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 коррозионностойкой 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.