Инструментальная сталь

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii)829712 (61) Дополнительное к авт. сынд-ву (22) Зая влено 06. 08. 79 (21) 2805180/22-02 (51)M. Кл, С 22 С 38/24 с присоединением заявки ¹

Гааудерстеенный камнтет (28) Приоритет на делам нзабретений и аткрытнй (53) УДК669.15-194(088.8) Опубликовано 15.05.81. Бюллетень № 18

Дата опубликования описании 25 .05..8 1

С.И,Тишаев, 10.M.Ïîëèòéåâ, Г.А.Котельников, И.X.Êóòóåâ, В.Я,Капун, Т.M.Áàáêîâ, M.M.Êàðïåíêî, .Г.П.Кагановский, В.А.Сечко, А.К.Купиц и И.Ф.Сойников (72) Авторы изобретения

Изобретение относится к металлургии, а конкретнее к инструментальным сталям для горячей обработки металлов, применяемых для тяжелонагруженных деталей (рабочие вставки, знаки, стержни, выталкиватели пресс-формы литья под давлением сплавов на медной основе). сталь (11, содержащая

Известна вес. %т

Углерод

Алюминий

Кремний

Азот

Марганец

Лантан

Хром

Кальций

Никель

Магний

Молибден

Ванадий

Железо

0,15-0,65

0,005-0,10 .

0 35-,1,2

0,005-0,05

0,2-2,0

0,005-0,10

3,2-7,5

0,001-0,08

0,2-0,8

0,01-0 05

1,2-2,5. 0,2-1,2

Остальное

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является инструментальная сталь f2) . содержащая, вес. Ж:

Углерод 0,28-0,36

Кремний 0 5 — 1,0

Марганец О, 2-0, 5

Хром 3,8-4,2

Молибден 1,7-2, 1

Ванадий 0,4-0,6

Ниобий О, l 2,0

Церий 0,01 — 0 5

Железо Остальное

Основные недостатки известной стали — пониженная теплостойкость (Т„ с1 630 С) и как следствие невысокая стойкость деталей пресс-форм, эксплуатируемых при циклическом о разогреве вьпне 650 С.

Цель изобретения — повышение теплостойкости и сопротивления распространению разгарных трещин инструментальной стали.

8297!

20

3

Поставленная цель достигается тем, что инструментальная сталь дополнительно содержит вольфрам и азот при следующем соотношении компонентов, вес. %:

Углерод 0,28-0,36

Кремний 0,30-1,00

Марганец 0,20-1,00

Хром 2,50-3,10.

Молибден 1,20-1,65

Ванадий 0.,40-1,10

Церий 0,01-0,10

Вольфрам 1,20-2,00

Азот 0,02-0,07

Железо Остальное

Кроме того, отношение (2л . э) суммы произведений соцержаний хрома, вольфрама, молибдена и ванадия (вес.%) на соответствующий коэффициент, к сумме содержаний углерода и азота составляет 1,3:1,7.

Коэффициент определяется как частное от деления содержаний углерода и азота (ат. %) и карбидообразующего элемента в специальном карбиде 25 (карбонитриде), образуемым последним в отожженной стали, и составляет для хрома 0,0815, вольфрама 0,0339, молибдена 0,0623 и ванадия 0,207.

Приведенные значения коэффициен- 50 тов получены расчетным путем по данным фазового состава предлагаемой стали и равняются частному от деления произведения атомного веса углерода (и азота) на число их атомов 55 на произведение атомного веса карбидообразующего элемента на число его атомов в молекуле специального карбида (или карбонитрида), образуемым последним в отожженной стали.

Выплавку стали производят в лабораторной открытой индукционной печи емкостью 50 кг и разливают в слитки массой 50 кг, которые после отжига куют на прутки сечением 35 35 45 (степень укова 12). Из полученных прутков изготавливают образцы для изучения структуры и свойств сталей.

Химический состав представлен в табл.1.

Определяют величину зерна аустенита при нагреве, твердость после закалки и отпуска, теплостойкость, механические свойства при растяжении и ударном изгибе, сопротивление распространению разгарных трещин.

Оптимальные температуры закалки стали выбирают из условий обеспечения наибольшей твердости после закал12 4 ки с охлаждением в масле при сохранении зерна аустенита не менее 10-го номера по шкале ГОСТ 5639-6). Теплостойкость оценивают температурой до— нолнительного изотермического отпуска образцов 15"15 15 мм, предварительно термически обработанных на HRC 4446, продолжительностью 4 ч, обеспечивающего сохранение твердости не ниже HRC 40, Этот уровень твердости является пределом, киже которого тяжелонагруженные детали пресс †фо литья под давлением сплавов на медной основе испытывают интенсивное смятие и износ от взаимодействия с жидким расплавом.

Прочность и пластичность при растяжении при комнатной и повышенной температурах определяют на образцах рабочим диаметром 6 мм и расчетной длиной 30 мм (по ГОСТ 1497 †), ударную вязкость на образцах 10 !О 55 мм, с надрезом типа Менаже (г=1 мм) (по

ГОСТ 9454-60, 9456-60.).

Поскольку для определения сопротивления инструментальных сталей распространению разгарных трещин нет стандартной методики, то в работе эту характеристику оценивают двумя способами. В первом случае определяют живучесть (N+), т.е. количество циклов от момента возникновения магистральной трещины до разрушения образца при испытаниях на малоцикловую усталость. Используют образцы диаметром 7,5 мм с надрезом глубиной

0,5 Мм и радиусом (r) у вершины, равным 0,5 и 1,0 мм. Нагрузка при изгибе с вращением на машине МУИ-6000 составляет 55 кгс/мм { 0,860g ).

Частота нагружения 80 циклов в мин. Й, вычисляют по формуле

8g N =2 N „0,5-@ 1„, 1 где М 0,5 и N — долговечность образцов с радиусом надреза 0 5 и 1,0мм соответственно.

Точность определения N +100 цик- лов.

Во втором случае изучают сопротивление распространению разгарных трещин с использованием квазианалогового метода на установке ТКА-2 конструкции Куйбышевского политехнического института. Используют образцы

2 12 80 мм. Циклическое термосиловое нагружение исследуемого участка по5 8297 верхности образца обеспечивается пе-, риодическим контактированием его высокотемпературным нагревателем и одновременнйм приложением изгибающей нагрузки, равной 75 кгс/мм . Максимальная температура разогрева поверхности образца составляет 650680 С, что соответствует условиям работы тяжелонагруженных деталей пресс-форм литья под давлением спла- 1п вов на медной основе.

Определяют Н > (2500), т.е. среднюю глубину трещин (мм) после 2500 циклов испытаний. Точность определения

Нсо(2500)+0,008 мм при доверительной вероятности Р =0,9.

Таблица 1

Предлагаемая

0,28 0,30 0,20 2,50 1,20 1,20 0,40 0,01 0,020 1,74

0,10

0,36 1,00 1,00 3,10 2,00 1,65 1,10

0,070 1,51

0,32 0,55 0,50 2,70 1;25 1,40 0,62 0,05 0,050 1,30

0,29 0,63 0,48 2,95 1,72 1,51 0,78 0,06 0,032 1,70

0,29 0,54 0,55 2,75 1,23 1,43 0,63 0,04 0,038 1,48

0,30 0,62 0,60 2,83 1,62 1,45 0,69 0,06 0,042 1,49

0,32 0,67 0,56 2,80. 1,93 1,40 0,45 0,03 0,036 1,51

0,32 0,78 0,41 4,10 †. 1,97 0,52 0,05. 0,25

Известная Содержание серы и фосфора во всех плавках не более 0,037.

М

Результаты исследования свойств приведены в табл. 2.

Результаты исследования. показы- 2р вают, что предлагаемая сталь после закалки от оптимальной температуры (1060 — 1080оС) с охлаждением в масле и последующего отпуска на твердость

НРС 44-46, обычно рекомендуемую 25 для тяжелонагруженных деталей прессформ литья под давлением сплавов на медной основе, превышает известную сталь по уровню теплостойкости более чем на 20 С, а по сопротивле- Зо нию распространению раэгарных трещин — в 1,3 — 1,5 раза.

Производится опытно-промышленная плавка предлагаемой стали в деся"

12 6 титонной электродуговой печи. Церий вводится на штанге в виде ферроцерия в печь перез выпуском плавки, а азот— в виде азотированного феррованадия .

Заданная величина Е л.э/С+И легко обеспечивается путем соответствующих корректирующих добавок углеродсодержащих материалов и ферросплавов в период доводки.

Металл разливают в изложницы для слитков массой 2,8 т, которые прокатывают на стане "950".на прутки Ф 180 мм и стане "325" на прутки ф 250 мм с высоким выходом годного (72-75X). Как показывают результаты исследования, качество металла полностью соответствует требованиям

ГОСТ 5950-73. Отмечается также хоро шее совпадение по уровню свойств металла опытно-промышленной и лабораторной выплавки.

Из проката@ !80 мм методом. ковки изготовляют рабочие вкладыши 120х

«35.250 мм, а из прокатаФ 25 мм— стержни, которые после термической обработки но оптимальным режимам испытывают на стойкость при литье под давлением отливок. Средняя стойкость рабочих вкладыш ей и стержней из предлагаемой стали в 1,6 — 1,8 раза выше по сравнению с известной.

Зконвмический эффект от применения

1 т предлагаемой стали составит около 2500 р.

829712

)g х и

Е» о р

1

Э О

О хйх

6 «d Э

О О,Х

L «tt 3 охs

vsv оо ф Ch м и

« 1

1 оо м >» 1 1О

° «ю о >съ

>с > с0

»> О см оо

CV O

« 3 м

«V оо о с сч м см оо л

М О сч со. «О с 4 сч с/

«4

С> ь О Ch сО и & «d > 1, >х м о r, е х

»>

»>

С> л о

Э

Ц о

Ос

И о

1 с«1 Э а х

Й х и о

О, Х>

>» 5

me ах а -ж 5

С>

С> л

С>

М м о о о

Ю

С> л

t с/

С> л

С> л

»3 ь л

С> с»с

«с о л

С>

СО л ь л ь

А Е

& и

v о Х и с>) «d v

Г»

ttt Ы

Ол г>О л(а ъ)л

r а

И сс>

Е»

>х о сс> и л о о

С>

-4 О

1 л

ИО «1 ЭМ

Х 1»

О 1. И

t f«»t1 . О л и а со с>с> л

Ф х

1» и

>х о

М

v о м х ж э х

О Э х хо х о и счс<

6 ro i

Ф и и л 1, N $» о с>> м л

co (co

» (СО

>Л сс>

»t «>0 х и» эс: о и

Й @

Э О

t 8 ов ав юв

>Г> ь >с сь р gu о л

e a,O ь и

C)

CO о о о

«O «O о о о

СО о

С> л о и

t о

Ю

4О

С>

v

>х cL

v 1"

О «1О

Р &0

Э О

Н И

>о л v; о сч с> л

И -- . e сс щ е сч

«О Ч:) сО О >О О О О а Ъ

1»

«d а

Э

И

Х

>х о х

1»

Ф х

Е о

° ° — u о

° C> ко х

r х а и «d

I ь

Э

Э

Э

Я с«1

r x

Э а Е

Щ м х

>rc о х

&» и

Э с>3 х л

Ф с» (О сч

Р

Й о

at

«» а «d > а

«d сч а

Ц"

Э е ° (>

° o î сс> .

Формула изобретения

1. Инструментальная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, це1 рий и железо, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения теплостойкости и сопротивления распространению разгарных трещин, она дополнительно содержит вольфрам и азот при следующем соотношении компонентов, вес. Ж:

Углерод 0,28-0,36

Кремний 0,30-1,00

Марганец 0,20-1,00

Хром 2,50-3,10

Молибден 1,20-1,65

Ванадий 0,40-1,10

Церий 0,01-0,10

Вольфрам 1,20-2,00

Азот 0,02-0,07

Железо Остальное

2. Сталь по п. 1, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что содержание углерода, азота, хрома, вольфрама, молибдена и ванадия удовлетворяет соотношению

829712

Е0,0815XCr+0,0329XW+0,0623XMo+

XC+XN

+0,207ХЧ 1 3-1,7

XC+XN

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

У 508560, кл. С 22 С 38/22, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР Р 495387, кл. С 22 С 38/26, 1976.

Составитель С.Деркачева

Редактор Т.Гыршкан ТехредЛ.Пекарь Корректор M. Демчик

Заказ 3182 45 Тираж 681 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,