ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА РАЗМЕР ЧАСТИЦ КАРБИДНОЙ ФАЗЫ, ТВЁРДОСТЬ И КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ МНОГОСЛОЙНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СТАЛЕЙ UDDEHOLM ELMAX И AISI420MoV

Разработка надежных и долговечных композиционных материалов, изготовляемых из различных по свойствам составляющих, является актуальной задачей. К числу таких материалов относятся и многослойные стали. Чередование большого количества разнородных слоёв позволяет получать комплекс свойств, недостижимых для однородной стали. Использование диффузионной сварки позволило создать ряд композиционных материалов на основе инструментальных порошковых сталей (в частности, стали Uddeholm Elmax), свойства которых позволяют использовать их при производстве режущего инструмента. Целью настоящей работы стало изучение влияния режимов термообработки на структуру и эксплуатационные свойства разработанной многослойной композиции на основе Uddeholm Elmax и низкоуглеродистой нержавеющей ножевой стали AISI 420 MoV.

В процессе исследования были изучены структуры исходных сталей и композиционного материала после отжига, а затем после закалки и отпуска. Металлографическое исследование образцов производилось с помощью анализатора изображений «Thixomet». Структура всех образцов была рассмотрена в продольном сечении. Оценивался общий вид поверхности образцов на наличие каких-либо дефектов и неметаллических включений. Для этого рассматривались панорамные снимки образцов. Также были выполнены измерения величины частиц карбидов и измерена ширина слоёв в многослойной композиции.

Показано, что исследованный материал имеет выраженную слоистую структуру с резким переходом от одного слоя к другому. Используемая при производстве композиционного материала технология обеспечивает отсутствие переходной зоны между слоями. Также не обнаружено типичных дефектов диффузионной сварки – расслоений, пор, оксидных включений. Установлено, что при термической обработке размер включений карбидов в структуре композиционного материала уменьшается, а их число увеличивается. Слои, образованные Uddeholm Elmax и AISI 420 MoV, отличаются числом таких включений. Происходящие при термообработке структурные превращения приводят к увеличению поверхностной твердости (по Роквеллу) исследуемого материала. Также выполнено исследование коррозионной стойкости и микротвёрдости композиционного материала. Результаты работы позволили рекомендовать режим термообработки изученной композиции.

1. Гуревич, Ю.Г. Булат. Структура, свойства и секреты изготовления: монография. Курган: Изд-во Курганского государственного университета, 2006. С.158.

2. Sache, M. Damascus Steel: Myth, History, Technology, Applications / M. Sache // Stahleisen Communications; 3rd Edition (English edition). – 2008. – p. 304.

3. Löbach, G. Damascus Steel: Theory and Practice / G. Löbach // Schiffer Publishing, Atglen, PA. – 2012. – p.176.

4. Verhoeven, J.D. The Mystery of Damascus Blades / J.D. Verhoeven // Scientific American. – 2001. – vol. 284. – no 1. – 74–79 pp.

5. Wadsworth, J. Archeometallurgy related to swords / J. Wadsworth // Materials Characterization. – 2015. – vol. 99. – 1–7 pp.

6. Verhoeven, J.D. The key role of impurities in ancient damascus steel blades / J.D. Verhoeven, A.H. Pendray, W.E. Dauksch. // JOM: the journal of the Minerals, Metals & Materials Society. – 1998. – vol. 50. – no. 9. – 58–64 pp.

7. Kochmann, W. Nanowires in ancient Damascus steel / W. Kochmann // Journal of Alloys and Compounds. – 2004. – vol. 372. – 15–19 pp.

8. Verhoeven, J.D. Experiments to reproduce the pattern of Damascus steel blades / J.D. Verhoeven, A.H. Pendray // Materials Characterization. – 1992. – vol. 29. – no. 2. – 195–212 pp.

9. Verhoeven, J.D. Damascus steel, part II: Origin of the damask pattern / J.D. Verhoeven, L.L. Jones // Metallography. – 1987. – vol. 20. – no. 2. – 153–180 pp.

10. Verhoeven, J.D. Damascus steel, part III: The Wadsworth-Sherby mechanism / J.D. Verhoeven, H.H. Baker, D.T. Peterson, H.F. Clark, W.M. Yater // Materials Characterization. – 1990. – vol. 24. – no. 3. – 205–227 pp.

11. Grazzi, F. Determination of the manufacturing methods of Indian swords through neutron diffraction / F. Grazzi, E. Barzagli, A. Scherillo, A. De Francesco, A. Williams, D. Edged, M. Zoppi // Microchemical Journal. – 2016. – vol. 125. – 273–278 pp.

12. Gurevich, Yu.G. Classification of Bulats According to Macro-and Micro-structure / Yu.G. Gurevich // Metalloved. Term. Obrab. Met. – 2007. – vol. 49. – no. 2. – 3–7 pp.

13. Schastlivtsev, V.M. Structure of three Zlatoust bulats (Damascus-steel blades) / V.M. Schastlivtsev, V.Yu. Gerasimov, D.P. Rodionov // The Physics of Metals and Metallograph. – 2008. – vol. 106. – no. 2. – 179–185 pp.

14. Kobasko, N.I. An explanation of possible Damascus steel manufacturing based on duration of transient nucleate boiling process and prediction of the future of controlled continuous casting / N.I. Kobasko // International Journal of Mechanics. – 2011. – vol. 5. – no. 3. – 182–190 pp.

15. Sherby, O.D. Damascus Steel / O.D. Sherby, J. Wadsworth // Scientific American. – 1985. – vol. 25. – no. 2. – 112–120 pp.

16. Sukhanov, D.A. Damask Steel – Unalloyed Carbide Class Steel / D.A. Sukhanov // Metallurgist. –2014. – vol. 58. – no. 1–2. –149–153 pp.

17. Taleff, E.M. Processing, structure, and properties of a rolled, ultrahigh-carbon steel plate exhibiting a damask pattern / E.M. Taleff, B.L. Bramfitt, C.K. Syn, D.R. Lesuer, J. Wadsworth, O.D. Sherby // Materials Characterization. – 2001. – vol. 46. – no. 1. – 11–18 pp.

18. Černý, M. Basic mechanical properties of layered steels / M. Černý, J. Filípek, P. Mazal, P. Dostál // Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. – 2013. – vol. 61. – 25–38 pp.

19. Mogilevsky, M.A. Cast ultrahigh carbon steel with Damascus - type micro-structure / M.A. Mogilevsky // Materials Technology. – 2005. – vol. 20. – no. 1. – 12–14 pp.

20. Марьянко, А.А. Современная дамасская сталь / А.А. Марьянко // Прорез. – 2000. – №1.

21. Диффузионная сварка материалов: Справочник / под ред. Н.Ф. Казакова, – М.: Машиностроение, 1981. – 271 с.