Физики ИПМаш РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали

Ученые Института проблем машиноведения РАН и Санкт-Петербургского государственного университета показали, что метод нанесения газодинамического холодного напыления и последующей лазерной обработки нержавеющей стали приводит к улучшению ударопрочных характеристик стали. Результаты исследования опубликованы в Russian Physics Journal.

Нержавеющая сталь широко применяется в различных отраслях, включая реактивные двигатели, электростанции, газовую и химическую промышленность. Она используется там, где требуется высокая прочность при высоких температурах или в агрессивных условиях. Нержавеющая сталь также используется в производстве клапанов гидравлических прессов, турбинных лопаток, арматуры крекинг-установок, режущего инструмента, пружин, бытовых предметов и ортопедической стоматологии. Кроме того, она применяется в строительстве и архитектуре, пищевой промышленности, а также в производстве лестниц, ограждений и перил.

В этой связи одной из важнейших характеристик стали является ее ударостойкость, то есть способность сохранять свойства под воздействием ударов внешней среды.  Несмотря на то, что нержавеющая сталь может выдерживать значительные механические нагрузки без разрушения, ее ресурс ограничен и он может снижаться при экстремальных температурах или высокоскоростных нагрузках.

«Мы показали перспективность комбинированной обработки нержавеющей стали: нанесение газодинамическим методом покрытия и его лазерной обработки. Как показали наши эксперименты, данная обработка немного увеличивает откольную прочность стали. Метод можно считать перспективным, так как даже незначительное повышение ударостойкости — это хороший результат», - рассказала ведущий научный сотрудник ИПМаш РАН, ведущий научный сотрудник СПбГУ (кафедра теории упругости) Светлана Атрошенко.

По ее словам, газодинамическое холодное напыление позволяет получить прочный металлический слой с высокой адгезией, то есть связью со сталью. Его преимущество перед другими видами покрытий — низкая температура, оно позволяет получать покрытие, соответствующее составу исходных материалов и сохраняет неизменным материал подложки. Последующая лазерная обработка приводит к созданию необходимой структуры. Такая комбинированная обработка позволяет получать покрытия достаточной толщины, высокой адгезионной прочности и заданного состава.

Такая обработка повышает динамическую (откольную) прочность нержавеющей стали за счет большого количества двойников. Двойникование — это механизм пластической деформации, характерный для ударного нагружения. Лазерная обработка поверхностного слоя покрытия привела к увеличению размера двойников и уменьшению их количества. С увеличением скорости удара возрастает твердость стали.