Легированная сталь

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу конструкционной легированной стали для силовых деталей - шестерен, валов, поверхности которых упрочняются химико-термической обработкой - цементацией, нитроцементацией и азотированием, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения: получение стали с хорошим сочетанием характеристик прочности σ_в≥ 140 кгс/мм² и ударной вязкости а_н = 8 кгсм/см², не склонного к росту зерна при цементации и не разупрочняющегося при азотировании. Предложенная сталь имеет следующий состав компонентов, мас. %: углерод 0,14-0,21; марганец 0,4-0,7; кремний 0,6-0,9; хром 2,6-3,0; никель 1,0-1,5; молибден 0,4-0,6; вольфрам 1,0-1,4; ванадий 0,35-0,55; ниобий 0,08-0,22; церий 0,01-0,05; лантан 0,01-0,03; неодин 0,01-0,03; железо остальное. 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию конструкционных сталей для силовых деталей шестерен, валов, поверхности которых упрочняются химико-термической обработкой цементацией, нитроцементацией и азотированием, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известны отечественные и зарубежные стали аналогичного назначения. Химический состав этих марок приведен в табл.1.

Недостатком зарубежных патентов являются широкие пределы по всем элементам, не гарантирующие требуемых специальных свойств. Существующие теплопрочные отечественные стали, упрочняемые химико-термической обработкой не обеспечивают комплекс предъявляемых в настоящее время требований.

В промышленности экономически целесообразно в изделии применять один конструкционный материал, который в зависимости от конструкции детали, толщины стенок и действующих в эксплуатации нагрузок подвергается поверхностному упрочнению на различную глубину, что достигается применением различных видов химико-термической обработки, цементации, нитроцементации, азотированию газовому или ионному. Поэтому материал должен сохранять высокую прочность при длительных выдержках в процессе азотирования, а также сохранять мелкозернистую структуру при высокой температуре цементации.

Опыт серийного производства шестерен из стали ВКС-4 показывает, что она имеет крупнозернистую структуру и вследствие этого нестабильные показатели прочности и особенно ударной вязкости, которая на отдельных плавках снижалась по 2 кгсм/см².

Цементуемая высокопрочная сталь 26Х3Н2ВФМБ (авт. св. N 700558 C 22 C 38/48) также имеет недостаточно высокую ударную вязкость 5 кгсм/мм². Разработанную в последние годы сталь ВКС10 сильно разупрочняется в температурном интервале азотирования.

За прототип взята наиболее близкая к предлагаемым требованиям отечественная сталь ВКС-5 (ТУ 14-1-3842-81) следующего химического состава, мас.

C 0,14 0,19 Mn 0,4 0,7 Si 0,6 0,9 Cr 2,6 3,0 Ni 1,0 1,5 Mo 0,4 0,6 W 1,0 1,4 V 0,35 0, 55 Ce 0,01 0,05 Nb 0,10 0,20
Fe остальное
Известная сталь отличается мелкозернистой структурой и хорошим сочетанием характеристик прочности и ударной вязкости. Как показал опыт серийного производства недостатком стали является невысокая стойкость к росту зерна при цементации, что приводит к деформированию карбидной сетки и снижению прочности при изгибе.

Технической задачей изобретения является разработка состава стали с σ_в≥ 140 кгс/мм² и а_n ≥ 8 кгсм/см², не склонной к росту зерна при цементации и не разупрочняющейся при азотировании.

Поставленная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, церий, ниобий и железо, дополнительно содержит лантан и ниодим при следующем соотношении элементов в мас.

C 0,14 0,21
Mn 0,4 0,7
Si 0,6 0,9
Cr 2,6 3,0
Ni 1,0 1,5
Mo 0,4 0,6
W 1,0 1,4
V 0,35 0,55
Nb 0,08 0,22
Ce 0,01 0,05
Za 0,01 0,03
Nd 0,01 0,03
Fe остальное
Легирование редкоземельными элементами Za и Nd, измельчающими зерно благодаря зародышевому действию и повышающими теплопрочность, позволяют получить сталь с мелким зерном, не склонным к росту в процессе цементации и сохраняющую уровень прочности при азотировании.

Химический состав исследованных плавок приведен в табл.2, механические свойства, твердость после длительной выдержки при температуре азотирования и величина зерна приведены в табл.3.

Механические свойства определяли после термической обработки: предварительно нормализации от 930^o, отпуска 650±20^o, закалки от 900±10^o в масле, обработки холодом 70^o и отпуска 300±10^o.

Как видно из представленных в табл.3 данных, новая сталь обеспечивает комплекс предъявляемых промышленностью требований: превосходит применяемые материалы по прочности и вязкости, не разупрочняется в температурном интервале азотирования и не склонна к росту зерна при цементации.

Возможность универсального использования новой стали в авиационном и народнохозяйственном машиностроении, повышенные механические свойства и технологичность при химико-термической обработке позволяет получить значительный технико-экономический эффект.

Формула изобретения

Легированная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, церий, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит лантан и неодим при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,14 0,21
Марганец 0,4 0,7
Кремний 0,6 0,9
Хром 2,6 3,0
Никель 1,0 1,5
Молибден 0,4 0,6
Вольфрам 1,0 1,4
Ванадий 0,35 0,55
Ниобий 0,08 0,22
Церий 0,01 0,05
Лантан 0,01 0,03
Неодим 0,01 0,03
Железо Остальноен

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2