Совместная разработка ЦНИИТМАШ и БелГУ

АО «НПО» ЦНИИТМАШ» (входит в машиностроительный дивизион Росатома – Атомэнергомаш)  совместно с  Белгородским государственным национальным исследовательским университетом (НИУ «БелГУ») разработали технологию изготовления биметаллической заготовки методом электрошлаковой наплавки и режимы ее деформационно-термической обработки.

Развитие техники вызывает необходимость создания материалов с высокой прочностью, коррозионной стойкостью, теплопроводностью, жаропрочностью, износостойкостью. Зачастую один металл или сплав не может обеспечить совокупности необходимых свойств. Поэтому широкое применение получили биметаллы - слойные материалы, состоящие из двух или более металлов и сплавов, которые сохраняют надежную связь составляющих во время обработки и эксплуатации. Сравнительный анализ способов их получения показывает, что наилучшие результаты достигаются при использовании метода широкослойной электрошлаковой наплавки (ЭШН). Участники исследования ЦНИИТМАШ и БелГУ проводили наплавку коррозионно-стойкого слоя на основу из конструкционной стали и выяснили, что этот способ может обеспечивать оптимальные химический состав, структуру и свойства каждого из слоев и переходной зоны и стать основой производства качественно новых коррозионно-стойких биметаллов. Кроме того, он позволяет использовать действующее оборудование для производства двух и трехслойных заготовок массой до 10 тонн.

Влияние технологических параметров на качество сплавления слоев при получении годной биметаллической заготовки изучали на опытной базе ЦНИИТМАШ на установке ЭШП- 2 ВГ. Исследования структуры слоев биметаллической заготовки, зоны их сплавления и механических свойств, разработка режимов термообработки и пластической деформации прошли в БелГУ.

На пластину из конструкционной стали типа S700MC размером 250х149х60 наплавляли слой коррозионно-стойкой стали 316L толщиной до 45 мм. Для ведения процесса наплавки разработали специальную конструкцию электрода из стали марки 316L. Отработку электрических режимов наплавки осуществляли в несколько этапов с постепенным уменьшением числа и интервалов варьирования основных параметров: мощности, тока, напряжения, электрического сопротивления шлаковой ванны и скорости подачи электрода. Экспертиза заключила, что сплавление слоев полное, дефектов не обнаружено, объект контроля полностью соответствует требованиям нормативно-технической документации.

Ученые рассматривали разные параметры образцов: изучали микротвердость сталей (для каждого образца провели не менее 100 измерений), провели механические испытания после термической обработки, а также испытания на ударный изгиб. Также в ходе отработки технологии была разработана конструкция кристаллизатора для наплавки, опробован шлак для наплавки высокохромистых сталей, детально разработана технология ЭШН стали и определены технологические параметры целого ряда связанных с ней процессов.

В результате исследований стало очевидно, что биметаллическая заготовка, благодаря высокой ударной вязкости и коррозионной стойкости, имеет широкие перспективы практического использования.