Влияние термической обработки на изменение механических свойств износостойких биметаллов

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

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. 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. 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.

1. Быков А. А. Развитие производства биметаллов // Металлург. 2009. № 9. С. 61–64.

2. Сиротенко Л. Д., Шлыков Е. С., Абляз Т. Р. Применение биметаллических материалов в машиностроении // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2. С. 163.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Геллер А. Ю. Инструментальные стали. 4-е изд. М.: Металлургия, 1975. 584 с.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Журавлев Г. М., Гвоздев А. Е. Обработка сталей и сплавов в интервале температур фазовых превращений: монография. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2016. 320 с.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.