techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университетtechusgu-104Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEВлияние термической обработки на изменение механических свойств износостойких биметалловThe Effect of Heat Treatment on the Change in the Mechanical Properties of Wear-Resistant BimetalsСергеевН. Н.SergeevN. N.

Сергеев Николай Николаевич, доктор  технических наук, профессор, профессор  кафедры технологии и сервиса

пр. Ленина 125, г. Тула 30026

Nikolay N. Sergeev, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Professor the Department of Technology and Service

Lenin Ave. 125, Tula 30026

technology@tspu.tula.ruСергеевА. Н.SergeevA. N.

Сергеев Александр Николаевич, доктор  педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии и сервиса

пр. Ленина 125, г. Тула 30026

Alexander N. Sergeev, Dr. of Sci. (Pedagogical), Professor, Head of the Department Technology and Service

Lenin Ave. 125, Tula 30026

ansergueev@mail.ruКутеповС. Н.KutepovS. N.

Кутепов Сергей Николаевич, кандидат  педагогических наук, доцент, доцент кафедры технологии и сервиса

пр. Ленина 125, г. Тула 30026

Sergei N. Kutepov, Cand. of Sci. (Pedagogical), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Technology and Service

Lenin Ave. 125, Tula 30026

kutepov.sergei@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9292-1813ГвоздевА. Е.GvozdevA. Y.

Гвоздев Александр Евгеньевич, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

пр. Ленина 125, г. Тула 30026

Alexander Y. Gvozdev, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Chief Researcher

Lenin Ave. 125, Tula 30026

gwozdew.alexandr2013@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8457-6565АгееваЕ. В.AgeevaE. V.

Агеева Екатерина Владимировна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры  технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Ekaterina V. Ageeva, Cand. of Sci. (Engineering),  Associate Professor, Associate Professor  of the Department of Technology Materials and Transport

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

ageeva-ev@yandex.ruКлементьевД. С.Klement'yevD. S.

Клементьев Денис Сергеевич, аспирант  кафедры технологии и сервиса

пр. Ленина 125, г. Тула 30026

Denis S. Klement'yev, Post-Graduate  Student  of the Department of Technology and Service

  Lenin Ave. 125, Tula 30026

denis.klementev.93@mail.ruТульский государственный педагогический университет имени Л. Н. ТолстогоРоссияTula State Lev Tolstoy Pedagogical UniversityRussian FederationЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation2021020520231126785Copyright © Сергеев Н.Н., Сергеев А.Н., Кутепов С.Н., Гвоздев А.Е., Агеева Е.В., Клементьев Д.С., 20232023Сергеев Н.Н., Сергеев А.Н., Кутепов С.Н., Гвоздев А.Е., Агеева Е.В., Клементьев Д.С.Sergeev N.N., Sergeev A.N., Kutepov S.N., Gvozdev A.Y., Ageeva E.V., Klement'yev D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/104Цель

Цель. Исследование влияния термической обработки на механические свойства трехслойных биметаллических материалов, полученных методом непрерывной разливки и их составляющих.

Методы

Методы. В данной работе определяли механические свойства трехслойных износостойких биметаллических материалов сталь 60 + сталь 15 + сталь 60; сталь 60 + сталь 10 + сталь 60; У9 + сталь 10 + У9;  ШХ15 + сталь 10 + ШХ15, полученных методом непрерывной разливки в ООО «Тулачермет-сталь», и их составляющих после различных видов термической обработки (закалка, закалка + отпуск). Разливка биметаллов производилась с помощью двух кристаллизаторов, расположенных один над другим в вертикальной плоскости. Верхний кристаллизатор предназначен для формирования основного слоя, нижний – плакирующего. Далее осуществляли прокатку биметалла по следующей схеме: первые 2…4 прохода – вдоль оси сляба, затем до 10…11 проходов – поперек (разбивки ширины) и далее снова вдоль до конца прокатки. После прокатки полосы были выправлены на правильной машине, произведена обрезка концевой и боковой кромок. В итоге были получены листы 7×1465×4037…4471 мм. Для определения механических характеристик проводили испытания на растяжение по ГОСТ 1497-84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение» образцов для механических испытаний на разрывной машине Р-5.

Результаты

Результаты. Проведены механические испытания. Выявлены закономерности изменения характеристик механических свойств: временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения начальной рабочей длины, относительного сужения. Показано, что по значению прочностных характеристик исследованные износостойкие биметаллы после прокатки на лист толщиной 7 мм и последующей термической обработки можно расположить в следующей последовательности: У9 + сталь 10 + У9, сталь 60 + сталь 15 + сталь 60, сталь 60 + сталь 10 + сталь 60, ШХ15 + сталь 10 + ШХ15. Низкие свойства биметалла ШХ15 + сталь 10 + ШХ15, вероятно, связаны с заниженным содержанием хрома – 0,48%.

Заключение

Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при установлении закономерностей поведения различной природы слитковых, порошковых и композиционных материалов с высокой дисперсностью в фазовых и структурных составляющих в различных условиях и состояниях.

The purpose

The purpose. The aim of the work is to study the effect of heat treatment on the mechanical properties of three-layer bimetallic materials obtained by continuous casting and their components.

Methods

Methods. In this work, we determined the mechanical properties of three-layer wear-resistant bimetallic materials steel 60 + steel 15 + steel 60; steel 60 + steel 10 + steel 60; U9 + steel 10 + U9; ShKh15 + steel 10 + ShKh15 obtained by continuous casting in LLC "Tulachermet-steel", and their components after various types of heat treatment (quenching, quenching + tempering). The casting of bimetals was carried out using two crystallizers located one above the other in a vertical plane. The upper mold is designed to form the main layer, the lower – the cladding layer. Next, the bimetal was rolled according to the following scheme: the first 2...4 passes-along the axis of the slab, then up to 10...11 passesacross (splitting the width) and then again along until the end of the rolling. After rolling, the strips were straightened on the correct machine, and the end and side edges were cut. As a result, sheets of 7×1465×4037...4471 mm were obtained. To determine the mechanical characteristics, tensile tests were performed according to GOST 1497-84 "Metals. Methods of tensile testing" of samples for mechanical tests on the R-5 breaking machine.

Results

Results. Mechanical tests were carried out. The regularities of changes in the characteristics of mechanical properties are revealed: time resistance, yield strength, relative elongation of the initial working length, relative narrowing. It is shown that the strength characteristics of the studied wear-resistant bimetals after rolling on a 7 mm thick cast and subsequent heat treatment can be arranged in the following sequence: U9 + steel 10 + U9, steel 60 + steel 15 + steel 60, steel 60 + steel 10 + steel 60, ShKh15 + steel 10 + ShKh15. The low properties of bimetal ShKh15 + steel 10 + ShKh15 are probably associated with an underestimated chromium content – 0.48%.

Conclusion

Conclusion. The results obtained can be used to determine the behavior patterns of different types of ingot, powder, and composite materials with high dispersion in the phase and structural components under different conditions and states.

износостойкие биметаллымеханические свойстватвердостьпрочностьзакалкаотпускwear-resistant bimetalsmechanical propertieshardnessstrengthquenchingtemperingReferencesБыков А. А. Развитие производства биметаллов // Металлург. 2009. № 9. С. 61–64.Bykov A. A. Razvitie proizvodstva bimetallov [Development of bimetal production]. Metallurg = Metallurg, 2009, no. 9, рр. 61–64.Сиротенко Л. Д., Шлыков Е. С., Абляз Т. Р. Применение биметаллических материалов в машиностроении // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2. С. 163.Sirotenko L. D., Shlykov E. S., Ablyaz T. R. Primenenie bimetallicheskikh materialov v mashinostroenii [Application of bimetallic materials in mechanical engineering]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya = Modern problems of science and education, 2015, no. 2, рр. 163.Sakhtemanian M. R., Honarpisheh M., Amini S. A novel material modeling technique in the single-point incremental forming assisted by the ultrasonic vibration of low carbon steel/commercially pure titanium bimetal sheet // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 102, is. 1–4. P. 473–486.Sakhtemanyan M. R., Honarpisheh M., Amini S. A new method for modeling materials in single-point incremental molding using ultrasonic vibration of low-carbon steel/commercially pure titanium bimetallic sheet. International Journal of Advanced Manufacturing Technologies, 2019, vol. 102, no. 1-4, рр. 473–486.Кинетика pоста диффузионной пpослойки в медно-алюминиевых композитах / Ю. П. Трыков, В. Г. Шморгун, О. В. Слаутин, С. А. Абраменко, Д. Ю. Донцов // Материаловедение. 2009. № 1. С. 24–28.Trykov Yu. P., Shmorgun N. G., Slautin O. V., Abramenko S. A., Dontsov D. Yu. Kinetika rosta diffuzionnoi prosloiki v medno-alyuminievykh kompozitakh [Kinetics of the diffusion growth of the interlayer in copper-aluminum composites]. Materialovedenie = Materials Science, 2009, no. 1, pp. 24–28.Структурные особенности композиционных материалов, полученных методом закалки из расплава / А. В. Шеляков, А. М. Глезер, В. Т. Федотов, Х. Реснер, Г. Вильде // Материаловедение. 2010. № 7. С. 20–23.Shelyakov A. V., Glezer A. M., Fedotov V. T., Resner H., Vilde G. Strukturnye osobennosti kompozitsionnykh materialov, poluchennykh metodom zakalki iz rasplava [Structural features of composite materials obtained by the method of quenching from a melt]. Materialovedenie = Materials Science, 2010, no. 7, pp. 20–23.Kolmakov A. G. Study of the structure, plastic deformation, and fracture of metals using a system approach // Russian Metallurgy (Metally). 2004. Vol. 2004, is.4. P. 384–391.Kolmakov A. G. Study of the structure, plastic deformation, and fracture of metals using a system approach. Russian Metallurgy (metallurgy), 2004, vol. 2004, is. 4, pp. 384– 391.Formation and investigation of composite material silver-nitinol for medical purposes / E. O. Nasakina, A. S. Baikin, K. V. Sergienko, A. V. Leonov, M. A. Kaplan, A. V. Seryogin, N. V. Myasnikova, M. A. Sevostyanov, A. G. Kolmakov, S. V. Simakov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Vol. 8, Nо. 1. P. 112–117.Nasakina E. O., Baykin A. S., Sergienko K. V., Leonov A.V., Kaplan M. A., Sere- gin A. V., Myasnikova N. V., Sevostyanov M. A., Kolmakov A. G., Simakov S. V. Formation and research of silver–nitinol composite material for medical purposes. Inorganic materials: Applied Research, 2017, vol. 8, no. 1, pp. 112–117.Геллер А. Ю. Инструментальные стали. 4-е изд. М.: Металлургия, 1975. 584 с.Geller A. Yu. Instrumental'nye stali [Tool steels]: 4th ed. Moscow, Metallurgiya Publ., 1975. 584 p.Структура и свойства коррозионностойких и износостойких биметаллических композиционных материалов: монография / Н. Н. Сергеев, А. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов, А. Е. Гвоздев, Д. С. Клементьев. Тула: Изд-во ТулГУ, 2021. 120 с.Sergeev N. N., Sergeev A. N., Kutepov S. N., Gvozdev A. E., Klementyev D. S. Struktura i svoistva korrozionnostoikikh i iznosostoikikh bimetallicheskikh kompozitsionnykh materialov [Structure and properties of corrosion-resistant and wear-resistant bimetallic composite materials]. Tula, Tulа St. Univ. Publ., 2021. 120 p.Исследование микроструктуры и механических свойств коррозионностойких биметаллов, полученных методом непрерывной разливки / Н. Н. Сергеев, А. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов, А. Е. Гвоздев, А. А. Шатульский, Д. С. Клементьев // Заготовительные производства в машиностроении. 2019. Т. 17, № 12. С. 562–570.Sergeev N. N., Sergeev A. N., Kutepov S. N., Gvozdev A. E., Shatulsky A. A., Klementyev D. S. Issledovanie mikrostruktury i mekhanicheskikh svoistv korrozionnostoikikh bimetallov, poluchennykh metodom nepreryvnoi razlivki [Research of microstructure and mechanical properties of corrosion-resistant bimetals obtained by the method of continuous casting]. Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii = Procurement production in mechanical engineering, 2019, vol. 17, no. 12, pp. 562–570.Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов второго рода / А. Е. Гвоздев, Н. Н. Сергеев, И. В. Минаев, И. В. Тихонова, А. Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. № 1. С. 15–21.Gvozdev A. E., Sergeev N. N., Minaev I. V., Tikhonova I. V., Kolmakov A. G. Rol' protsessa zarodysheobrazovaniya v razvitii nekotorykh fazovykh perekhodov vtorogo roda [The role of the process of embryo formation in the development of some phase transitions of the second kind]. Materialovedenie = Materials Science, 2015, no. 1, pp. 15–21.Расчет деформационной повреждаемости в процессах обратного выдавливания металлических изделий / А. Е. Гвоздев, Г. М. Журавлев, А. Г. Колмаков, Д. А. Провоторов, Н. Н. Сергеев // Технология металлов. 2016. № 1. С. 23–32.Gvozdev A. E., Zhuravlev G. M., Kolmakov A. G., Provotorov D. A., Sergeev N. N. Raschet deformatsionnoi povrezhdaemosti v protsessakh obratnogo vydavlivaniya metalli- cheskikh izdelii [Calculation of deformation damage in the processes of reverse extrusion of metal products]. Tekhnologiya metallov = Technology of metals, 2016, no. 1, pp. 23–32.Журавлев Г. М., Гвоздев А. Е. Обработка сталей и сплавов в интервале температур фазовых превращений: монография. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2016. 320 с.Zhuravlev G. M., Gvozdev A. E. Obrabotka stalei i splavov v intervale temperatur fazovykh prevrashchenii [Processing of steels and alloys in the temperature range of phase transformations]. Tula, Tulа St. Univ. Publ., 2016. 320 p.Технология металлов и сплавов / Н. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев, Н. Е. Стариков, В. И. Золотухин, А. Н. Сергеев, А. Д. Бреки, О. В. Кузовлева, Г. М. Журавлёв, Д. А. Провоторов; под ред. проф. Н. Н. Сергеева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 490 с.Sergeev N. N., Gvozdev A. E., Starikov N. E., Zolotukhin V. I., Sergeev A. N., Breki A. D., Kuzovleva O. V., Zhuravlev G. M., Provotorov D. A. Tekhnologiya metallov i splavov [Technology of metals and alloys]; ed. by prof. N. N. Sergeev. Tula, Tulа St. Univ. Publ., 2017. 490 p.О состоянии предпревращения металлов и сплавов: монография / О. В. Кузовлева, А. Е. Гвоздев, И. В. Тихонова, Н. Н. Сергеев, А. Д. Бреки, Н. Е. Стариков, А. Н. Сергеев, А. А. Калинин, Д. В. Малий, Ю. Е. Титова, С. Е. Александров, Н. А. Крылов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 245 с.Kuzovleva O. V., Gvozdev A. E., Tikhonova I. V., Sergeev N. N., Breki A. D., Starikov N. E., Sergeev A. N., Kalinin A. A., Maliy D. V., Titova Yu. E., Alexandrov S. E., Krylov N. A. O sostoyanii predprevrashcheniya metallov i splavov [On the state of pre-conversion of metals and alloys]. Tula, Tulа St. Univ. Publ., 2016. 245 p.Длительная прочность арматурной стали 22Х2Г2АЮ при испытаниях на коррозионное растрескивание в кипящем растворе нитратов / Н. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов, А. Н. Сергеев, А. Г. Колмаков, В. В. Извольский, А. Е. Гвоздев // Деформация и разрушение материалов. 2019. № 8. С. 33–39.Sergeev N. N., Kutepov S. N., Sergeev A. N., Kolmakov A. G., Izvolsky V. V., Gvozdev A. E. Dlitel'naya prochnost' armaturnoi stali 22X2G2AYu pri ispytaniyakh na korrozionnoe rastreskivanie v kipyashchem rastvore nitratov [Long-term strength of reinforcement steel 22X2G2A when testing for corrosion cracking in a boiling solution of nitrates]. Deformatsiya i razrushenie materialov = Deformation and destruction of materials, 2019, no. 8, pp. 33–39.Гвоздев А. Е. Экстремальные эффекты прочности и пластичности в металлических высоколегированных слитковых и порошковых системах: монография. 2-е изд., испр. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. 476 с.Gvozdev A. E. Ekstremal'nye effekty prochnosti i plastichnosti v metallicheskikh vysokolegirovannykh slitkovykh i poroshkovykh sistemakh [Extreme effects of strength and plasticity in high-alloy metal ingot and powder systems]. 2th ed., red. and add. Tula, Tulа St. Univ. Publ., 2019. 476 p.Разработка прогрессивных технологий получения и обработки металлов, сплавов, порошковых и композиционных наноматериалов: монография / М. Х. Шоршоров, А. Е. Гвоздев, В. И. Золотухин, А. Н. Сергеев, А. А. Калинин, А. Д. Бреки, Н. Н. Сергеев, О. В. Кузовлева, Н. Е. Стариков, Д. В. Малий. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 235 с.Shorshorov M. H., Gvozdev A. E., Zolotukhin V. I., Sergeev A. N., Kalinin A. A., Breki A. D., Sergeev N. N., Kuzovleva O. V., Starikov N. E., Maliy D. V. Razrabotka progressivnykh tekhnologii polucheniya i obrabotki metallov, splavov, poroshkovykh i kompozitsionnykh nanomaterialov [Development of progressive technologies for obtaining and processing metals, alloys, powder and composite nanomaterials]. Tula, Tulа St. Univ. Publ., 2016. 235 p.Гвоздев А. Е., Журавлев Г. М., Колмаков А. Г. Формирование механических свойств углеродистых сталей в процессах вытяжки с утонением // Технология металлов. 2015. № 11. С. 17–29.Gvozdev A. E., Zhuravlev G. M., Kolmakov A. G. Formirovanie mekhanicheskikh svoistv uglerodistykh stalei v protsessakh vytyazhki s utoneniem [Formation of mechanical properties of carbon steels in the processes of drawing with thinning]. Tekhnologiya materialov = Materials technology, 2015, no. 11, pp. 17–29.Влияние разнозернистости аустенита на кинетику перлитного превращения в мало- и среднеуглеродистых низколегированных сталях / А. Е. Гвоздев, А. Г. Колмаков, Д. А. Провоторов, И. В. Минаев, Н. Н. Сергеев, И. В. Тихонова // Материаловедение. 2014. № 7. С. 23–26.Gvozdev A. E., Kolmakov A. G., Provotorov D. A., Minaev I. V., Sergeev N. N., Tikhonova I. V. Vliyanie raznozernistosti austenita na kinetiku perlitnogo prevrashcheniya v malo- i sredneuglerodistykh nizkolegirovannykh stalyakh [Influence of austenite heterogeneity on the kinetics of perlite transformation in low - and medium-carbon low-alloy steels]. Materialovedenie = Materials Science, 2014, no. 7, pp. 23–26.Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting / A. E. Gvozdev, N. N. Sergeyev, I. V. Minayev, I. V. Tikhonova, A. N. Sergeyev, D. M. Khonelidze, D. V. Maliy, I. V. Golyshev, A. G. Kolmakov, D. A. Provotorov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Vol. 8, Nо. 1. Р. 148–152.Gvozdev A. E., Sergeev N. N., Minaev I. V., Tikhonova I. V., Sergeev A. N., Khonelidze D. M., Maly D. V., Golyshev I. V., Kolmakov A. G., Provotorov D. A. Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting. Inorganic materials: applied research, 2017, vol. 8, no. 1, pp. 148–152.Selecting Laser Cutting Modes for Engineering Steel Sheets Aiming at Provision of the Required Properties of Surface Quality / N. N. Sergeev, I. V. Minaev, I. V. Tikhonova, A. E. Gvozdev, A. G. Kolmakov, A. N. Sergeev, S. N. Kutepov, D. V. Malii // Inorganic Materials: Applied Research. 2020. Vol. 11, Nо. 4. С. 815–822.Sergeev N. N., Minaev I. V., Tikhonova I. V., Gvozdev A. E., Kolmakov A. G., Sergeev A. N., Kutepov S. N., Maliy D. V. Selection of laser cutting modes for engineering steel sheets to ensure the required surface quality properties. Inorganic materials: applied research, 2020, vol. 11, no. 4, pp. 815–822.Influence of Heat Treatment on Residual Stress Formation in the Wear-Resistant Steel 60–Steel 15–Steel 60 Bimetal Material / N. N. Sergeev, A. N. Sergeev, S. N. Kutepov, A. E. Gvozdev, A. G. Kolmakov, D. S. Klementev // Inorganic Materials: Applied Research. 2021. Vol. 12. N 1. P. 5–9.Sergeev N. N., Sergeev A. N., Kutepov S. N., Gvozdev A. E., Kolmakov A. G., Klementyev D. S. The influence of heat treatment on the formation of residual stresses in the wear-resistant bimetallic material Steel 60 - Steel 15 - Steel 60. Inorganic materials: applied research, 2021, vol. 12, no. 1, pp. 5–9.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.