Штамповый сплав


 


Владельцы патента RU 2550071:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу сплава, используемого для изготовления штампового инструмента. Сплав содержит углерод, кремний, молибден, хром, вольфрам, кобальт, марганец, титан, никель, ванадий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,20-0,30, кремний 0,40-0,80, молибден 2,00-2,50, хром 8,00-10,00, вольфрам 2,50-3,00, кобальт 1,00-1,50, марганец 1,00-1,40, титан 0,20-0,30, никель 6,00-8,00, ванадий 0,20-0,30, железо - остальное. Повышается эксплуатационная стойкость инструмента за счет увеличения твердости, теплостойкости и окалиностойкости. 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к инструментальным материалам, используемым для изготовления штампового инструмента.

Известен штамповый сплав, содержащий углерод, марганец, кремний, хром, вольфрам, ванадий, железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,30-0,40
Марганец 0,15-0,40
Кремний 0,15-0,40
Хром 2,20-2,70
Вольфрам 7,50-8,50
Ванадий 0,20-0,50
Железо остальное

(Сорокин В.Г. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1989. - С.408).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является штамповый сплав, содержащий углерод, кремний, молибден, хром, вольфрам, кобальт и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,22-0,30
Кремний 0,40-0,80
Молибден 1,80-2,50
Хром 7,00-8,00
Вольфрам 7,50-8,50
Кобальт 8,00-9,00
Железо остальное

(Кремлев Л.С. Развитие теории легирования и разработка оптимальных составов теплостойких инструментальных сталей. М.: автореферат, 1974. С.39).

Недостатком описанных штамповых сплавов является низкая эксплуатационная стойкость штамповых инструментов, обусловленная не высокими твердостью, теплостойкостью и окалиностойкостью штамповых сплавов, применяемых для их изготовления.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эксплуатационной стойкости штамповых инструментов за счет увеличения твердости, теплостойкости и окалиностойкости штамповых сплавов.

Для достижения указанного технического результата штамповый сплав, содержащий углерод, кремний, молибден, хром, вольфрам, кобальт и железо, дополнительно содержит марганец, титан, никель и ванадий в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,20-0,30
Кремний 0,40-0,80
Молибден 2,00-2,50
Хром 8,00-10,00
Вольфрам 2,50-3,00
Кобальт 1,00-1,50
Марганец 1,00-1,40
Титан 0,20-0,30
Никель 6,00-8,00
Ванадий 0,20-0,30
Железо остальное

Введение в состав штампового сплава углерода в количестве 0,20-0,30 мас.% является оптимальным, что способствует образованию карбидных фаз, которые принимают участие в процессе дисперсного твердения. При содержании углерода менее 0,20 мас.% снижается количество упрочняющей фазы и, как следствие, твердость штампового сплава. При содержании углерода более 0,30 мас.% происходит снижение ударной вязкости штампового сплава.

Введение в состав штампового сплава кремния в количестве 0,40-0,80 мас.% является оптимальным, так как при таком содержании кремния проявляется влияние на вторичную твердость при отпуске, повышается легированность твердого раствора. При содержании кремния менее 0,40 мас.% снижается влияние на вторичную твердость. При содержании кремния более 0,80 мас.% уменьшается ударная вязкость штампового сплава.

Введение в состав штампового сплава молибдена в количестве 2,00-2,50 мас.% является оптимальным, так как способствует повышению температуры рекристаллизации γ-твердого раствора и замедляет его разупрочнение, а также приводит к увеличению пластичности и прочности штампового сплава, повышает твердость, участвуя в образовании интерметаллидной фазы при высоких температурах. Содержание молибдена ниже 2,00 мас.% и выше 2,50 мас.% нецелесообразно, так как не оказывает влияние на повышение твердости и теплостойкости штампового сплава, а применение также совместно с молибденом, ванадием и хромом в принятом соотношении компонентов значительно повышает окалиностойкость.

Введение в состав штампового сплава хрома в количестве 8,00-10,00 мас.% является оптимальным, так как при этом увеличивается сопротивление штампового сплава окислению при высоких температурах и повышается способность к дисперсионному твердению. Наличие хрома в указанном количестве затрудняет рост зерна при нагреве, повышает механические свойства сплава при статической и ударной нагрузке, повышает прокаливаемость и жаропрочность. При содержании хрома ниже 8,00 мас.% в сплаве снижается количество карбидов хрома, которые принимают участие в процессе, а при содержании хрома более 10,00 мас.% происходит резкое снижение теплостойкости и жаропрочности штампового сплава.

Введение в состав штампового сплава вольфрама в количестве 2,50-3,00 мас.% является оптимальным, так как способствует выделению упрочняющей фазы при отпуске, что приводит к повышению твердости и теплостойкости сплава. Содержание вольфрама ниже 2,50 мас.% приводит к снижению количества выделения интерметаллидов при отпуске, что уменьшает теплостойкость и твердость штампового сплава. Содержание вольфрама выше 3,00 мас.% приводит к увеличению количества интерметаллидной фазы, что снижает пластичность штампового сплава.

Введение в состав штампового сплава кобальта в количестве 1,00-1,50 мас.% является оптимальным, так как способствует выделению интерметаллидов при высоких температурах отпуска, повышая твердость и теплостойкость штампового сплава, а также повышает прочность при ударных нагрузках и улучшает жаропрочность штампового сплава. Содержание кобальта менее 1,00 мас.% нецелесообразно, так как не приводит к повышению теплостойкости и твердости штампового сплава. Содержание кобальта более 1,50 мас.% приводит к увеличению количества упрочняющей фазы, что отрицательно влияет на пластичность сплава.

Введение в состав штампового сплава марганца в количестве 1,00-1,40 мас.% является оптимальным, так как способствует увеличению прокаливаемости и устойчивости к распаду аустенита. При содержании марганца менее 1,00 мас.% снижается прокаливаемость штампового сплава. При содержании марганца более 1,40 мас.% снижается прочность и ударная вязкость штампового сплава.

Введение в состав штампового сплава титана в количестве 0,20-0,30 мас.% является оптимальным, препятствующим образованию межкристаллитной коррозии с одновременным увеличением количества карбидной фазы. Снижение содержания титана меньше 0,20 мас.% нецелесообразно, так как при этом не оказывается влияние на межкристаллитную коррозию, а увеличение содержания титана свыше 0,30 мас.% приводит к снижению вязкости штампового сплава.

Введение в состав штампового сплава никеля в количестве 6,00-8,00 мас.% является оптимальным, так как способствует повышению вязкости, усиливает противодействие росту зерна, улучшает прокаливаемость и механические свойства штампового сплава, а также повышает окалиностойкость и жаропрочность. Снижение количества никеля ниже 6,00 мас.% и повышение более 8,00 мас.% нецелесообразно, так как не приводит к положительному влиянию на свойства штампового сплава.

Введение в состав штампового сплава ванадия в количестве 0,20-0,30 мас.% является оптимальным, так как способствует измельчению зерна и повышению окалиностойкости штампового сплава. При содержании ванадия ниже 0,20 мас.% влияние его на измельчение зерна проявляется незначительно. При содержании ванадия выше 0,30 мас.% ухудшается шлифуемость штампового сплава.

Пример конкретного выполнения

Предлагаемый штамповый сплав выплавляется в открытой индукционной печи. Слитки массой от 12 кг ковались на прутки сечением 12×12 мм и 20×20 мм для лабораторных исследований. Степень деформации составила 83%. Температура начала ковки равна 1200°C, температура конца ковки - 900°C. Охлаждение после ковки выполнялось до 700°C на воздухе, далее - в песке. Штамповый сплав исследовали на механические свойства в холодном и горячем состоянии после закалки и отпуска. Закалка осуществлялась при температуре 1025-1075°C с последующем охлаждением в масле. Твердость после закалки составила HRC 56-58. Отпуск осуществлялся нагревом до температуры в пределах 300-850°C через 50°C. При температуре 850°C после 4 ч выдержки твердость составила HRC 56-57.

Для сравнительной оценки использовался штамповый сплав (прототип) 2Х8ВМ2К8, твердость которого после закалки и отпуска при 650°C составила HRC 54-56, теплостойкость для твердости HRC 45 составила 745°C.

Теплостойкость предлагаемого штампового сплава составляла 850°C после длительного нагрева. Твердость составляла HRC 56-57 при высокой ударной вязкости.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый состав штампового сплава обладает оптимальными свойствами, обеспечивает лучшую теплостойкость и механические свойства (твердость, износостойкость и ударная вязкость) по сравнению со штамповым сплавом-прототипом.

Исследования показали увеличение в 1,5-2 раза стойкости инструмента, в частности пуансонов, выполненных из предлагаемого штампового сплава, по сравнению со стойкостью инструмента, выполненного из штампового сплава - прототипа. Это позволяет использовать предлагаемый штамповый сплав для изготовления, например, матриц и пуансонов выдавливания, а также штампов горячего деформирования, рабочая поверхность которых нагревается до 750-850°C.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения повышает эксплуатационную стойкость инструмента вследствие увеличения твердости, теплостойкости и окалиностойкости штампового сплава.

Штамповый сплав, содержащий углерод, кремний, молибден, хром, вольфрам, кобальт и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец, титан, никель и ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,20-0,30
Кремний 0,40-0,80
Молибден 2,00-2,50
Хром 8,00-10,00
Вольфрам 2,50-3,00
Кобальт 1,00-1,50
Марганец 1,00-1,40
Титан 0,20-0,30
Никель 6,00-8,00
Ванадий 0,20-0,30
Железо остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству высокопрочных коррозионностойких мартенситностареющих сталей, используемых в энергетическом машиностроении для изготовления высоконагруженных упругих металлических уплотнений разъемных соединений энергетических установок, работающих в агрессивных средах при температурах от 20 до 723K.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения высокопрочной теплостойкой проволоки различных типоразмеров и листового материала.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойким аустенитным хромоникелевым сталям, применяемым при производстве высокопрочного сортового проката.
Изобретение относится к сварочным присадочным проволокам для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом в защитных газах легированных теплоустойчивых сталей для оборудования и трубопроводов АЭС, работающих при воздействии пароводяной смеси и ионизирующего излучения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению закаленной мартенситной стали, используемой для изготовления различных конструкционных и приводных деталей.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной стали, используемой для изготовления изделий, применяемых в различных областях техники. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии получения листового проката, используемого в бронезащитных конструкциях. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению сварочной проволоки для сварки жаропрочных хромистых мартенситных сталей. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, используемым для корпусных конструкций атомных энергоустановок. .

Изобретение относится к способу получения мартенситной стали. Для повышения механических свойств и сокращения значений их разброса в стали, содержащей другие металлы, обеспечивающие её упрочнение при выделении интерметаллических соединений и карбидов, а также Al между 0,4% и 3%, указанную сталь подвергают термической обработке, включающей нагрев стали выше температуры ее аустенизации, охлаждение стали примерно до температуры окружающей среды, помещение стали в криогенную среду при температуре Т1, причем температура Т1 является более низкой, чем температура Mf мартенситного преобразования, и выдержку стали в криогенной среде с продолжительностью, по меньшей мере равной ненулевому времени t1 выдержки от момента, когда самая горячая часть стали достигла температуры ниже, чем температура Mf мартенситного преобразования, причем температура Т1 (в ºС) и время t1 выдержки (в часах) определяется уравнением Т1=ƒ(t1), причем первая производная функции ƒ по t, ƒ'(t), является положительной, и вторая производная ƒ по t, ƒ”(t), является отрицательной. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочных дисперсионно-твердеющих сталей для высоконагруженных зубчатых колес и подшипников, работающих при температуре до 500°C. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,22-0,27, кремний 0,2-0,4, марганец 0,2-0,6, хром 3,3-4,0, кобальт 8,0-9,5, никель 6,0-6,9, молибден 2,5-3,0, вольфрам 0,4-0,6, ванадий 0,20-0,24, ниобий 0,05-0,15, иттрий 0,008-0,01, лантан 0,04-0,05, церий 0,02-0,03, неодим 0,015-0,02, азот 0,03-0,04, железо - остальное. Повышаются предел текучести, ударная вязкость и теплопрочность стали при пределе прочности σB не менее 1800 МПа. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения среднего значения усталостной прочности получают мартенситную сталь, которая имеет такое содержание других металлов, что она способна упрочняться в результате выделения интерметаллических соединений и карбидов и имеет содержание Al от 0,4 до 3 мас.%. Температура горячего формования при последнем проходе горячего формования стали ниже температуры растворимости нитридов алюминия в этой стали, и температура каждой из возможных термообработок после этого последнего прохода горячего формования ниже температуры растворимости в твердом состоянии нитридов алюминия в этой стали. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нержавеющей стали, используемой для изготовления труб для нефтяных скважин. Сталь содержит, мас.%: С не более 0,05, Si не более 1,0, Mn от 0,01 до 1,0, Р не более 0,05, S менее 0,002, Cr от 16 до 18, Mo от 1,8 до 3, Cu от 1,0 до 3,5, Ni от 3,0 до 5,5, Со от 0,01 до 1,0, Al от 0,001 до 0,1, О не более 0,05 и N не более 0,05, остальное количество составляют Fe и неизбежные примеси. Содержание компонентов в стали удовлетворяет выражениям: Cr+4Ni+3Mo+2Cu≥44 и Cr+3Ni+4Mo+2Cu/3≤46. Сталь имеет высокую стойкость к высокотемпературной коррозии и предел текучести не менее 862 МПа. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 табл.
Наверх