Владимир Иванович Данилов, д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории физики прочности
Россия, 634055, Томск, пр. Академический, 2/4
Vladimir I. Danilov, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Chief Researcher of the Laboratory of Strength Physics
2/4 Akademicheskii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation
Дина Владимировна Орлова, к.ф.-м.н., научный сотрудник лаборатории физики прочности
Россия, 634055, Томск, пр. Академический, 2/4
Dina V. Orlova, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Research Associate of the Laboratory of Strength Physics
2/4 Akademicheskii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation
Галина Витальевна Шляхова, к.т.н. научный сотрудник лаборатории физики прочности
Россия, 634055, Томск, пр. Академический, 2/4
Galina V. Shlyakhova, Cand. Sci. (Eng.), Research Associate of the Laboratory of Strength Physics
2/4 Akademicheskii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation
Юрий Петрович Миронов, к.ф.-м.н., научный сотрудник лаборатории материаловедения сплавов с памятью формы
Россия, 634055, Томск, пр. Академический, 2/4
Yurii P. Mironov, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Research Associate of the Laboratory of Materials Science of Shape Memory Alloys
2/4 Akademicheskii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation
Екатерина Дмитриевна Петрова, ассистент кафедры сварки судовых конструкций
Россия, 190121, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3
Ekaterina D. Petrova, Assistant of the Chair of Welding of Ship Structures
3 Lotsmanskaya Str., St. Petersburg 190121, Russian Federation
Предмет изучения – металлический композит, полученный электродуговой наплавкой в аргоне коррозионностойкой стали на низкоуглеродистую сталь. Наплавлялась порошковая хромоникелевая сталь с повышенным относительно традиционного состава содержанием кремния и молибдена. В настоящей работе исследованы элементный и структурно-фазовый составы, а также механические свойства обоих компонентов материала и композита в целом в исходном состоянии и после отжига при 680 °С в течение 3 ч. Основная часть коррозионностойкого компонента является двухфазной аустенитно-ферритной смесью с соотношением 65 % ГЦК-фазы и 30 % ОЦК-фазы. Материал обладает высокой микротвердостью (более 4000 МПа). Наибольшая микротвердость (4550 МПа) наблюдается в узком слое наплавленного металла шириной 25 мкм, где фазовый состав представлен мартенситом (ОЦК), а аустенит отсутствует. Переход через границу в углеродистую сталь сопровождается уменьшением микротвердости до 1225 МПа. Здесь вблизи линии сплавления образовалась обезуглероженная зона шириной 180 мкм. Сформировавшееся неравновесное напряженно-деформированное состояние композита привело к низкой прочности, малой пластичности и хрупкому разрушению наплавленного слоя при испытании на растяжение. После отжига микроструктура коррозионностойкого компонента стала более однородной по размерам как аустенитных, так и ферритных структурных элементов. В результате этих преобразований снизились внутренние напряжения и уменьшилась микротвердость до 3100 МПа. В то же время увеличилась ширина обезуглероженной зоны в основном металле. Все эти изменения привели к тому, что, хотя напряжение разрушения при растяжении отожженного материала увеличилось на 8 %, а деформация до разрыва – на 27 %, однако характер разрушения остался хрупким и разрыв по-прежнему происходит по наплавленному слою. Это определяется аустенитно-ферритным фазовым составом нержавеющего компонента, который, в свою очередь, задается химическим составом наплавляемого материала.
The subject of the study is a metal composite obtained by electric arc surfacing in argon of corrosion–resistant steel on low-carbon steel. Powdered chromium-nickel steel was deposited with an increased content of silicon and molybdenum relative to the traditional composition. In this work, we studied the elemental and structural-phase compositions, as well as the mechanical properties of both components of the material and the composite as a whole in the initial state and after annealing at 680 °C for 3 h. The main part of the corrosion-resistant component is a two-phase austenitic-ferritic mixture with a ratio of 65 % HCC phase and 30 % BCC phase. The material has high microhardness (more than 4000 MPa). The highest microhardness (4550 MPa) is observed in a narrow strip of deposited metal with a width of 25 μm, where the phase composition is represented by martensite (BCC), and austenite is absent. The transition across the boundary into carbon steel is accompanied by a decrease in microhardness to 1225 MPa. Here, a decarbonized zone with a width of 180 μm was formed near the fusion line. The resulting non-equilibrium stress-strain state of the composite led to low strength, low plasticity and brittle fracture of the deposited layer during tensile testing. After annealing, microstructure of the corrosion-resistant component became more uniform in size of both austenitic and ferritic structural elements. As a result of these transformations, internal stresses decreased and microhardness decreased to 3100 MPa. At the same time, the width of the decarbonized zone in the base metal increased. All these changes led to the fact that, although the tensile stress of the annealed material increased by 8 %, and the deformation to rupture – by 27 %, however, nature of the fracture remained brittle and rupture still occurs along the deposited layer. This is determined by the austenitic-ferritic phase composition of the stainless component, which, in turn, is determined by chemical composition of the deposited material.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.