Штамповая сталь

 

ШТАМПОВАЛ СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, молибден, ванадий, титан, никель, алюминий, железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения прочности при теьтературе до , она содержит компоненты при следующем соотношении, мае.%: 0,36-0,46 Углерод 0,90-1,30 Кремний 0,15-0,40 Марганец 2,20-2,70 Хром 2,70-3,40 Вольфрам 0,80-1,50 Молибден 0,30-0,80 Ванадий 0,08-0,20 Титан 0,40-0,80 Никель 0,20-0,80 Алюминий Остальное Железо

3(58 С 22 С 38/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОГНРЫТИЙ (2i) 3579868/22-02 (22) 12.04.83 (46) 23.07.84. Бюл. - 27 (72) Е.И.Бельский, А.С.Воробьев, М.П.Гришанов, И.Б.Гутовский, Л.Р.Дудецкая., Л.Б.Коган, А.А.Кучер, В.В.Мельников, Е.Д.Орлов, С.А.Павловская, Е.И.Понкратин, Э.Ш.Суходрев и А.М.Штерензон (71) Физико-технический институт

АН Белорусской ССР (53) 669.14.018.258-194(088.8) (56) 1. ГОСТ 5960-73 .

2. Авторское свидетельство СССР

9 623903, кл. С 22 С 38/50, 1978. (54) (57) ШТАМПОВАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, молибден, ванадий, титан, никель, алюминий, железо, о т л и— ч aюща я с я тем, что, с целью повышения прочности при температуре до 500 С, она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.X:

Углерод 0,36-0,46

Кремний О, 90-1, 30

Марганец О, 15 — 0,40

Хром 2,20-2,70

Вольфрам 2,70-3,40

Молибден 0,80-1,50

Ванадий 0,30-0,80

Титан 0,08-0,20

Никель 0,40 — 0,80

Алюминий 0,20-0,80

Железо Остальное 1 104182

Изобретение относится к черной металлургии, н частности к высокопрочным теплостойким азотпруемым штампоным сталям для деформирующего инструмента (матрицы, ныталкинатели, пуансоны, вставки и т.п.), изготавливаемого горячей пластической деформацией, подвергаемого химико-термической обработке (азотиронанию), и может быть использовано н металлур- 10 гической и металлообрабатывающей промьппленности.

Известны стали ЗХ2ВЯФ, 4Х5В5ФС, которые широко используются н качестве материала для штампового инстру- 15 мента 1 11.

Однако эти стали имеют низкую технологическую пластичность и ударную вязкость, а также недостаточную разгаростойкость. Кроме того, после диф- 20 фузионного упрочнения (азотирования) поверхностные слои рабочих частей кузнечно-штампоночных инструментон не обладают достаточно высокими физико-механическими свойствами: горячей 25 твердостью, теплостойкостью и износостойкостью при поньппенных температурах.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемо 3g му эффекту является итамповая сталь . f2 2), имеющая следующее содержание компонентов, мас.7:

Углерод - 0,36-0,42

Кремний 0,40-0,80

Марганец О, 15;0,40

Хром 2,20-2,70

Вольфрам 3,50-4,20

Молибден О, 80-1, 50

Ванад»й 0,30-0,80

Никель 0,60-!,20

Цирконий 0,05-0,12

Ниобий 0,05-0,12

Титан О, 08-0, 15

Ллюми ний 0,40-0,80

Железо Остальное

Такая сталь обладает высокой теплостойкостью, хорошей технологической пластичностью и эффективно упрочняется при азотиронании.

Однако прочность известной стали при температуре деформации алюминиевых сплавов (400 и 500 С) не преньппает 1850 и 1600 МПа соответственно, что не позволяет обеспечить высокую стойкость инструмента при обработке высокопрочных алюминиевых сплавов.

Кроме того, сталь содержит поньппенное количество вольфрама, который эффектинно повышает прочность сталей при более высоких температурах.

Цель изобретения — IGBbt>liE Hèå про

nocT» c.< a>>v npv, тем fepazype 1>o 500 С

Эта цель достигается тем„что

t>ITBITIToRRsI сталь, содержащая у гиерон, кремнииy маргB.te>- » хром, вольфрам, молибден, ванадий, титан, никель, алюминий, железо, содержит ком»овеяв ты прп следующем соотношени»,мас.%;

Углерод 0,36-0,46

Кремний 0,90-1,30

Марганец О, 15-.0,40

Хром 2,20-3,70

Вольфрам 2,70-3,40

Молибден 0,80-1,50

Ванадий 0,30-.0,80

Титан 0,08-0Ä20

Никель 0 40-0 80

Алюминий 0,20-0,80

Железо Остальное

11зменение сдержан»я углерода н сторону увеличения до 0,46% делает более технологичным процесс выплавки стали, однако, если оно превыпьает указанный предел, происходит снижение пластических снойстн, Предель. содержания кремния установлены экспериментально из условий обеспечения высокой отпускоустойчиности стали при частичном снижении в ней вольфрама. При введении его в сталь н количестве, меньшем чем 0,97, наблюдается увеличение скорости разо упрочнения при 600 С и выше. При содержании кремния, превышающем 1,307., происходит снижение прочности и пластичности.

Изменение содержания нольфра <а .н сторону снижения обусловлено тем, что кBK показывап>т проведенные эксперименты, суммарное содержание (% +

+Ho) н пределах 3,5-4,97, является оптимальным с точки зрения сочетания высокой теплостойкости и прочности.

При содержании вольфрама менее 2,7% происходит снижение теплостойкости стали.

Уменьшенис содержания никеля вызвано необходимостью обеспечения высокой теплостойкости стали при снижении содержания вольфрама. Однако, если никеля содержится менее чем 0,47, > происходит си>нкение технологической пластичности.

Предлагаемые пределы содержания в стали алюминия сня.заны с необходимостью повысить теплостойкость диффузионных слоев при азотировании, но

1104182.Таблица.1

Содержание компонентов, мас.%

Плавка

С ) Si j Mn Сг Ni И No 1 Ч A1 Ti

J.. l J

0,36

0„90 0,15 2,46

0,94 0,40 2,20

Оэ60 2ь70 0 80 Оэ30 0 20 0 .08

0,38

0,80 2,90 1,50 0,52 0,80 0,20

3 0,46

1,30 0,27 2,70 0,40 3,40 1,22 0,80 0,66 0,15

22 065 016 01

4 0,32 0,78 О, l2

0,2

0,04

1,65 1,0 0,88 0,25

5 . 052

1,56 0,48 2,92

0,32

3,45 Примеси: S и Р не более 0,03, остальное — железо.

Содержание элементов ниже нижнего предела предлагаемого состава.

+%4Содержание элементов выше верхнего предела предлагаемого состава. сохранить при этом высокий уровень механических свойств. При содержании алюминия менее 0,2% он не оказывает существенного влияния на тепластойкость азотированного слоя.

Увеличение содержания титана до

0,2% позволяет значительно повысить теплостойкость азотиронанного слоя без снижения прочности. При большем содержании титана в структуре появляется свободный феррит и прочность стали падает.

Специально проведенные эксперименты показапи, что присутствие в сталя и МЪ обеспечивает преимущественное сохранение высоких свойств стали лишь при длительной эксплуатации инструмента при температуре выше о

600 С и практически нецелесообразно для инструмента при прессовании алюминиевых сплавов, а также при кратковременном.прессовании сталей (суммарное время активного прессования до

60 с). Поэтому от легирования стали. цирконием и ниобием в указанных случаях можно отказаться. Кроме того, это облегчит процесс ведения плавки.

Химический состав опытных плавок предлагаемой стали приведен в табл.1.

Термообработку проводили по следующему режиму: закалка от 1140 С в масло, отпуск при 620 С 1,5 ч и при

580 С 1,5 ч.

Теплостойкость оценивали по температуре дополнительного нагрева продолжительностью 4 ч, приводящего к снижению твердости до НРС 40.

Результаты испытаний приведены в табл.2.

Приведенные результаты показывают, что предлагаемая сталь обладает повышенной прочностью по сравнению с известной, а по теплостойкости и плас5 тичности в горячем состоянии не уступает ей.

Из предлагаемой стали, известной стали и стали ЗХ2В8Ф изготавливали матрицы для горячего прессования стального I -образного профиля. При изготовлении пресс-матрицы из стали

ЗХ2В8Ф гравюру получали, используя операции механической обработки. При использовании известной и предлагаемой стали в связи с высокой их технологической пластичностью рабочий контур в пресс-матрице получали методом штамповки с последующей калибровкой и доводкой. После термообработки и доводки все матрицы подвергали азотированию.

Как показали проведенные исследования, стойкость пресс-матриц, изготовленных из предлагаемой стали, на

20% выше, чем иэ известной и в l,8 раза выше, чем у стали ЗХ2В8Ф.

Экономический эффект от внедрения предлагаемой стали только на одном виде пресс-форм составит по сравнению с изнестной сталью 13940,6 руб.

Предложенная сталь может быть использована для изготовления прессово-волочильного инструмента, используемого на Череповецком сталепрокатЗ5 ном, Красноярском и Ижевском металлургических предприятиях, а также на других машиностроительных предприятиях страны, изготавливающих точные поковки методами обработки металлов

40 давлением.

1104182

Таблица 2

Предел прочности 6, МПа при температуреэос

НкС

Сталь

Пластичность П до разрушения, 1100 С

Теплостойкость, С

20 400

500

1750

1400

ЗХ2В8Ф 1800

650

Извест1600

1850

1960

660 ная

Предлагаемая

2020

1980

1650

26

655

2080

2100

1780

660

2120

1840

2200

660

1800

1520

20! 880

645

1620

1840

1900

650

Заказ 5169/19 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Составитель Л.Суязова

Редактор О.Бугир Техред Т.Фанта Корректор И.Эрдейи