Автоматная сталь и изделие, выполненное из нее

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу стали, используемой для изготовления деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей методом механической и термической обработки. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, кальций и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,32-0,38, марганец 1,35-1,65, кремний 0,18-0,35, сера 0,15-0,22, фосфор 0,040-0,050, кальций 0,0025-0,0040, железо и неизбежные примеси - остальное. Микроструктура стали состоит из мелкозернистого феррита с баллом действительного зерна 8-9, пластинчатого перлита и 10-15% зернистого перлита. Соотношение содержания марганца и серы составляет Mn×S≤0,345, суммарное содержание серы и фосфора составляет ΣS+P≤0,26, суммарное содержание углерода, марганца и кремния составляет ΣC+Mn+Si≤2,30, и суммарное содержание серы и кальция составляет ΣS+Ca≤0,223. Повышаются значения механических свойств, технологичность, обрабатываемость и чистота поверхности деталей, соответствующая 7-8 классу. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к стали для изготовления деталей машин методом механической и термической обработки, в частности для изготовления деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей.

Известна сталь АС45Г2 для изготовления деталей машин методом механической и термической обработки, в частности валика распределителя зажигания автомобильных карбюраторных двигателей, содержащая, мас.%:

углерод	- 0,4-0,48
марганец	- 1,35-1,65
кремний	- не более 0,10
сера	- 0,24-0,35
фосфор	- не более 0,040
свинец	- 0,15-0,35
железо и неизбежные примеси	- остальное.

Механические свойства стали после нормализации и отпуска: σ_т=440 Н/мм² (45 кгс/мм²), σ_в=640 Н/мм² (65 кгс/мм²), δ₅=6%, НВ=229, (ГОСТ 1414-75) «Сталь конструкционная повышенной и высокой обрабатываемости резанием». Технические условия (- прототип изобретения).

Микроструктура стали АС45Г2 после нормализации и отпуска состоит из крупнозернистого феррита (балл зерна 5-6) и пластинчатого перлита.

Поскольку известная сталь содержит свинец, ее производство прекращено.

Недостатками известной стали и выполненных из нее изделий являются:

- вредные условия производства стали;

- большое содержание углерода - до 0,48%, которое снижает ее обрабатываемость;

- нестабильность значений механических свойств, влияющая на нестабильность эксплуатационных свойств деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок;

- свинец в стали вызывает некоторую анизотропию ее пластичности и вязкости;

- содержание серы до 0,35% повышает склонность к коррозии готовых деталей в процессе эксплуатации.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в оптимизации химического состава стали, предназначенной для изготовления изделий методом механической и термической обработки, с получением мелкозернистой структуры, способствующей повышению значений механических свойств, повышению технологичности, обрабатываемости и чистоты поверхности изделий 7-8 класса.

Технический результат изобретения состоит в реализации поставленной задачи.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматная сталь для деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу и железо, согласно изобретению дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	- 0,32-0,38
марганец	- 1,35-1,65
кремний	- 0,18-0,35
сера	- 0,15-0,22
фосфор	0,040-0,050
кальций	- 0,0025-0,0040
железо и неизбежные примеси	- остальное,

при этом она имеет микроструктуру, состоящую из мелкозернистого феррита с баллом действительного зерна 8-9, пластинчатого перлита и 10-15% зернистого перлита, а соотношение содержания марганца и серы Mn×S≤0,345, суммарное содержание серы и фосфора ΣS+P≤0,26; суммарное содержание углерода, марганца и кремния ΣC+Mn+Si≤2,30, суммарное содержание серы и кальция ΣS+Ca≤0,223, а так же тем, что изделие, выполненное из автоматной стали, согласно изобретению выполнено из стали по п.1 и имеет чистоту поверхности, соответствующую 7-8 классу. При этом изделие выполнено в виде валика или в виде кулачка распределителя зажигания автомобильного карбюраторного двигателя.

Сущность изобретения заключается в оптимизации химического состава стали с целью получения необходимой структуры и механических свойств, обеспечивающих изготовление деталей машин типа валиков и кулачков со стабильной заданной чистотой поверхности - 7-8 класса.

Содержание углерода в предлагаемой стали менее 0,32 мас.% и кремния менее 0,18 мас.% ведет к снижению прочности, а выше 0,38 и 0,35 мас.% соответственно - к снижению пластичности.

Кальций (0,0025-0,0040 мас.%) вводится в сталь с целью образования в ней кальцийсодержащих включений, оказывающих смазывающее действие при высокой температуре в очаге резания.

Сера и фосфор в заявленных количествах способствуют повышению качества обрабатываемой поверхности и стойкости инструмента.

Экспериментально установлено, что совокупность заявленных признаков, в том числе соблюдение вышеуказанных зависимостей между содержанием элементов, обеспечивает достижение заявленного технического результата, заключающегося в оптимизации химического состава стали, предназначенной для изготовления изделий методом механической и термической обработки, с получением заданной структуры, способствующей повышению значений механических свойств, повышению технологичности, обрабатываемости и чистоты поверхности изделий 7-8 класса.

Примеры реализации изобретения.

Выплавку металла проводили в электропечи и получили две плавки стали следующего состава, мас.%:

Плавка 1 - углерод - 0,33; кремний - 0,20; марганец - 1,55; сера - 0,22; фосфор - 0,045; кальций - 0,0030; железо и неизбежные примеси - остальное. ΣC+Mn+Si=2,08. Mn×S=0,341. ΣS+P=0,265. ΣS+Ca=0,223.

Плавка 2 - углерод - 0,38; кремний - 0,30; марганец - 1,55; сера - 0,20; фосфор - 0,048; кальций - 0,0036; железо и неизбежные примеси - остальное. ΣC+Mn+Si=2,23. Mn×S=0,31. ΣS+P=0,248. ΣS+Ca=0,2036.

Затем проводили термическую обработку калиброванного проката ⌀13 и 18 мм - отжиг с нагрева ТВЧ.

Механические испытания на растяжение были выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ 1497. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица
Механические свойства	Плавка 1	Плавка 2
Временное сопротивление разрыву, Н/мм2	680	720
Относительное удлинение, %	22,4	19,4
Твердость, НВ	197	207
Структура	6-7	8-9
Класс чистоты	6-7	7-8

Микроструктура калиброванного проката состоит из феррита, пластинчатого перлита с 10-15% зернистого перлита. Балл ферритного зерна, определенный по ГОСТ 5639-82, приведен в таблице.

Из полученного калиброванного проката методом механической обработки были изготовлены валики и кулачки распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей. Чистота поверхности изделий указана в таблице.

Из первой плавки на сто штук валиков и кулачков брак составил 3,5%. Из второй плавки на сто штук валиков и кулачков брак не обнаружен.

Таким образом, оптимальное сочетание химического состава, микроструктуры и механических свойств заявленной стали создает благоприятные условия для механической обработки, получения качественных изделий класса чистоты 7-8, повышения стойкости дорогостоящего инструмента и производительности оборудования.

1. Автоматная сталь для деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	0,32-0,38
марганец	1,35-1,65
кремний	0,18-0,35
сера	0,15-0,22
фосфор	0,040-0,050
кальций	0,0025-0,0040
железо и неизбежные примеси	остальное,

при этом она имеет микроструктуру, состоящую из мелкозернистого феррита с баллом действительного зерна 8-9, пластинчатого перлита и 10-15% зернистого перлита, а соотношение содержания марганца и серы составляет Mn·S≤0,345, суммарное содержание серы и фосфора составляет ΣS+P≤0,26, суммарное содержание углерода, марганца и кремния составляет ΣC+Mn+Si≤2,30 и суммарное содержание серы и кальция составляет ΣS+Ca≤0,223.

2. Деталь распределителя зажигания автомобильного карбюраторного двигателя, выполненная из автоматной стали, отличающаяся тем, что она выполнена из стали по п.1 и имеет чистоту поверхности, соответствующую 7-8 классу.

3. Деталь по п.2, отличающаяся тем, что она выполнена в виде валика распределителя зажигания автомобильного карбюраторного двигателя.

4. Деталь по п.2, отличающаяся тем, что она выполнена в виде кулачка распределителя зажигания автомобильного карбюраторного двигателя.