; Fe остальное; 15 г нестехиометрического нитрида титана состава TiN_0.37; 65 г железного порошка, 1 г FeV (40% V), 1 г FeMo (60% Мо), все крупностью 50-200 мкм.

В результате электронно-лучевой наплавки на изделие из стали 3, проведенной по вышеописанному способу, получают наплавленный слой, который затем исследуют при помощи химического, рентгенофазового и металлографического анализов. По результатам исследования наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес.%: карбонитрид титана состава: TiC_0.63N_0.37 и стальная связка (матрица) состава: С 0,3; Сr 3,4; Si 0,49; Ni 0,68; V 0,3; Мо 0,4; Mn 0.26; S 0,01; Р 0,032; Fe - остальное. HRC - 52. Изделие с произведенной наплавкой может эксплуатироваться в условиях ударно-абразивного износа.

Пример 4.

В качестве наплавляемого материала берут смесь термореагирующих порошков, один из компонентов которой выбран из карбидов переходных металлов при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Никель - 45
Алюминий - 5
Карбид вольфрама - Остальное
Наплавляют на изделие из стали 20Х13. По результатам химического, рентгенофазового и металлографического анализов наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес. %:
Ni₃Аl - 50
WC - Остальное, HRC 55
Изделие с произведенной наплавкой может эксплуатироваться в условиях газоабразивного и кавитационного износа. Покрытие может использоваться как термобарьерное и жаропрочное.

Пример 5.

В качестве наплавляемого материала берут порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес.%:
Карбид титана - 35
Быстрорежущая сталь (марки Р6М5) - Остальное
Наплавляют на изделие из стали 3. По результатам химического, рентгенофазового и металлографического анализов наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес. %:
Карбид титана - 35
Быстрорежущая сталь (марки Р6М5) - Остальное
Пример 6.

В качестве наплавляемого материала берут порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес.%:
Карбонитрид титана состава TiC_0.5N_0.5 - 50
Быстрорежущая сталь - Остальное
Наплавляют на изделие из стали 45 и по результатам химического, рентгенофазового и металлографического анализов наплавленный слой представляет собой дисперсно-упрочненный композиционный материал следующего состава, вес. %:
Карбонитрид титана состава TiC_0.5N_0.5 - 50
Быстрорежущая сталь - 50 с HRC 72
Изделие может подвергаться термической обработке. Оно может эксплуатироваться в инструментах для резания металлов, валиков прокатки, горячего металла, породоразрушающего инструмента. Другие изделия с наплавкой из дисперсно-упрочненного композиционного материала, в частности оксинитрид титана или циркония, с медной или никелевой связкой, используемые в качестве наплавляемого материала, могут эксплуатироваться как декоративные или как кристаллизаторы для непрерывного литья заготовок.

Таким образом, предлагаемый способ электронно-лучевой наплавки позволяет расширить технологические возможности способа и повысить физико-механические свойства наплавляемых изделий.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам обработки порошковых материалов с применением процессов электронно-лучевой наплавки, и может быть использовано для восстановления изношенных поверхностей различных изделий. На поверхности металлического изделия создают зону оплавления электронным лучом с линейной разверткой в виде нескольких параллельных линий. Наплавляемый материал подают в зону оплавления. Наплавляемому изделию сообщают перемещение. Поверхность изделия предварительно очищают оплавлением электронным лучом без подачи наплавляемого материала. Развертку электронного луча выполняют перпендикулярно направлению перемещения изделия. В качестве наплавляемого материала используют смесь порошков, термически реагирующих под воздействием электронного луча, или дисперсно-упрочненных композиционных порошков. Таким образом, способ электронно-лучевой наплавки позволяет расширить технологические возможности способа и повысить физико-механические свойства наплавляемых изделий. 6 з.п. ф-лы.

1. Способ электронно-лучевой наплавки, при котором на поверхности металлического изделия создают зону оплавления электронным лучом с линейной разверткой в виде нескольких параллельных линий, наплавляемый материал подают в зону оплавления, а наплавляемому изделию сообщают перемещение, отличающийся тем, что наплавляемую поверхность изделия предварительно очищают оплавлением электронным лучом без подачи наплавляемого материала, развертку электронного луча выполняют перпендикулярно направлению перемещения изделия, причем очистку и наплавку производят последовательно, а в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков, по крайней мере один из компонентов которой выбран из групп неметаллических карбидов, или нестехиометрических карбидов, или нитридов переходных металлов IV и V групп Периодической системы с содержанием неметалла в них 0,35-0,75 моль, или ферросплавов, или карбидов переходных металлов IV-VI групп Периодической системы, или порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе смешанных тугоплавких соединений типа фаз внедрения переходных металлов IV-VI групп Периодической системы с 30-60 вес. % металлической связки, по крайней мере одна из которой выбрана из групп стали, или чугуна, или металлов I, VI и VIII групп Периодической системы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке на изделие, выполненное из титанового сплава, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес. %:
Карбид бора - 10-70
Карбид титана - 10-70
Титан - Остальное
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес. %:
Борид железа, или борид никеля, или карбид бора, или сплав железо-хром-бор (FeCrB) - 10-90
Ферротитан, или никелид титана, или титан (Fe Ti, или NiTi, или Ti) - Остальное
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес. %:
Нестехиометрический нитрид титана - 0,1-43
Чугун - 0,1-94
Марганец, хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, кремний, азотированный феррохромом, азотированный феррованадий - Остальное
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве наплавляемого материала используют смесь термореагирующих порошков следующего состава, вес. %:
Никель - 10-90
Алюминий - 5-90
Карбид переходного материала IV-VI групп Периодической системы - Остальное
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке на изделие, выполненное из стали или чугуна, в качестве наплавляемого материала используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес. %:
Карбид переходного металла IV-VI групп Периодической системы - 10-60
Сталь или чугун - Остальное
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке на изделие, выполненное из стали, в качестве наплавляемого материала используют порошок дисперсно-упрочненного композиционного материала следующего состава, вес. %:
Карбонитрид титана - 40-60
Быстрорежущая сталь - Остальное