Биметалл – это металлический композиционный материал, состоящий из двух и более разнородных металлов или сплавов.

Цель создания биметаллов - получение материалов с новыми свойствами или же улучшение существующих свойств. В первую очередь это изменение свойств поверхности.
Изменить свойства поверхности можно по-разному. Например, используют разнообразные методы поверхностного упрочнения – поверхностную закалку, ХТО, ППД. О них написано в разделе «О лабораторных работах».
Иногда удобнее или выгоднее создавать биметаллы. Их изготавливают сразу из двух и более металлов (сплавов). Схема биметаллического материала показана на рис.1. Здесь монометалл – это обычный кусок металла$ двухслойный биметалл изготавливают из двух разнородных металлов; трехслойный в принципе может изготавливаться из двух или из трех металлов (сплавов), смотря по необходимости.

Рисунок 1. Схема биметаллических материалов.

Биметаллы получают пластической деформацией, литьем, нанесением различного рода покрытий, наплавкой и т.д. Макроструктура биметаллического материала из сталей 45 и 40Х показана на рис. 2. .
Образец сформирован методом поперечно-клиновой прокатки; сталь 45 – внутри, сталь 40Х – по кромке. Микроструктура показана на рис. 3. При хорошем контакте сплавов линия соединения не содержит дефектов (рис.3а), а в некоторых случаях практически и не заметна (рис.3б). При большом увеличении (рис. 4 а) видно, что структура одной стали плавно переходит в структуру другой. При нарушении технологии возможны несплошности, надрывы и пр. (рис. 4 б).

Рисунок 2. Макроструктура стального биметалла «сталь 45 – сталь 40Х»

а	б

Рисунок 3 . Микроструктура стальных биметаллических материалов в месте соединения

а	б

Рисунок 4. Зона соединения 2 сталей: а – качественное соединение, б – соединение с дефектами

Различают коррозионностойкие и износостойкие биметаллы.
Распространенным способом создания коррозионностойкого биметалла является плакирование. Плакирование - это совместная пластическая деформация своеобразного «сэндвича» – металла-основы и двух листов плакирующих металлов. Их складывают вместе и подвергают горячему деформированию, после которого биметалл представляет собой единое целое. Это трехслойный биметалл, показанный схематично на рис.1. Например, такой биметалл формируется после операции плакирования сплава Д16. Сам сплав Д16 не является коррозионно-стойким, его надо как-то защищать от коррозии. Поэтому дюралюминий плакируют чистым алюминием.

Способом создания коррозионностойких биметаллических материалов является и нанесение покрытий. Например, гальванических, имеющих достаточно большую толщину. На рис.5 показано покрытие хрома на стали 3. После травления выявляется структура стали; хром является коррозионно-стойким материалом и реактив для стали его структуру не выявляет. Покрытие имеет твердость больше, чем сталь – на рис.5 а видны отпечатки индентора микротвердомера, сделанные при одной и той же нагрузке; они гораздо больше для стали, чем для хрома. Такой биметалл относится также и к износостойким, поскольку износостойкость хрома существенно выше износостойкости стали.

а	б

Рисунок 5. Покрытие хрома на стали 3: а – без травления, б – после травления.

Для повышения износостойкости используется также наплавка одного металла на другой. На рис.6 показан биметаллический материал «сталь 65Г+хромистый чугун». Место соединения материалов хорошо видно как по макро-, так и по микроструктуре. Теплоотвод при охлаждении такого образца происходит очень быстро «на массу» вглубь материала. Поэтому в чугуне формируется мартенсит.
Кроме наплавки чугуном возможно упрочнять поверхность наплавкой различных порошков. На рис. 7 показана структура поверхностных слоев при наплавке порошков Fe-Cr и Fe-Ti на сталь 45. Самый верхний слой (1) –наплавочный материал. Далее видна полоса переходной структуры (2), ниже располагается материал основы (3). Самая высокая твердость у наплавленного слоя (рис.8). При переходе к материалу основы (сталь 45) твердость снижается.

Рисунок 6 . Биметалл сталь 65Г+чугун (10%Cr): а – макроструктура, б – микроструктура

Рисунок 7. Структура наплавленных слоев на стали 45: а – Fe-Cr, б – Fe-Ti

Рисунок 8. Изменение микротвердости упрочненного слоя; наплавка порошка Fe-B