ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫ
Print ISSN: 1994-6309    Online ISSN: 2541-819X
English | Русский

Последний выпуск
Том 22, № 3 Июль - Сентябрь 2020

Механические свойства булатной стали

Том 21, № 4 Октябрь - Декабрь 2019
Авторы:

Суханов Дмитрий Александрович,
Плотникова Наталья Владимировна,
Долгова Светлана Васильевна,
Суханова Лариса Николаевна,
Голиков Александр Юрьевич,
Архангельский Леонид Борисович
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.4-113-126
Аннотация

Цель работы: определение механических свойств булатной стали, а также установление основных недостатков и преимуществ клиночных изделий древности по сравнению с современными высокоуглеродистыми инструментальными сталями. Материалы и методы исследования. Объектом исследования были выбраны инструментальная сталь У15А и булатная сталь Ds15P. Химический состав материалов определяли с помощью оптико-эмиссионного спектрометра типа ARL 3460. Структурные исследования осуществляли на растровом электронном микроскопе Zeiss EV050 XVP с системой зондового микроанализатора EDS X-Act и оптического микроскопа серии МЕТАМ РВ-21-2. Строение избыточной карбидной фазы изучали с помощью просвечивающего электронного микроскопа типа TEI Tecnai G2 20 TWIN. Твердость структурных составляющих определяли с помощью микротвердомера Model 402MVD. Результаты и обсуждения. Научных работ по определению механических свойств булатных сталей очень мало. Это связано с тем, что большинство качественных клинков из булатной стали хранятся в государственных музеях или в частных коллекциях. Авторы работ сходятся во мнении, что булатные стали с содержанием углерода от 1,3 до 2,3 % обладают легендарной упругостью и вязкостью при достаточно высоком содержании фосфора в составе этих сталей. В статье сравниваются механические свойства современной углеродистой инструментальной стали и булатной стали (genuine Damascus steel). Подтверждено, что слоистая структура восточной булатной стали Ds15P (genuine Damascus steel), сформированная карбидными слоями шириной не более 75 мкм в трооститной матрице, отличается от гомогенной структуры современной углеродистой инструментальной стали У15А. Микротвердость карбидных слоев в булатной стали составляет 920 HV, микротвердость трооститных слоев - 475 HV. Карбидные слои в булатной стали состоят из цементита продолговатой формы. Продолговатые избыточные карбиды по морфологическому признаку напоминают овал с утолщением в средней части. Размеры карбидов в поперечном сечении составляют около 3…4 мкм, в продольном сечении не превышают 9…12 мкм, отношение осей составляет 1/3. Установлено, что кромка лезвия булатного клинка представляет собой микропилу, состоящую из параллельных карбидных и трооститных слоев. Проведены сравнительные испытания на сохранение остроты режущей кромки лезвия стали У15А и булатной стали Ds15P. Установлено, что при небольших усилиях реза булатная сталь (Ds15P) показывает большее число резов по сравнению со сталью У15А. Выявлено, что в слоистой структуре булатной стали Ds15P распространение усталостной трещины от момента ее возникновения до полного разрушения, происходит за большее количество циклов, чем в гомогенной структуре стали У15А. Булатная сталь Ds15P показала двухкратный запас усталостной долговечности по сравнению с современной высокоуглеродистой сталью У15А.


Ключевые слова: Булатная сталь, Дамасская сталь, Инструментальная сталь, Индо-Персидская сталь

Список литературы

1. Бируни А.Р. Собрание сведений для познания драгоценностей (минералогия). – Л.: Изд-во Акад. наук СССР, 1963. – 520 с.



2. Гаев И.С. Булат и современные железоуглеродистые сплавы // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1965. – № 9. – С. 17–24.



3. Zschokke В. Du Damasse et des Lamés de Damast // La Revue de Metallurgie. – 1924. – N 21. – P. 639–669. – DOI: 10.1051/metal/192421110639.



4. Panseri C. Damascus steel in legend and in reality // Gladius. – 1965. – N 4. – P. 5–66. – DOI: 10.3989/gladius.1965.188.



5. Mechanical properties and microstructure of heat-treated ultrahigh carbone steels / H. Sunada, J. Wadsworth, J. Lin, O.D. Sherby // Materials Science and Engineering. – 1979. – N 38. – P. 35–40.



6. Wadsworth J., Sherby O.D. On the Bulat–Damascus steels revisited // Progress in Materials Science. – 1980. – N 25. – P. 35–68.



7. Sherby O.D., Wadsworth J. Damascus steel // Scientific American. – 1985. – N 252 (2). – P. 112–120. – DOI: 10.1038/scientificamerican0285-112.



8. Sherby O.D., Wadsworth J. Ultrahigh carbon steels, Damascus steels, and superplasticity // 9th International Metallurgical and Materials Congress, Istanbul, Turkey. – United States, 1997. – P. 1–22. – DOI: 10.2172/555400.



9. Processing, structure, and properties of a rolled, UHC steel plate exhibiting a damask pattern / E.M. Taleff, B.L. Bramfitt, Ch.K. Syn, D.R. Lesuer, J. Wadsworth, O.D. Sherby // Materials Characterization. – 2001. – Vol. 46. – P. 11–18. – DOI: 10.1016/S1044-5803(00)00087-5.



10. Голиков И.Н. Дендритная ликвация в стали. – М.: Металлургиздат, 1958. – 206 с.



11. Электронно-микроскопические исследования Булатной стали / Ф.Н. Тавадзе, Б.Г. Амаглобели, Г.В. Инанишвили, Т.В. Этерашвили // Сообщения Академии наук Грузинской ССР. – 1984. – № 3 (113). – C. 601–604.



12. Тавадзе Ф.Н., Амаглобели Б.Г., Инанишвили Г.В. Механические свойства булатной стали // Сообщения Академии наук Грузинской ССР. – 1984. – № 3 (113). – C. 589–592.



13. Verhoeven J.D., Jones L.L. Damascus steel, Part II: Origin of the Damask pattern // Metallographe. – 1987. – Vol. 20. – P. 153–180. – DOI: 10.1016/0026-0800(87)90027-9.



14. Verhoeven J.D., Pendray A.H., Gibson E.D. Wootz Damascus steel blades // Materials Characterization. – 1996. – Vol. 37. – P. 9–22. – DOI: 10.1016/s1044-5803(96)00019-8.



15. Verhoeven J.D., Pendray A.N., Dauksch W.E. The key role of impurities in ancient Damascus steel blades // Journal of Metallurgy. – 1998. – Vol. 50. – P. 58–64. – DOI: 10.1007/s11837-998-0419-y.



16. Verhoeven J.D. Pattern formation in wootz Damascus steel swords and blades // Indian Journal of History of Science. – 2007. – Vol. 42.4. – P. 559–574.



17. Таганов И.Н. Закат легенд о булате // Калашников. – 2009. – № 11. – C. 92–97.



18. Sukhanov D.A. Influence of phosphorus impurity on the structure and nature of the destruction of the genuine Damascus steel // International Journal of Engineering Technologies and Management Research. – 2018. – Vol. 5 (4). – P. 26–37. – DOI: 10.5281/zenodo.1244689.



19. Sukhanov D.A., Plotnikova N.V. Influence of the distribution of excess carbides on the properties of genuine Damascus steel // Materials Sciences and Applications. – 2019. – Vol. 10. – P. 118–136. – DOI: 10.4236/msa.2019.102010.



20. Application of the divorced eutectoid transformation to the development of fine-grained, spheroidized structures in UHC steels / T. Oyama, O.D. Sherby, J. Wadsworth, B. Walser // Scripta Metallurgica. – 1984. – Vol. 18. – P. 799–804.



21. Morphology of excess carbides Damascus steel / D.A. Sukhanov, L.B. Arkhangelsky, N.V. Plotnikova, N.S. Belousova // Journal of Materials Science Research. – 2016. – Vol. 5 (3). – P. 59–65. – DOI: 10.5539/jmsr.v5n3p59.



22. Sukhanov D.A., Plotnikova N.V. Wootz: cast iron or steel? // Materials Sciences and Applications. – 2016. – Vol. 7. – P. 792–802. – DOI: 10.4236/msa.2016/711061.



23. Суханов Д.А., Архангельский Л.Б., Плотникова Н.В. Природа угловатых карбидов в булатной стали // Металлург. – 2017. – № 1. – C. 112–117.



24. Суханов Д.А., Архангельский Л.Б., Плотникова Н.В. Механизм образования эвтектических карбидов типа Fe2C в структуре булатной стали // Металлург. – 2018. – № 3. – C. 57–64.



25. Суханов Д.А. Конструктивная прочность многослойных сталей // Состояние, проблемы и перспективы восстановления технологии производства Дамасской стали, булата и металлических композитов: сборник докладов и материалов I Международного научно-практического семинара: «Дамасская сталь. Булат. Металлические композиты. Теория и практика». – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – № 1. – C. 83–104.

Благодарности. Финансирование

Исследования выполнены в ЦКП ССМ НГТУ. За помощь в проведение совместных научно-исследовательских работ, авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам кафедры «Материаловедения в машиностроении» Новосибирского государственного технического университета и сотрудникам завода Металлоконструкций ОАО «АСК».

Для цитирования:

Механические  свойства  булатной  стали  /  Д.А.  Суханов,  Н.В.  Плотникова,  С.В.  Долгова,  Л.Н.  Суханова, А.Ю.  Голиков,  Л.Б.  Архангельский  //  Обработка  металлов  (технология,  оборудование,  инструменты).  –  2019.  –  Т.  21,  №  4.  – С. 113–126. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-113-126.

For citation:

Sukhanov D.A., Plotnikova N.V., Dolgova S.V., Sukhanova L.N., Golikov A.Yu., Arhangelskiy L.B. Damask steel mechanical properties.  Obrabotka  metallov  (tekhnologiya,  oborudovanie,  instrumenty)  =  Metal  Working  and  Material  Science,  2019,  vol.  21,  no.  4, pp. 113–126. DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-113-126. (In Russian).

Просмотров: 334