Исследование механических характеристик многослойного композиционного материала

В ранних работах [1–3] авторами рассматривалась возможность получения слоистого композиционного металлического материала жидкофазным способом и были приведены данные о структурных особенностях полученного экспериментального материала [4]. Дальнейшие исследования велись в направлении изучения механических свойств материала и поиска возможных сфер применения.

Отобранный из опытной партии слиток химического состава: C – 0,4–1,6 %, Si – 0,5 %, Mn – 0,25 %, Cr – 10,5 %, полученный в результате электрошлакового переплава с присадкой наугле-роживателя, после обдирки и отжига отковали на квадрат 20 мм. После чего проводилась торсиров-ка кованого прутка, затем ковка на круг 16 мм и термическая обработка по режиму отжига (нагрев до температуры 1030–1050 °С, выдержка при этой температуре в течение 2 часов и охлаждение с печью).

Также часть опытных образцов была закалена – нагрев до 1050 °С, охлаждение в масле, нагрев до 400 °С, выдержка при этой температуре в течение 2 часов.

Испытаниям подвергались образцы двух групп: первая – продольные образцы после отжига; вторая – продольные образцы после отжига и закалки.

Опытные образцы были подвергнуты следующим испытаниям: испытание на растяжение производили на разрывной машине типа УТС 110М-5 по ГОСТ 1497–84; испытание на ударную вязкость производили на маятниковом копре типа ИО 5003-0,3; для определения твердости использовался твердомер ТР-5014. Результаты испытаний приведены в таблице.

Анализируя приведенные в таблице данные, можно сделать следующие выводы по свойствам изучаемого экспериментального материала: во-первых, условный предел текучести близок к пределу прочности, из чего следует возможность применения материала в широком диапазоне нагрузок и деформаций без снижения его рабочих характеристик; во-вторых, в материале сочетаются такие характеристики, как высокая твердость и высокая пластичность.

Металлический композиционный материал имеет выраженную слоистую структуру с плавным переходом от структуры одного слоя к структуре другого и достаточно высокие показатели по механическим свойствам. Чередование высоко- и низкоуглеродистых слоев создает так называемое армирование материала. При ударе высокоуглеродистые слои препятствуют проникновению инородного тела вглубь материала, а низкоуглеродистые – гасят инерцию удара. Исходя из этого, можно рекомендовать использование данного материала для производства брони. Основными требованиями, предъявляемыми к броне, являются высокая стойкость (сопротивляемость воздействию пуль и снарядов, что достигается за счет армирования материала высоко- и низкоуглеродистыми слоями) и живучесть (способность не разрушаться при многократных попаданиях снарядов). В целом механические показатели материалов для производства брони должны находиться на высоком уровне.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что полученный композиционный материал обладает явным преимуществом в сравнении с однородным материалом. Это преимущество обусловлено наличием слоистой структуры и

Механические свойства экспериментального многослойного материала

Краткие сообщения

проявляется в предотвращении выкрашивания более хрупкой составляющей в процессе эксплуатации готового изделия за счет удержания ее в более пластичной вязкой матрице (явление армирования), а также реализацией преимуществ каждого из составляющих композицию компонентов. Полученный экспериментальный металлический композиционный материал обладает достаточно высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и может быть применен для изготовления деталей, к которым предъявляются требования высокой твердости и износостойкости, режущего инструмента различного назначения, в том числе для изготовления холодного оружия, брони.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 12-08-31129, а также при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.В37.21.0444.