Карбидосталь и способ ее получения

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в инструментальном производстве. Цель изобретения - повышение твердости, теплостойкости стали и ее плотности. Карбидосталь содержит , мае. % : карбид титана 4,55-13.3; углерод 0,38-2,89; титан 0,6-4,12; ванадий 5,76- 8,06; хром 7,91-10,2; марганец 0,42-2,27; кремний 0,31-3,4; железо - остальное. В процессе производства стали сплавляют все компоненты, кроме титана, и полученный расплав смешивают в ковше с расчетным количеством титансодержащего компонента. Сплав при этом дополнительно разогревается за счет протекания экзотермической реакции образования карбида титана, становится вязким и теряет жидкотекучесть благодаря своему двухфазному жидкотвердому состоянию после выпадения этих карбидов из раствора. Образовавшуюся жидкотвердую массу, имеющую почти одинаковую структуру как в поверхностных слоях, так и в сердцевине, выгружают из ковша в матрицу литейной формы и прессуют до полного затвердевания. 2 с.п.ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

rIQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4436204/02 (22) 06.06.8& (46) 07,05.91. Бюл. М 17 (71) Брянский технологический институт и

Винницкий политехнический институт (72) А.А.Жуков,, Г.И.Сильман, M,Ñ.Ôpoëüöoâ, В.В.Панин, B.А.Кузьменко и И.А.Гулак (53) 669 15-194 (088,8) (56) Гуревич IO,Г., Нарва В.К., Фраге Н.Р, Карбидосталь. — М.: Металлургия, 1988, с. 64.

Мержанов А.Г. и др. Новые. методы получения высокотемпературных материалов.—

l4.: Наука. 1981, с. 193-206. (54) КАРБИДРСТАЛЬ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в инструментальном производстве. Цель изобретения— повышение твердости, теплостойкости стали и ее плотности. Карбидосталь содерИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано в инструментальном производстве.

Целью изобретения является повышение твердости и теплостойкости при повышенной плотности заготовок.

Кврбидосталь, преимущественно литая, содержит карбид титана и матрицу, содержащую углерод, ванадий, хром, марганец, кремний и титан, при следующем соотношении ингредиентов стали, мас.,:

Карбид титана 4,55-13,3

Углерод 0,38-2,89

Титан 0,6-4,72

Ванадий 5,76-8,08

„„5LI ÄÄ 1647039 А1 (я)5 С 22 С 38/28 В 22 0 27/20 жит, мас. карбид титана 4,55-13,3; углерод 0,38-2,89; титан 0,6-4,12; ванадий 5,768,06; хром 7,91-10,2; марганец 0,42-2,27; кремний 0,31-3,4; железо — остальное. В процессе производства стали сплавляют все компоненты, кроме титана. и полученный расплав смешивают в ковше с расчетным количеством титансодержащего компонента. Сплав при этом дополнительно разогревается за счет протекания экэотермической реакции образования карбида титана, становится вязким и теряет жидкотекучесть благодаря своему двухфазному жидкотвердому состоянию после выпадения этих карбидов иэ раствора. Образовавшуюся жидкотвердую массу, имеющую почти одинаковую структуру как в поверхно- Я стных слоях, так и в сердцевине, выгружают иэ ковша в матрицу литейной формы и прессуют до полного затвердевания. 2 с,п.ф-лы, 2 табл.

Хром

Марганец

Кремний

Железо при этом TIC+Ti+C < 16,0.

При содержании углерода в карбидостали ниже 0,38 в ней образуется недостаточное количество карбида титана TIC, а в аустените остается слишком мало углерода для образования теплостойкого мартенсита. По этой же причине сплавы с содержанием углерода на нижнем пределе должны содержать соответственно меньше титана, При содержании углерода в карбидостали выше 2,89 выпадает из расплава такое

1647039

10 жат титана) 20

40

45 и:; шое количество TiC, что сплав с трудом ,101, ается дальнейшей обработке давлени-.

"м. Кроме того, выплавка белых легирован,:ых чугунов, содержащих более 2,89% С, за руднительиа.

При наличии в сплаве менее 0,6% Tl он со,ержит недостаточно карбидов титана и

;-.е к ожет рассматриваться как твердый сп 1;:в. При содержании в сплаве более

- 1,. 2% Ti этот элемент сильно обезуглероNl 1ает твердый раствор, в результате чего ле -ированный мартенсит металлической м""-.трицы получается недостаточно упрочив;ным после закалки и отпуска.

При содержании в сплаве менее 5,76% Ч и менее 7,91% Сг этот мартенсит получается недостаточно легированным и теплоустой.ивь|м. При содержании в сплаве более

8,08% Ч и 10,2% Cr в металлической связке образуется слишком большое количество карбидов типа МС, М7Сз и М2зСБ, в резульrçòe чего аустенит и образующийся на его мосте мартенсит получаются недостаточно и,-"û "ùåí Hûìè углеродом. При содержаи. и в сплаве менее 0,31% Si этот элемент

-.:, кно рассматривать как примесь. При

:.:;держании же в сплаве свыше 3,4% Si . тот элемент уже перестает оказывать по,.гжительное влияние 1l8 образование кар . .:,::. ов типа МтСз и начинает охрупчивать связку, При содержании в сплаве менее 0,42%

Мл сера (вредная г1римесь) неполностью с.яаана в виде сульфидов типа MnS. При сг,1ержании в сплаве свыше 2,27% Мп в нем с .,:.раияется слишком большое количество с.,:таточного аустенвга, Согласно предлагаемому способу вся и:.лучениая в ковше порция жидко-твердой массы, имеющая практически одинаковую ,;:-:ухфазную структуру, как в поверхностных

:..:.оях, так и в сердцевине, выгружается из

::.:.вша в матрицу литейной формы и прес;,ется пуансоном. Полученная литая заго-, товка еще достаточно пластична и может, и .::. необходимости, подвергаться даль .-ишим операциям горячсго деформирован г.я, Предлагаемый способ плавки и литья ос:гаван иа. ряде термодииамических особенностей разработанной параллельно корзидостали, согласно. которым из раси :лва сначала выделяются карбиды типа

Tl ., почти не содержащие Сг и Мп и лищь . е.".:ного Ч .("карбидная" составляющая карбидостали, ие имеющая жидкой фазы), а при затвердевании связующей ме".>.",-лической матрицы (связки), ь и. еитирующей эти карбиды, выделяются совсем другие карбиды, почти не содержащие Ti, но обогащенные ванадием.

Таким обоазом "быстрорежущая" составляющая разработанной литой карбидостали имеет в течение определенного времени своего образования и существования кратковременную жидкую фазу, что позволяет применять в этот отрезок времени методы литейного производства, но особые, с дополнительным использованием давления, При эатвердевании связки в ней образуются карбиды, равно как и при последующем охлаждении в твердом состоянии, а также при отпуске после закалки, но зти карбиды решающим образом отличаются от

"карбидной" составляющей карбидостали (главным образом тем, что почти не содерПредлагаемая технология (состав сплава, способ плавки и литья его) обеспечивает создание твердого сплава, состоящего из карбидов TiC, сцементированных известHblM методом жидкофазного спекания быстрорежущей сталью, но не содержащей не только вольфрама, но и молибдена. При этом жидкофазное спекание происходит без использования технологии порошковой металлургии, т;е. без сохранения остаточной пористости. Оио происходит естественным образом при затвердевании смеси кристаллов TiC и расплава.

Сцепление между карбидной и быстрорежущей составляющими при предлагаемой технологии гораздо лучше, чем при стандартной (метод порошковой металлургии), так как карбидная составляющая не привносится извне, а зарождается и вырастает в расплаве (на стадии ковшевой металлургии предлагаемого способа).

Пример. В индукционной печи ИСТ004 выплавлены сплавы без титана, состав которых. приведен в табл. 1.

Сплавы перегреты до 1550 С и при переливе из тигля в ковш к ним был добавлен порошок титана марки ПТС дисперсностью

100 мкм в количестве, мас.%: 4,6 (а), 5,2 (б), 9,3 (в), 12,4 (г), 14,2 (д). В результате получены сплавы в кашеобразном состоянии, состав которых приведен в табл. 2.

Эти сплавы вылиты из ковша в полость матрицы пресс-формы цилиндрического профиля диаметром 220 мм и ссажены пуансоном пресса и усилением 50 т до полного

55 затвердевания под давлением в виде дисков высотой 15 мм.

Из части дисков вырезаны заготовки для исследования полученного металла.

Часть заготовок подвергнута закалке с

1220 С и троекратному отпуску при 550 С.

1647039

Таблица 1

Химический состав мат и ы, мас.

Не соответствует формуле изобретения по

Содержание первичных карбидов

TlC, %

Сплав

Cr

Мп

TIC

0,30

0,31

0,32

0,33

0,.33

3,15

3,16

3,32

3,40

3,43

1,58

1,59

1,66

1,71

1,73

6,75

7,22

11,25

14,20

15,42

7,72

8,10

12,20

15,07

16,30

7,63

8,12

12,12

15,08

16,37

1а

16

1в

1г

1д

2а

26

2в

2г

2д

За

Зб

Зв

Зг

Зд

8,50

8,54

8,85

8,97

9,00

788

7,91

8,29

8,50

8,58

9,41

9,50

9,93

10,20

10,30

0,42

0,42

0,43

0,44

0,44

1,26

1,26

1,32

1,36

1,37

2,09

2,10

2,20

2,27.

2,29

1,39

1,29

0,64

0,38

0,32

2,15

2,06

1,20

0,74

0,58 .

2,22

2,08

1,24

0,74

0,57

1,31

1.,38

2,81

4,72

5,70

0,82

0,84

1,50

2,53

3,12

0,91

0,84

1,48

2,44

3,05

5,73

5,76

5,96

6,06

6,06

6,51

6;54

6;85

7,03

7,09

6,54

6,59

6,89

7,10

7,16

4,05

4,55

7,80

9,10

9,40

4,35

5,20

9,50

11,80

12,60

4;50

5,20

9,40

11,90

12,75

Si,Z

TIC

Cr, Мл,Х

Вторая часть не подвергается закалке и отпуску. Вместо. этого производят одну только обработку холодом в жидком азоте.

Полученный металл испытывают на . твердость и теплостойкость, причем мерой последней служит температура нагрева с выдержкой в течение 1 ч, при которой твердость снижается. до значений ниже

HRC 60. Теплостойкость ниже 600 С считается неудовлетворительной..Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Как видно иэ табл. 2, сплавы предлагаемого химического состава удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышейии служебных свойств инструмента за счет . повышения теплостойкости карбидостали и ее плотности. Долговечность инструмента возрастает на 5-8%. По сравнению с известной предлагаемая карбидосталь является более экономно легированной, .поскольку в ней не применяется дорогостоящий и дефицитный молибден.

Дополнительная эффективность достигается. за счет повышения стойкости оснастки, применяемой при кристаллизации сплавов под давлением.

Формула изобретения

1. Карбидосталь преимущественно литая, включающая карбид титана и матрицу, содержащую углерод, кремний, хром и же5 леза, от л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения твердости и теплостойкости, матрица дополнительно содержит титан, ванадий и марганец при следующем соотношении компонентов в стали, мас.%:

10 Карбид титана 4,55-13,3

Углерод 0,38-2,89

Кремний 0,31-3,4

Хром 7,91-10,2

Титан 0,60-4,72

15 Ванадий 5,76-8,08

Марганец 0,42-2,27

Железо Остальное при этом TIC+Tl+C < 16,0.

2. Способ получения карбидостали, 20 включающий получение расплава, доведение его до жидко-твердого состояния, заполнение им формы и кристаллизацию под давлением, отл ича ю щийс ятем, что, с целью увеличения теплостойкости и твер25 дости стали при повышенной плотности заготовок; рднофазный расплав доводят до жидко-твердого состояния путем смешения с твердым титансодержащим компонентом, обеспечивающим введение титана в шихту

30 от 5 до 12%.

1647039

Продолжение табл, 1 грицы, мас.

TiC, С

84

34

76

76

86

84

91

29

59

36

39

61

71

0,42

0,42

0,44

0,46

0,47

0,91

0,92

0,95

0,96

0,97

0,40

0,40

0,43

0,44

0,44

2.18

2,19

2,26

2,30

2,31

3,14

3,17

3,24

3,40

3,50

2,12

2,14

2,20

2,23

2,24

3,21

3,23

3,52

3,52

3,56

0,30

0,З0

0,31

0,32

0,32

8,55

9,04

12,97

15,98

17,35

6,54

7,05

11,11

14,05

15,25

8,52

9,05

13,04

16,03

17,14

6,75

7,20

11.15.

14,21

15,40

Не соответствует формуле изобретения по

TiC, V, Sl,Х

TiC

TIC

С, Ti

С, Ti

С, Ti, Cr,Мп

Ti, Мп

V,Si

V,ЯЛ

V,Sl,Z

TIC, V, Cr, Sl

TiC, V. Cr, Sl

С, Ti, Ñã, Мп

С,Ti,Сг,Мп

Таблица 2

1647039

Продолжение табл. 2

Составитель Г, Дудик

Техред M.Mîðãåíòàë. Корректор В.Гирняк

Редактор Н. Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент,", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1380 Тираж 395 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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