Установление физической природы структурно-фазовых превращений и высоких эксплуатационных свойств быстрорежущих сплавов, сформированных плазменной наплавкой порошковыми проволоками в среде азота

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-19-00186

НазваниеУстановление физической природы структурно-фазовых превращений и высоких эксплуатационных свойств быстрорежущих сплавов, сформированных плазменной наплавкой порошковыми проволоками в среде азота

Руководитель Громов Виктор Евгеньевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" , Кемеровская обл (Кузбасс)

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова физическая природа, свойства, быстрорежущие сплавы, плазменная наплавка в среде азота, порошковая проволока, структура, фазовый состав

Код ГРНТИ55.23.09

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящен решению актуальной и научно значимой задачи получения плазменной наплавкой в защитно – легирующей среде азота порошковыми проволоками быстрорежущих сплавов, обладающих повышенными эксплуатационными свойствами и их комплексного исследования методами современного физического материаловедения. Для этого будут рассчитаны и отработаны режимы, получены объемные образцы по технологии плазменной наплавки на обратной полярности нетоковедущей порошковой проволокой. Далее они будут подвергнуты высокотемпературному отпуску и электронно-пучковой обработке в различных режимах. На основании комплексных исследований полученных образцов будут установлены физические механизмы влияния термических циклов плазменной наплавки, термообработки и электронно-пучковой обработки на структуру и механические свойства теплостойких сплавов заданного состава. Анализ результатов позволит определить режимы обработки образцов, приводящих к наилучшим свойствам. Эти свойства будут превосходить имеющиеся аналоги. Будут изучены воздействия тепловых и механических полей на формирование временных и остаточных напряжений в наплавленных деталях, их структура и фазовый состав. Будет раскрыт физический механизм явления повышенной пластичности («сверхпластичности»), позволяющий получать наплавленный металл в закаленном состоянии без трещин и дефектов макро и микроструктуры. Выполнение проекта позволит получить новые результаты в области изготовления наплавленных деталей с применением быстрорежущих сплавов, обладающих свойствами, приближенными или превосходящими свойства изделий, получаемых широко распространенными методами. Актуальность проекта заключается в необходимости решения существующей проблемы получения наплавленных быстрорежущих теплостойких сплавов в закаленном состоянии без трещин и дефектов макро и микроструктуры, прогнозирования фазового состава и механических свойств теплостойких сплавов при их получении плазменной наплавкой в среде азота, а также в установлении влияния высокотемпературной обработки на их свойства . В настоящее время, несмотря на стремительно возрастающее количество работ по теме плазменной наплавки теплостойкими сплавами высокой твердости, не установлены единые критерии, определяющие формирование той или иной структуры в данных материалах. Остается не изученным влияние плазменной наплавки в среде азота и термической обработки на их поверхностные свойства. Также является малоисследованным применение явления повышенной пластичности («сверхпластичности»), позволяющего получать наплавленные теплостойкие сплавы в закаленном состоянии без трещин и дефектов макро и микроструктуры. Новизна проекта заключается в получении новых результатов эволюции структуры и свойств наплавленного теплостойкого металла, полученного методом плазменной наплавки в среде азота и высокотемпературным отпуском. Исследования структуры, фазового и химического состава покрытий после наплавки и наплавки с термообрабрткой будут проведены методами рентгеновской дифракции, оптической, просвечивающей и сканирующей электронной дифракционной микроскопии. Будут исследованы прочностные свойства, определены значения микро- и нанотвердости, модуль Юнга, коэффициент трения, а также другие свойства. Таким образом, исследование теплостойких сплавов, полученных плазменной наплавкой в среде азота, а также влияния на их свойства высокотемпературной обработки, является в настоящее время актуальным и своевременным.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Иванов Ю.Ф., Чапайкин А.С., Гусева Т.П., Романов Д.А., Громов В.Е. Преобразование структуры и свойств наплавки Р18Ю после высокотемпературного отпуска и электронно-пучковой обработки Проблемы черной металлургии и материаловедения, 3, 62–79 (год публикации - 2023)
10.54826/19979258_2023_3_62

2. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Потекаев А.И., Гусева Т.П., Чапайкин А.С., Ващук Е.С., Романов Д.А. Structure and properties of R18U surfacing of highspeed steel after its high tempering Russian Physics Journal, 66, 7, 731-739 (год публикации - 2023)
10.1007/s11182-023-02999-w

3. Гостевская А.Н., Черепанова Г.И., Малушин Н.Н., Громов В.Е., Бащенко Л.П. Влияние легирования алюминием и азотом на упрочнение наплавленных быстрорежущих сплавов РИЦ УУНиТ, Уфа, 217-219 (год публикации - 2023)

4. Бащенко Л.П., Почетуха В.В., Михайличенко Т.А. Влияние отпуска на структуру наплавленных покрытий из быстрорежущей стали Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия, 6 (год публикации - 2023)

5. Гостевская А. Н., Черепанова Г. И., Малушин Н. Н., Громов В. Е., Бащенко Л. П. Ускоренные испытания деталей металлургического оборудования, наплавленных теплостойкими быстрорежущими сплавами в азоте УрФУ, Екатеринбург, 387-391 (год публикации - 2023)

6. Почетуха В.В., Бащенко Л.П., Гостевская А.Н., Будовских Е.А., Громов В.Е., Чапайкин А.С. Структура и свойства плазменных покрытий из быстрорежущей стали после высокотемпературного отпуска Вестник Сибирского государственного индустриального университета, Новокузнецк, №3(45), 30-38 (год публикации - 2023)
10.57070/2304-4497-2023-3(45)-30-38

7. Невский С.А., Бащенко Л.П., Перегудов О.А. Формирование градиента структурно-фазовых состояний быстрорежущей стали при наплавке. Часть 1. Решение задачи Стефана с двумя подвижными границами Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия, 66(5), 587-593. (год публикации - 2023)
10.17073/0368-0797-2023-5-587-593

8. Малушин Н.Н., Громов В.Е., Романов Д.А., Бащенко Л.П., Гостевская А.Н. Технология упрочнения деталей металлургического оборудования быстрорежущими сплавами с азотом Заготовительные производства в машиностроении, 21, 10, 441-447 (год публикации - 2023)
10.36652/1684-1107-2023-21-10-441-447

9. Малушин Н.Н., Громов В.Е., Романов Д.А., Бащенко Л.П., Ковалев А.П. Разработка комплексной технологии упрочнения валков холодной прокатки плазменной наплавкой Заготовительные производства в машиностроении, 21, 7, 296–302 (год публикации - 2023)
10.36652/1684-1107-2023-21-7-296-302

10. Невский С.А., Бащенко Л.П., Громов В.Е. Формирование в процессе наплавки градиента структурно-фазовых состояний быстрорежущей стали Научно-технический семинар «Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов», издательство НИТУ МИСИС, Москва, с. 127 (год публикации - 2024)

11. Вострецов Г.Н., Малушин Н.Н., Бащенко Л.П., Громов В.Е. Влияние алюминия на структуру и свойства наплавленной в азотосодержащей среде экономнолегированной быстрорежущей стали Заготовительные производства в машиностроении, 22, 9, 397-402 (год публикации - 2024)
10.36652/1684-1107-2024-22-9-397-402

12. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Гусева Т.П., Чапайкин А.С., Ващук Е.С., Романов Д.А. Structure and Properties of High-Speed Steel Surfaised Layer Irradiated by Pulsed Electron Beam Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 18, 2, 361-371 (год публикации - 2024)
10.1134/S102745102402006X

13. Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Миненко С.С,. Семин А.П., Чапайкин А.С., Невский С.А., Шлярова Ю.А. Структура и свойства наплавок быстрорежущими сталями Структура и свойства наплавок быстрорежущими сталями, Полиграфист, Новокузнецк, 193 с. (год публикации - 2024)

14. Малушин Н.Н., Громов В.Е., Романов Д.А., Бащенко Л.П., Гостевская А.Н. Твердость активного слоя рабочих валков холодной прокатки, сформированного многослойной плазменной наплавкой в среде азота Материалы во внешних полях : труды XII Международного онлайн симпозиума, Издательский центр СибГИУ, Новокузнецк, 16-17 с. (год публикации - 2024)

15. Невский С.А., Бащенко Л.П., Громов В.Е., Перегудов О.А., Гостевская А.Н., Володин Т.В. Изучение процесса формирования градиента структурно-фазовых состояний быстрорежущей стали при наплавке Актуальные проблемы прочности : материалы LXVIII международной научной конференции, Издательство «ИВЦ Минфина», Минск, 32-34 (год публикации - 2024)

16. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Юрьев А.Б., Миненко С.С., Чапайкин А.С., Литовченко И.Ю., Семин А.П. Структурно-фазовые изменения наплавки быстрорежущей стали при отпуске и электронно-пучковой обработке Вопросы материаловедения, 4, 120, 7-18 (год публикации - 2024)
10.22349/1994-6716-2024-120-4-00-00

17. Малушин Н.Н., Громов В.Е., Вострецов Г.Н., Романов Д.А., Бащенко Л.П., Гостевская А.Н., Гусева Т.П. Структура и свойства быстрорежущего сплава Р2М9ЮАТ, сформированного плазменной наплавкой в азоте порошковой проволокой Заготовительные производства в машиностроении, 22, 3, 129-134 (год публикации - 2024)
10.36652/1684-1107-2024-22-3-129-134

18. Невский С.А., Бащенко Л.П., Громов В.Е., Филяков А.Д. Напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя быстрорежущей стали при плазменной наплавке Деформация и разрушение материалов, 6, 2-10 (год публикации - 2024)
10.31044/1814-4632-2024-6-2-10

19. В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, С.С. Миненко, А.Б. Юрьев, С.В. Коновалов, А.С. Чапайкин, И.Ю. Литовченко, А.П. Семин Электронно-микроскопический анализ структурно-фазовых состояний плазменной быстрорежущей наплавки после отпуска и электронно-пучковой обработки Проблемы черной металлургии и материаловедения, 3, 113-126 (год публикации - 2024)
10.54826/19979258_2024_3_113

20. Будовских Е.А., Бащенко Л.П., Громов В.Е., Черепанова Г.И., Почетуха В.В., Малушин Н.Н. Формирование структуры покрытий из быстрорежущей стали при плазменной наплавке, последующем отпуске и электронно-пучковой обработке Физика и химия обработки материалов, 3, 13-20 (год публикации - 2024)
10.30791/0015-3214-2024-3-13-20

21. Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Потекаев А.И., Гусева Т.П., Юрьев А.Б., Чапайкин А.С. Effect of tempering on structure and properties of plasma surfacing of R2M9U high-speed tool steel Russian Physics Journal, 67, 3, 259-266 (год публикации - 2024)
10.1007/s11182-024-03117-0

22. Громов В.Е., Чапайкин А.С., Невский С.А. Структура, свойства и модели быстрорежущей стали после отпуска и электронно-пучковой обработки Структура, свойства и модели быстрорежущей стали после отпуска и электронно-пучковой обработки, Полиграфист, г. Новокузнецк, 171 с. (год публикации - 2024)

23. Иванов Ю.Ф., Чапайкин А.С. Миненко С.С., Громов В.Е., Кондратова О.А., Семин А.П. Электронно-микроскопические исследования зоны контакта наплавки быстрорежущей стали Материалы во внешних полях : труды XII Международного онлайн симпозиума, 98-99 (год публикации - 2024)

24. Будовских Е.А., Громов В.Е., Гостевская А.Н. Особенности структуры покрытия быстрорежущей стали Р2М9Ю при плазменной наплавке и последующем высокотемпературном отпуске Научно-технический семинар «Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов», издательство НИТУ МИСИС, Москва, с. 123 (год публикации - 2024)

25. Гусева Т.П., Громов В.Е., Гостевская А.Н., Кондратова О.А., Малушин Н.Н. Структура и свойства наплавки новой быстрорежущей стали Р2М9 Актуальные проблемы прочности : материалы LXVIII международной научной конференции, Издательство «ИВЦ Минфина», Минск, с. 5 (год публикации - 2024)

26. Чапайкин А.С., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Семин А.П. Структурно-фазовые состояния быстрорежущей наплавки после электронно-пучковой обработки Новые материалы и технологии: сборник научных статей XI Российско-Казахстанской молодежной научно-технической конференции, Издательство Алтайского государственного университета, 44-47 с. (год публикации - 2024)

27. Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Юрьев А.Б., Миненко С.С., Гостевская А.Н. Структура и свойства плазменной наплавки из быстрорежущей стали Р2М9Ю Металловедение и теpмичеcкая обpаботка металлов, 6, 828, 74-78 (год публикации - 2024)
10.30906/mitom.2024.6.74-78

28. Чапайкин А.С., Громов В.Е., Черепанова Г.И., Перегудов О.А. Изменение структуры и свойств наплавленного слоя из быстрорежущей стали после отпуска и электронно-пучковой обработки Заготовительные производства в машиностроении, 22, 1, 35-39 (год публикации - 2024)
10.36652/1684-1107-2024-22-1-35-39

29. Емелюшин А.Н., Миненко С.С., Громов В.Е., Чапайкин А.С. Структура и свойства быстрорежущего сплава Р2М9ЮАТ после наплавки и отпуска Вестник магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 22, 3, 113-120 (год публикации - 2024)
10.18503/1995-2732-2024-22-3-113-120

30. Гусева Т.П., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Юрьев А.Б., Чапайкин А.С. Структурно-фазовое состояние и свойства плазменной наплавки быстрорежущей стали Р2М9Ю после отпуска Проблемы черной металлургии и материаловедения, 1, 72-80 (год публикации - 2024)
10.54826/19979258_2024_1_72

31. Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Юрьев А.Б., Миненко С.С., Гостевская А.Н. Structure and properties of plasma cladding of high-speed steel S2-9-2 (W2Mo9Al) Metal Science and Heat Treatment, 66, 5-6, 390-395 (год публикации - 2024)
10.1007/s11041-024-01062-w

32. Володин Т.В., Невский С.А., Громов В.Е., Бащенко Л.П., Шамсутдинова Д.В. Структурно-фазовые состояния и свойства быстрорежущей стали после импульсных энергетических воздействий Вестник сибирского государственного индустриального университета, 2, 48, 43-52 (год публикации - 2024)
10.57070/2304-4497-2024-2(48)-43-52

33. Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Емелюшин А.Н., Потекаев А.И., Миненко С.С., Чапайкин А.С. Modification of structure and properties of surfacing of high-speed steel by electron-beam treatment Russian Physics Journal, 67, 6, 727-732 (год публикации - 2024)
10.1007/s11182-024-03172-7

34. Громов В.Е., Чапайкин А.С., Невский С.А., Перегудов О.А. Быстрорежущая сталь после отпуска и электронно-пучковой обработки Быстрорежущая сталь после отпуска и электронно-пучковой обработки, Полиграфист, Новокузнецк, 135 с. (год публикации - 2024)

35. Невский С.А., Бащенко Л.П., Громов В.Е., Шамсутдинова Д.В., Михайлов Д.Д. Изучение структурно-фазовых состояний поверхностного слоя быстрорежущей стали при наплавке Материалы во внешних полях : труды XII Международного онлайн симпозиума, Издательский центр СибГИУ, Новокузнецк, 42-43 (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Выполненные в отчетном году работы: 1. Исследовано влияние модифицированной поверхности на напряженно-деформированное состояние образцов наплавленной стали Р2М9Ю после плазменной наплавки, высокотемпературного отпуска и электронно-пучковой обработки в лицензионном пакете программ конечно-элементного моделирования. 2. Произведен расчет химического состава компонентов, формирующих быстрорежущую теплостойкую экономно-легированную стали системы вольфрам–молибден (стали типа Р2М9Ю) для выбора материалов порошковой проволоки, которая в последующем использовалась для наплавки покрытий. Запатентована и изготовлена многокомпонентная порошковая проволока. 3. В различных режимах получены наплавочные покрытия по технологии плазменной наплавки в среде азота. Осуществлена модификация покрытий с применением высокотемпературного отпуска и электронно-пучковой обработки. 4. Проведены исследования покрытий методами световой, сканирующей, просвечивающей электронной микроскопии, в том числе с приставками для микрорентгеноспектрального анализа. Также для исследований применен метод рентгеноструктурного анализа. Исследована шероховатость покрытий. 5. Определены ключевые для данного типа покрытий свойства: микротвердость, нанотвердость, коэффициент трения, износостойкость, модуль Юнга. 6. Выше описанные работы выстроены в логическую констатацию исследований, основанную на взаимосвязи теоретических исследований, исследований структуры и свойств полученных покрытий. Полученные в отчетном году научные результаты: 1. Впервые осуществлено формирование покрытия Р2М9Ю посредствам плазменной наплавки в среде азота на поверхности легированной конструкционной стали 30ХГСА. Установлено влияние последующих многократного высокотемпературного отпуска и электронно-пучковой обработки на трансформацию структуры и свойств наплавочных слоев. 2. После наплавки покрытие имеет структуру каркасного типа. Каркас декорирует первичные зерна и сформирован карбидной фазой. В структуре первичных зерен располагаются два-три вторичных зерна, границы которых декорированы частицами вторичной фазы. После многократного отпуска структура наплавленного слоя сохраняется и является бимодальной зеренной структурой, совмещенной со структурой каркасного типа. После электронно-пучковой обработки многократно отпущенного наплавочного покрытия формируется сотовая структура с размером сотов 850–250 мкм. В переходной зоне формируется поликристаллическая структура, по границам зерен которой карбидный каркас отсутствует. Независимо от исследуемого состояния материала, в переходной зоне формируется мартенситная структура пластинчатого типа. Наряду с мартенситом (твердый раствор на основе ОЦК кристаллической решетки железа) в переходной зоне присутствует остаточный аустенит (твердый растров на основе ГЦК кристаллической решетки железа), располагающийся в виде протяженных прослоек по границам пластин мартенсита и в виде отдельно расположенных зерен субмикронных и микронных размеров. Переходная зона характеризуется наличием большого количества частиц карбидной фазы различной морфологии (пластинки, глобулы, сферы) и размеров (от единиц до десятков нанометров). Частицы располагаются по границам зерен, кристаллов мартенсита и прослоек аустенита, в объеме пластин мартенсита на дислокациях. Элементный состав частиц карбидной фазы разнообразен: выявлены карбиды на основе железа (Fe3С), ванадия (V2C), вольфрама (W2C), хрома (CrС, Cr3C2, и Cr7C3), молибдена (MoC и Mo2C), карбиды многоэлементного состава типа Me6C (Fe3W3С) и Me12C (Fe6W6С). Очевидно, что разнообразный набор карбидной фазы обусловлен сложным элементным составом наплавляемого на сталь материала. 3. Уровень шероховатости поверхности слоя стали Р2М9Ю, наплавленного на сталь 30ХГСА, практически не изменяется при дополнительном многократном отпуске. Наплавленный слой стали Р2М9Ю в исходном состоянии имеет параметры шероховатости Ra = 1,9 мкм, Rz = 11,9 мкм, а после многократного отпуска Ra = 2,0 мкм, Rz = 13,8 мкм. Последующее облучение наплавленного слоя стали Р2М9Ю импульсным электронным пучком (18 кэВ, 30 Дж/см2, 50 мкс, 0,3 с-1, 0,02 Па) сопровождается формированием островковой структуры с размером островков 1–2 мм. Это приводит к повышению уровня шероховатости наплавленного слоя до значений Ra = 5,8 мкм и Rz = 28,2 мкм. Поверхность островков характеризуется сравнительно низким уровнем шероховатости: Ra = 1,5 мкм и Rz = 7,1 мкм. 4. Высокотемпературный отпуск не приводит к изменению параметра износа (износостойкости наплавки) и сопровождается незначительным (на 5,3 %) увеличением коэффициента трения. Дополнительное облучение образцов, подвергнутых высокотемпературному отпуску, импульсным электронным пучком в оптимальном режиме приводит к кратному (более чем в 4 раза) снижению параметра износа (повышению износостойкости материала) и некоторому снижению величины коэффициента трения (на 16,3 %). Очевидно, что выявленное кратное увеличение износостойкости наплавленного слоя после облучения импульсным электронным пучком обусловлено преобразованием структуры и фазового состава материала, имеющем место при высокоскоростном плавлении и последующей высокоскоростной кристаллизации поверхностного слоя наплавленного материала. После плазменной наплавки стали Р2М9Ю в среде азота параметр износа составляет 1,5х10-5, мм3/Н*м, а коэффициент трения составляет 0,57. После плазменной наплавки стали Р2М9Ю в среде азота и высокотемпературного отпуска параметр износа составляет 1,5х10-5, мм3/Н*м, а коэффициент трения составляет 0,60. После плазменной наплавки стали Р2М9Ю в среде азота, высокотемпературного отпуска и электронно-пучковой обработки параметр износа составляет 0,37х10-5, мм3/Н*м, а коэффициент трения составляет 0,49. 5. Установлен высокий уровень структурной неоднородности наплавленного слоя, что подтверждено измерением модуля Юнга по сечению покрытий. 6. Значения микротвердости поверхности после наплавки, комбинации наплавки и первого, второго и третьего отпуска, а также после наплавки, отпуска и электронно-пучковой обработки соответственно составили 5500, 6750, 7400, 7450 и 8440 МПа. 7. Результаты моделирования с использованием метода конечных элементов показали сопоставимые характеристики по сравнению с проведенными исследованиями структуры и свойств.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Выполненные работы. 1. По технологии плазменной наплавки в среде азота получены покрытия из быстрорежущей безвольфрамовой теплостойкой стали высокой твердости типа М9Ю, подвергнутых высокотемпературному отпуску и электронно-пучковой обработке. 2. Исследована структура покрытий методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализа, определены параметры шероховатости поверхности. 3. Исследованы свойства покрытий: микро- и нанотвердость, модуль Юнга, коэффициент трения, износостойкость в условиях сухого трения. 4. Получен комплекс физико-математических моделей формирования структуры покрытий. 5. Осуществлен анализ результатов исследований и выбор финальных параметров. Полученные научные результаты. 1. Разработан и всесторонне изучен с позиции исследования структуры и свойств способ наплавки покрытий из быстрорежущей безвольфрамовой теплостойкой стали высокой твердости типа М9Ю, подвергнутых высокотемпературному отпуску и электронно-пучковой обработке. 2. Сформированные покрытия обладают комплексом повышенных свойств: микро- и нанотвердость, модуль Юнга, коэффициент трения, износостойкость в условиях сухого трения. 3. После наплавки слой толщиной ~ 10 мм имеет поликристаллическую структуру и содержит зерна α-фазы и зерна пластинчатой эвтектики. Структура представленна α-фазой (твердый раствор на основе ОЦК кристаллической решетки Fe), γ-фазой (твердый раствор на основе ГЦК кристаллической решетки Fe), карбидов сложного состава Me23C6 и Me6C, карбида железа состава Fe2C. Основной фазой (65 мас. %) является твердый раствор на основе α-Fe. Формирование наплавленного слоя сопровождается мартенситным  → α превращением с образованием структуры пластинчатого мартенсита. Остаточный аустенит располагается в виде тонких прослоек по границам пластин мартенсита, либо в виде островков в стыках границ зерен. Показано, что зерна эвтектики сформированы чередующимися слоями карбида типа Me23C6 или Me6C и слоями α-фазы. Реже вдоль границ зерен α-фазы обнаруживаются монолитные включения карбидов типа Me23C6 или Me6C. 4. Высокотемпературный отпуск наплавленного слоя не приводит к изменению морфологии структуры наплавки на макроуровне: выявляется поликристаллическая структура, сформированная зернами эвтектики и зернами твердого раствора на основе α-железа (ОЦК кристаллическая решетка). Выявлено формирование многофазной структуры, представленной α-фазой (твердый раствор на основе ОЦК кристаллической решетки Fe), γ-фазой (твердый раствор на основе ГЦК кристаллической решетки Fe), карбидов сложного состава Me23C6 и Me6C, карбидов железа состава Fe3C и хрома состава Cr3C2. Основными фазами являются твердый раствор на основе α-Fe (85 мас. %) и карбиды сложного состава Me23C6 (9 мас. %) и Me6C (6 мас. %), формирующие зерна эвтектики. Отпуск наплавленного слоя сопровождается допревращением остаточного аустенита с образованием по границам кристаллов мартенсита наноразмерных частиц карбидов железа и хрома. Вдоль межфазных границ раздела и в объеме пластин карбидной фазы зерен эвтектики выявлены микротрещины, которые могут инициировать разрушение материала наплавленного слоя при механических нагрузках. 5. Наплавленный слой после электронно-пучковой обработки имеет структуру высокоскоростной ячеистой кристаллизации с размером ячеек 0,15–0,25 мкм. Выявлены два типа ячеек кристаллизации, расположенных обособленными областями: ячейки первого типа (сформировались в результате высокоскоростной кристаллизации объемов расплавленных зерен твердого раствора на основе α-железа) с границами практически свободными от выделений второй фазы и ячейки второго типа (сформировались при кристаллизации объемов расплавленных зерен эвтектики) – по границам располагаются протяженные прослойки карбидной фазы (карбиды сложного состава типа Me23C6, карбиды хрома Cr7C3, Cr3C2 и карбиды молибдена MoC), размеры частиц которых изменяются в пределах 25–43 нм. 6. Наплавленный слой в зоне контакта (интерфейса) «покрытие–подложка» имеет поликристаллическую структуру и сформирован зернами на основе α-фазы и зернами эвтектики. Формирование наплавки сопровождается созданием переходного слоя толщиной до 100 мкм. Основной фазой переходного слоя является α-фаза (твердый раствор на основе ОЦК кристаллической решетки железа), в небольшом количестве присутствует γ-фаза (твердый раствор на основе ГЦК кристаллической решетки железа) и карбиды сложного состава Me6C и Me23C6, а также МоС и цементит. Зона контакта наплавки и стали 30ХГСА не содержит микротрещин и микропор, что свидетельствует о металлургическом типе связи наплавки и подложки. В зоне контакта структура стали 30ХГСА (подложки) сохраняет феррито-перлитное состояние, однако наблюдается существенное (до 1,5–2,3 мкм) снижение размеров зерен феррита. Переходный слой имеет закалочную структуру, представленную пластинами и пакетами мартенсита, прослойками остаточного аустенита и наноразмерными частицами цементита. Переходный слой, непосредственно примыкающий к наплавке, содержит протяженные прослойки эвтектики, сформированной α-фазой и карбидами состава Me23C6 и МоС. 7. Волнообразная линия сплавления покрытия из молибденовой быстрорежущей стали с подложкой из стали 30ХГСА способствует наиболее эффективной разрядке концентраторов растягивающих напряжений и тем самым предотвращает развитие трещин и, как следствие, отслаивание покрытия. 8. Для покрытия, облученного электронным пучком установлено, что воздействие электронного пучка приводит к формированию биполярной термоупругой волны с устойчивыми полюсами в области растягивающих и сжимающих напряжений, которые расположены на расстоянии 4,275 и 12,826 мкм от поверхности облучения. Максимум растягивающих напряжений обусловлен как формированием волны растяжения, так и закалочными эффектами, а также наличием карбидных фаз. Максимум сжимающих напряжений обусловлен наложением падающей и отраженной термоупругих волн. Вне зависимости от времени воздействия пластической деформацией охвачен слой толщиной до 20 мкм. Наибольшие значения этой деформации наблюдаются вблизи поверхности материала. 9. Предложен механизм образования кратеров при электронно-пучковой обработке, заключающийся в протекании на границе расплава с плазмой комбинированной термо-, концентрационно-, испарительно-капиллярной неустойчивости и неустойчивости Рэлея-Тейлора. Получена трехмодовая зависимость скорости роста возмущений поверхности раздела расплава и плазмы от длины волны. Первый максимум обусловлен градиентом концентрации, он приходится на длину волны 4,4 мкм. Два других максимума приходятся на длины волн 12,7 и 191,8 мкм, соответственно, и обусловлены градиентом температуры, ускорением расплава и давлением отдачи паров.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Возможно создание новой или усовершенствование производимой продукции: инструментов, защищённых покрытиями из быстрорежущих теплостойких сталей высокой твердости типа Р18Ю, Р2М9Ю и М9Ю, полученных описанными в проекте методами.