Фундаментальные основы получения электродуговых покрытий из высокоэнтропийных порошковых проволок.

На первом этапе проекта опытным путем были подобраны составы высокоэнтропийной порошковой проволоки системы Al-Co-Cr-Fe-Mn. Проведена автоматическая дуговая наплавка исследуемого состава проволок. Подобраны режимы работы сварочного трактора с целью формирования бездефектных наплавок из высокоэнтропийной проволоки системы Al-Co-Cr-Fe-Mn. Изготовлены образцы для проведения следующих видов испытаний: определение химического состава, рентгенофазового состава, микроструктурные исследования, испытания на износостсойкость, определении микротвердости, нанотвердости, модуля Юнга, определения ударной вязкости, механических испытаний на растяжение, исследование образцов методом сканирующей электронной микроскопии, исследование образцов методом просвечивающей электронной микроскопии. Анализ рентгеноспектрального и спектрально-эмиссионного анализа исследуемых образцов показал что исследуемый сплав в основном состоит из: (масс.%): 3,27 Al; 5,48 Co; 6,25 Cr; 6,47 Mn, остальное Fe и различные химические элементы. Рентгенофазовый анализ позволил оценить фазовый состав сформированного сплава. Основные пики, обнаруженные с помощью рентгеновской дифракции, указывают на преобладание сплава со структурой α-Fe. Анализ данных по микротвердости образцов в зависимости от расстояния показал, что твердость вблизи подложки составляет порядка 170 НВ, с увеличением до 360 НВ в области материала, находящегося на расстоянии 10 мм от подложки. Среднее значение микротвердости исследуемого образца составляет 289 НВ, что в два раза выше чем у основного металла (подложки 09Г2С). Анализ нанотвердости (нагрузка на индентор 500 мН), проведенный по глубине от поверхности образцов через каждые 10 мкм, показал неравномерное распределение твердости. Среднее значение нанотвердости составляет 1.54±0.45 ГПа. Анализ изменения модуля Юнга показал подобные изменению нанотвердости эффекты, среднее значение модуля Юнга составляет: 144.11±24.35 ГПа. Полученные результаты износостойкости наплавленного сплава соответствуют показателям наплавленного металла проволокой 30ХГСА. Анализ механических свойств показал, что предел прочности при растяжении (UTS) и относительное удлинение (TE) в образцах, вырезанных из области около подложки, составляет UTS=300-1065 МПа, а TE=1,3-22,9%; вырезанных из области посередине заготовки, UTS=300-1170 МПа, а TE=2,8-19%; Отмечено что, наилучшие свойства показали образцы, находящиеся посередине подложки. Тем не менее, было установлено, что свойства полученного сплава имеют значения ниже, чем для материала, изготовленного по другой технологии. Анализ ударной вязкости KCU показал, что образцы, вырезанные из области около подложки имеют близкие по характеристикам значения к стали 09Г2С, составляет KCU=64-66 Дж/см^2; вырезанных из области посередине заготовки оказались значительно хрупче KCU=7,8-8,4 Дж/см^2. Резюмируя можно сказать, что образцы, по видимому, очень неоднородные по составу и имеют дефекты наплавки. Это видно по излому и диаграммам. Методами сканирующей электронной микроскопии проведена оценка состава неметаллических включений наплавленного слоя. Анализ элементного состава показал следующее распределение элементов в исследуемом сплаве: (масс.%): 3,13 Al; 4,84 Co; 5,03 Cr; 74,61 Fe; 5,73 Mn. Результаты исследования микроструктуры исследуемого образца указывают на то, что в структуре наплавленного слоя присутствуют дефекты в виде пор, особенно явно это выражено в зоне сплавления основного металла и наплавленного слоя. Структура наплавленного металла имеет видманштеттовую направленность в сторону отвода тепла, что характерно для наплавки. Методом ПЭМ выполнено исследование 2 образцов указанного сплава на просвечивающем электронном микроскопе высокого разрешения Tecnai G2 30 Twin, оборудованного системой энергодисперсионного рентгеновского анализа EDAX, при ускоряющем напряжении 300 кВ. Методом тонких фольг электронномикроскопически изучены микроструктура и фазовый состав образцов многокомпонентного сплава, вырезанных из различных участков наплавленного покрытия. Исследование структуры и фазовый анализ проведены методом просвечивающей электронной микроскопии с использованием стандартных методик: светлопольных, темнопольных изображений и микродифракции электронов. Проведенное электронно-микроскопическое исследование выявило, что сплав вблизи поверхности наплавки характеризуется двухфазной структурой, состоящей из мартенсита реечной и пластинчатой морфологии и отдельных зерен феррита. Показано, что изменение скорости кристаллизации и охлаждения в зоне сплавления наплавки и подложки привело увеличению объемной доли мартенситной фазы и росту ее дисперсности и дефектности.