Влияние термической обработки на размер частиц карбидной фазы, твердость и коррозионную стойкость многослойного композиционного материала на основе сталей UDDEHOLMELMAX и AISI420MoV

Разработка надежных и долговечных композиционных материалов, получаемых из различных по свойствам составляющих, является актуальной задачей. К числу таких материалов относятся и многослойные стали. Чередование большого количества разнородных слоев позволяет получать свойства, недостижимые для однородной стали. Использование диффузионной сварки позволяет создать ряд композиционных материалов на основе инструментальных порошковых сталей (Uddeholm Elmax), свойства которых позволяют использовать их при производстве режущего инструмента. Целью настоящей работы стало изучение влияния режимов термической обработки на структуру и эксплуатационные свойства разработанной многослойной композиции на основе стали марки Uddeholm Elmax и низкоуглеродистой нержавеющей ножевой стали марки AISI420MoV. В процессе исследования были изучены структуры исходных сталей и композиционного материала после отжига, а затем после закалки и отпуска. Металлографические исследования образцов проводили с помощью анализатора изображений Thixomet. Структура всех образцов была рассмотрена в продольном сечении. Оценивали общий вид поверхности образцов на наличие каких-либо дефектов и неметаллических включений. Для этого рассматривали панорамные снимки образцов. Также были выполнены измерения величины частиц карбидов и определена ширина слоев в многослойной композиции. Показано, что исследуемый 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 (расслоений, пор, оксидных включений) диффузионной сварки. Установлено, что при термической обработке размер включений карбидов в структуре композиционного материала уменьшается, а их число увеличивается. Слои, образованные сталями марок Uddeholm Elmax и AISI420MoV, отличаются числом таких включений. Происходящие при термической обработке структурные превращения приводят к увеличению поверхностной твердости (по Роквеллу) исследуемого материала. Также выполнено исследование коррозионной стойкости и микротвердости композиционного материала. Результаты работы позволили рекомендовать режим термической обработки изученной композиции. 

1. Гуревич Ю.Г. Булат. Структура, свойства и секреты изготовления. – Курган: изд. Курганского государственного университета, 2006. – 158 с.

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

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

4. Verhoeven J.D. The Mystery of Damascus Blades // Scientific American. 2001. Vol. 284. No 1. P. 74 – 79.

5. Wadsworth J. Archeometallurgy related to swords // Materials Characterization. 2015. Vol. 99. P. 1 – 7.

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

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

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

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

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

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

12. Гуревич Ю.Г. Классификация булата по макро- и микроструктуре // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. №. 2. С. 3 – 7.

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

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 // International Journal of Mechanics. 2011. Vol. 5. No. 3. P. 182 – 190.

15. Sherby O.D., Wadsworth J. Damascus Steel // Scientific American. 1985. Vol. 25. No. 2. P. 112 – 120.

16. Sukhanov D.A. Damask Steel – Unalloyed Carbide Class Steel // Metallurgist. 2014. Vol. 58. No. 1 – 2. P. 149 – 153.

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

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

19. Mogilevsky M.A. Cast ultrahigh carbon steel with Damascus – type microstructure // Materials Technology. 2005. Vol. 20. No. 1. P. 12 – 14.

20. Марьянко А.А. Современная дамасская сталь // Прорез. 2000. № 1. C. 44 – 49.

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