Сталь

(51)5 С 22 С 38/4 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИ ОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ 35ский завод льство ССС 38/46, 1989 тносится к металлургии, и, которая может быть изготовления штампов и высотой 295 мм холодия для прессования деиз высокопрочной стали. ия твердости, ударной екучести при сжатии, поИзобретение относитсяталлургии, в частности, к облава сталей, которые могут бытдля изготовления штамповмм и высотой 295 мм холоднования для прессования детална из высокопрочной стали, Исодержащая, мас. %:УглеродКремнийМарганецХромМолибденВанадийа также не менее одного элеНиобийТитанЦирконий к области мести производсть использованы диаметром 230 го деформироей типа стаказвестна сталь,0,60 - 0,780,6 - 1,51,50,8 - 1,90,55 - 1,5О,05 - 0,50мента из ряда О 0,3 03 Сера Селе(57) Изобретение ов частности к стаиспользована длядиаметром 230 ммного деформироваталей типа стаканаС целью повышевязкости, предела сле деиствия циклических нагрузок сжатия трещиностойкости, удароустойчивости, износостойкости, сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас, О/,: 0,62- 0,80 углерода, 0,7 - 1,5. кремния, 1,4 - 1,8 хрома, 0,9 - 1,3 марганца, 0,7 - 0,94 молибдена, 0,24-0,56 ванадия, 1,4-1,85 никеля, 0,002- 0,004 кальция, 0,12 - 0,16 карбидов тантала, 0,09 - 0,14 окиси магния, 1,1 - 1,52 гафния, 0,11 - 0,16 осмия, 0,10-0,22 празеодима, 0,06 - 0,10 лития, железо - остальное, при условии, что суммарное содержание никеля . и кремния составляет 2,55 - 2,9, а отношение суммарного содержания молибдена, ванадия, гафния к содержанию углерода - 3,25- 3,96. Свинец 0,3Ф Теллур 50,2 Кальций 0,2 Хелезо Остальное (см, заявку М 59 - 80754, Япония, заявлена 17,10,82, Кл. МКИ С 22 С 38/24, С 22 С 38/28: рефератстали опубликован в реферативном журнале "Металлургия, 15 И, Металловедение и термическая обработка", В 4, 1985 г, М,; ВИНИТИ, с, 109, 4 И 809 П). Эта сталь может быть использована для изготовления штампов диаметром до 230 мм и высотой 295 мм холодного деформирования при прессовании деталей типа стакана из высокопрочной стали, т.к, композиция по углероду и легирующим элементам может обеспечить при удовлетворительных уровнях твердости, предела текучести при сжатии, ударной вязкости, высокими уровнями после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкости, удароустойчиво1763511 Таблица 2 оставитель А,Глазистовехред М,Моргентал орректор Л Лука ктор Т.Шаго ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 3431 ВНИИПИ Тирарственного113035. Подписноемитета по изобретениям и открытиям исква, Ж, Раушская наб 4/5510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сти, износостойкости. Однако на таком широком диапазоне содержания легирующих элементов обнаруживаются ряд составов, которые в одном случае будут иметь низкие значения твердости, предела текучести при сжатии, износостойкости после воздействия циклических нагрузок сжатия, в другом низкая будет трещиностойкость после воздействия циклических нагрузок сжатия и низкая удароустойчивость после воздействия циклических нагрузок сжатия, Из-за низкой исходной твердости и низкой износостойкости после воздействия циклических нагрузок сжатия происходит интенсивный износ штампа в результате чего детали получаются бракованными с отклонениями по размерам: изза низкой ударной вязкости и низкой трещиностойкости после воздействия циклических нагрузок сжатия а также из-за низкой удароустойчивости после воздействия циклических нагрузок сжатия инструмент преждевременно выходит из строя по причине разрушения (микротрещинам), что отрицательно сказывается на производительности пресса, Из-за низкого предела текучести при сжатии происходит потеря геометрических размеров штампа в результате чего получаются детали бракованными по причине склонения геометрических размеров,Известна сталь, содержащая, мас. ; Углерод 0,5 - 0,6 Кремний 1,2-1,6 Хром 0,95 - 1,1 Марганец 0,45 - 0,6 Молибден 0,4-0,6 Ванадий 0,1 - 0,3 Никель 1,3-1,5 Кальций 0,001 - 0,003 Железо Остальное Эта сталь обладает удовлетворительной ударной вязкостью, закаливаемостью а также обладает удовлетворительной способностью сохранять на высоком уровне после действия циклических нагрузок сжатия удароустойчивость и поэтому может быть использована для изготовления штампов диаметром до 230 мм и высотой 295 ммхолодного деформирования для прессования деталей типа стакана из высокопрочной стали, Однако эта сталь не сохраняет на высоких уровнях после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкость, износостойкость, что отрицательно сказывается на эксплуатационной стойкости инструмента: из-за низкой способности сохранять на высоком уровне после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкость, инструмент преждевременно выходит из строя по причине разрушения, что отрицательно сказывается на производительности пресса а из-за низкой способности сохранять на высоком уровне после воздействия циклических нагрузок сжатия износостойкости происходит интенсивный износ штампа в результате чего детали получаются бракованными с отклонениями по геометрическим размерам, Кроме того данная сталь имеет низкий предел текучести при сжатии, что приводит к потере геометрических размеров штампа в результате чего получаются детали бракованными по причине отклонения геометрических размеров. Поэтому ее применение ограничено для штампов диаметром до 230 мм и высотой 295 мм холодного деформирования припрессовании деталей типа стакана из высокопрочной стали, Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков. В основу изобретения поставлена задача создать сталь с таким составом,входящих в нее компонентов и их соотношением, которые обеспечили бы ей после воздействия циклических нагрузок сжатия высокие уровни трещиностойкости, удароустойчивости, износостойкости а также высокие уровни твердости, ударной вязкости, предела текучести при сжатии по сравнению со сталями аналогичного назначения. Для достижения указанной цели в сталь, в состав которой входят углерод, кремний,хром, марганец, молибден, ванадий, никель,кальций, железо, согласно изобретению, дополнительно вводят карбиды тантала, карбиды церия, гафний, осмий, празеодим (физическое состояние их - твердое), при этом названные ингредиенты должны быть в следующих соотношениях, мас, ;Углерод 0,62 - 0,80Кремний 0,7 - 1,5 Хром 1,4-1,8 Марганец 0,9 - 1,3 Молибден 0,7 - 0,94 Ванадий 0,24 - 0,56 Никель 1,4 - 1,85Кальций 0,002 - 0,004 Карбиды тантала 0,12 - 0,16 Окись магния 0,09-0,14 Гафний 1,1 - 1,52Осмий 0,11-0,16Праэеодим 0,10 - 0,22 Литий 0,06 - 0,10 Железо Остальное. при условии, что отношение суммарного содержания никеля и кремния должно составлять 2,55 - 2,90 мас. а также отношение суммарного содержания молибдена, ванадия, гафния к содержанию углерода должно составлять 3,25 - 3,96, Предлагаемая сталь отличается от известной:придает стали комбинированное карбидноакисноинтерметаллидное упрочнение, что в совокупности приводит к повышению предела текучести при сжатии а также к повышению после воздействия циклических 45 50 нагрузок сжатия износостойкости, удароустойчивости. Уменьшение содержания окиси магния менее 0,09 мас. Оуменьшает в стали количество инертных со слабой реакционной способностью к коагуляции дисперсных упрочняющих частиц и снижает 55 эффект комбинированного карбидноинтерметаллидного упрочнения, что приводит кснижению предела текучести при сжалиик снижению после воздействия циклических нагрузок сжатия износостойкости, ударо 1. Дополнительным содержанием карбидов тантала от 0,12 до 0,16 мас. О . Карбиды тантала, введенные в указанных количествах обеспечивают в стали при литье при повышенных температурах 1580 - 5 1785 С равномерное распределение карбидов тантала, которые являются зародышами для дальнейшего выделения дисперсных карбидов хрома, молибдена, ванадия а также нитридов и карбонитридов и получение 10 в последующем после ковки и термической обработки структуры с равномерным распределением дисперсных карбидов, нитридов и карбонитридов, что в итоге повышает твердость, предел текучести при сжатии. 15 Уменьшение содержания карбидов тантала менее 0,12 вес. Оснижает их эффективность в стали по измельчению карбидов хрома, молибдена, ванадия а также нитридов и карбонитридов ванадия, что отрица тельно сказывается на снижении твердости, предела текучести при сжатии. Увеличение карбидов тантала более 0,16 мас. Оприводит в стали к крупным скоплениям карбидов тантала и вследствии этого образуется не равномерное распределение нитридов икарбонитридов ванадия а также карбидов хрома, молибдена, ванадия, которые слабо связаны с матрицей и быстро выкрашиваются, что отрицательно сказывается на сниже нии после воздействия циклических нагрузок сжатия износостайкости, Кроме того, из-за крупных скоплений карбидов тантала и карбонитридов, нитридов ванадия а также карбидов хрома, молибдена, 35 ванадия при содержании в стали карбидов тантала более 0,16 мас. Оснижается ударная вязкость.2, Дополнительным содержанием окиси магния в пределах 0,09 до 0,14 мас. %. 40 Окись магния, введенная в указанных количествах создает в стали инертные со слабой реакционной способностью к коагуляции дисперсные упрочняющие частицы а также устойчивости. Увеличение содержания окиси магния более 0,14 мас. Оприводит к образованию сложных хромомолибденованадиевомагниевых окислов в виде хрупких пленок окислов по границам зерен, в результате чего снижается предел текучести при сжатии и снижается после воздействия циклических нагрузок сжатия удароустойчивости, износостойкость.3. Дополнительным содержанием гафния от 1,1 до 1,52 мас. %. Гафний, введенный в указанном количестве образует стойкие в коагуляции при эксплуатации стали в режиме циклических нагрузок сжатия, мелкодисперсные карбиды гафния, что приводит к повышению твердости и повышению после воздействия циклических нагрузок сжатия износостойкости. Уменьшение содержаниягафния менее 1,1 мас. Оприводит к небольшому количеству мелко- дисперсных стойких к коагуляции карбидов гафния, что отрицательно сказывается на снижении твердости; и снижении после воздействия циклических нагрузок сжатия износостойкости. Увеличение содержания гафния более 1,52 мас, % приводит к крупным скоплениям карбидных фаз и образованию карбидной неоднородности, что в итоге отрицательно сказывается на снижении ударной вязкости и на снижении после воздействия циклических нагрузок сжатия удароустойчивости. Кроме того, увеличение содержания гафния более 1,52 мас. Оприводит к перелегированию стали из-за чего образуется повышенное количество остаточного аустенита, приводящий к снижению твердости,4. Дополнительным содержанием осмия от 0,11 до 0,16 мас, . Осмий, введенный в указанном количестве усиливает образование тонко распределенных дисперсных, выделившихся, при упрочняющей термической обработке карбидов хрома, молибдена, ванадия и замедляет процесс коагуляции их при эксплуатации стали в условиях циклического нагружения сжатия, что приводит к повьТшейию после воздейст вия циклйческих нагрузок сжатия трещина- стойкости, удароустойчивости, Уменьшение содержания осмия менее 0,11 мас. Оне эффективно, т.к, снижение содержания осмия снижает образование при термической обработке тонко распределенных дисперсных карбидов хрома, молибдена, ванадия, что приводит к снижению после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкости, удароустойчивости, Увеличение содержания осмия более 0,16 ма с, приводит к образованию по границам зерен хрупкого соединения в виде пленок ГеОЯ, что510 20 25 30 40 45 50 55 отрицательно сказывается на снижении после воздействия циклических нагрузок сжатия удароустойчивости, трещиностойкости.5. Дополнительным содержанием празеодима от 0,10 до 0,22 мас. %. Празеодим, введенный в указанном количестве изменяет природу, форму и распределение сульфидных включений: сульфидные включения становятся более тугоплавкими и глобулярными, границы зерен очищаются от сульфидных включений не только по границам но и в теле зерен. Все это в совокупности повышает ударную вязкость а также повышает после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкость, Кроме того, празеодим, введенный в указанном количестве образует сложные окислы празеодима с хромом, ванадием, марганцем типа шпинели, что также повышает после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкость. Уменьшение содержания празеодима менее 0,10 мас,неэффективно, т.к. снижение содержания празеодима уменьшает его роль как глобуляризатора сульфидных включений: незначительно очищает зерна от сульфидных включений как по границам так и по телу зерен а также уменьшает количество сложных окислов празеодима с хромом, ванадием, марганцем типа шпинели, что в совокупности приводит к снижению ударной вязкости и к снижению после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкости. Увеличение содержания празеодима выше 0,22 мас.также нежелательно, т.к. будет иметь место загрязнение металла сложными многофазными включениями, при этом за счет увеличения остаточного Вразеодима в расплаве заметно возрастает склонность стали к повторному окислению и загрязненность стали неметаллическими включениями увеличивается, в результате чего снижается ударная вязкость и снижается после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкость,6, Дополнительным содержанием лития от 0,06 до 0,10 мас, . Литий, введенный в указанном количестве усиливает общую десул ьфураци ю стал и, уплотняет структуру вблизи зерен, очищает от фосфора и ка рбидных выделений, что в совокупности повышает ударную вязкость и повышает после воздействия циклических нагрузок сжатия износостойкость. Уменьшение содержания лития менее 0,06 мас.неэффективно, т.к, снижение содержания лития повышает рыхлость структуры вблизи зерен, не очищает границы зерен от обогащения фосфором и карбидных выделений, что приводит к снижению ударной вязкости и к снижению после воздействия циклических нагрузок сжатия износостойкости, Увеличение содержания лития более 0,10 мас.приводит к повышению загрязненности стали окислами лития в результате повторного окисления лития и его соединений, что отрицательно сказывается на снижении ударной вязкости и на снижении после воздействия циклических нагрузок сжатия иэносостойкости.7. Суммарное содержание кремния и никеля в стали должно составлять 2,55 - 2,90 мас. . При этом содержание в стали кремния, никеля должно быть в пределах состава заявляемой стали, т.е. кремния в пределах 0,7-1,5 мас.;, никеля в пределах 1,4 - 1.85 мас. . Суммарное содержание в стали кремния и никеля в пределах 1,55 - 2,90 мас,при упрочняющей термической обработки обеспечивает как в теле так и по границам зерен мелкодисперсные равномерные выделения карбидов ванадия, молибдена, гафния а также карбонитридов ванадия, гафния в результате чего повышается ударная вязкость и повышается после воздействия циклических нагрузок сжатия удароустойчивость. Суммарное содержание в стали кремния и никеля менее 2,55 мас. % при упрочняющей термической обработки приводит к неравномерному выделению дисперсных карбидов ванадия, молибдена,гафния а также карбидонитридов ванадия, гафния как в теле так и по границам зерен в результате чего снижается ударная вязкость и снижается после воздействия цикли 35 ческих нагрузок сжатия удароустойчивость.Суммарное содержание в стали кремния и никеля более 2,90 мас.приводит при упрочняющей термической обработки к выделению укрупненных карбидов ванадия, молибдена, гафния а также карбонитридов ванадия, гафния как в теле так и по границам зерен в результате чего снижается ударная вязкость и снижается после воздействия циклических нагрузок сжатия удароустойчивость. 8. Отношение суммарного содержания молибдена, ванадия, гафния к содержанию углерода должно составлять 3,25-3,96, При этом содержание в стали молибдена, ванадия, гафния, углерода должно быть в пределах состава заявляемой стали, т.е. молибдена в пределах 0,7 - 0,94 мас. %, ванадия 0,24 - 0,56 мас.;6, гафния 1,1 - 1,52 мас,Д, углерода 0,62 - 0,80 мас, , Отношение суммарного содержания молибдена, ванадия, гафния к содержанию углерода в пределах 3,25 - 3,96 обеспечивает высокое обогащение мартенсита углеродом, в результате чего повышается твердость, предел текучести при сжатии, Отношениесуммарного содержания молибдена, ванадия, гафния к содержанию углерода менее 3,25 приводит к переобогащению мартенсита углеродом из-эа чего образуется большое количество остаточного аустенита, что отрицательно сказывается на снижении твердости, предела текучести при сжатии, Отношение суммарного содержания молибдена, ванадия, гафния к содержанию углерода более 3,96 приводит к снижению степени обогащения мартенсита углеродом, в результате чего снижается твердость и предел текучести при сжатии. Кроме того, отношение суммарного содержания молибдена, ванадия, гафния к содержанию углерода более 3,96 приводит к крупным скоплениям по границам зерен карбидов молибдена, ванадия, гафния а также карбонитридов ванадия, гафния в результате чего снижается после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкость. Приведенное содержание углерода (0,62 - 0,80 мас. ф ) обеспечивает стали высокие уровни твердости, предела текучести при сжатии. Указанное содержание кремния (0,7 - 1,5 мас.) обеспечивает стали полное раскисление и пОлучение плотной отливки а также повышение удароустойчивости после воздействия циклических нагрузок сжатия, Введение в сталь марганца в пределах от 0,9 до 1,3 мас., хрома от 1,4 до 1,8 мас. обеспечивает стали после воздействия циклических нагрузок сжатия высокие уровни износостойкости. Введение в сталь ванадия в пределах от 0,24 до 0,56 мас, %, молибдена от 0,7 до 0,94 мас. повышает твердость и предел текучести при сжатии, Введение в сталь никеля в пределах от 1,4 до 1,85 мас,, кальция от 0,002 до 0,004 мас.повышает ударную вязкость а также повышает после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкость. Основным компонентом стали является железо, но кроме указанных легирующих элементов в ней содержится примеси в мас.; серы до 0,03, фосфора до 0,03, меди до 0,20. Наиболее эффективно сталь, согласно изобретению, может быть использована для изготовления штампов диметром до 230 мм, высотой 295 мм холодного деформирования для прессования деталей типа стакана из высокопрочной стали. Для пояснения изобретения ниже описаны примерные составы сталей со ссылками на прилагаемую таблицу. Сталь, согласно изобретению, выплавляют в электропечах по известным способам выплавки инструментальных сталей на обычных шихтовых материалах с соответствующим содержанием ингредиентов, Для подтверждения того, что заявляемая сталь в соответствии с формулой изобретения обеспечивает достижение поставленной цели приводим для сравнения плавки М 6 - 8 конкретного выполнения с граничным и оптимальным значениями всех 5 ингредиентов, входящих в состав известнойстали (прототипа) с полученными по каждому из них механико-технологическими свойствами в процессе их испытания на образцах того же типа и при тех же одина ковых условиях их изготовления, что и заявляемой стали (плавки М 1 - 5).Химический состав сталей плавок 1 - 8приведен в табл. 1Состав плавки 1 (см. табл. 1) не обеспе чивает стали высокой твердости: твердостьна шлифованных, с параметром шероховатости й = 0,32 мкм по ГОСТ 2789 - 73, образцах размером 15 х 15 х 15 мм, вырезанных электроэрозионным способом с поверхно сти заготовок диаметром 230 мм и высотой295 мм, прошедшие закалку оттемпературы аустенитизации 890 С с выдержкой 3,5 ч и охлаждения в масле (и двухкратный отпуск) первый отпуск при температуре 230 С про должительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20 С; второй отпуск при температуре 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20 С (составляет при температуре испытания 20 С 59,1 ед, НВС, Сталь, 30 указанного состава имеет низкую ударнуювязкость 456 кДж/м, Ударную вязкость опгределяли на шлифованных до параметра шероховатости Ва = 0,32 мкм по ГОСТ 2789 в 73 образцах 11 типа по ГОСТ 9454 - 78 при 35 Ч-виде концентратора (В = 0,25 мм) напряжения. Образцы для определения ударной вязкости вырезались электроэрозинным способом с поверхности заготовок диаметром 230 мм и высотой 295 мм, прошедшие 40 закалку (закалка от температуры аустенитизации 890 С с выдержкой 3,5 ч и охлаждения в масле) и двухкратный отпуск (первый отпуск при 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухедо 20 С; второй от пуск при температуре 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20 С).Испытания производили на копре с запасом работы маятника 147 Дж при температуре 20 С. Сталь, указанного состава при темпео50 ратуре испытания 20 С имеет низкий предел текучести при сжатии равный 2000 МПа.Предел текучести при сжатии определялся на образцах диаметром 5 мм, высотой 8 мм/образцы электроэрозионным способом 55 вырезались с поверхности заготовок диаметром 225 мм и высотой 295 мм, прошедшие закалку от температуры аустенитизации 890 С с выдержкой 3,5 ч и охлаждения в масле и двухкратный отпуск (первый отпуск при температуре 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20 С: второй отпуск при температуре 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20 С), Образцы шлифовали до параметра шероховатости В = 0,32 мкм по 5 ГОСТ 2789 - 73 и испытывали при температуре 20 С на машине ИМА с записью диаграмм нагружения при скорости нагружения 1,2 мм/мин. Сталь, указанного состава, после термической обработки и воздействия 10 циклических нагрузок сжатия при температуре 20 С имеет низкую трещиностойкость 0,1085 мм. Образцы для определения трещиностойкости, вырезались электроэрозионным способом с поверхности штампа 15 диаметром 225 мм и высотой 295 мм, прошедшие закалку от температуры аустенитизации 890 С и двухкратный отпуск (первый отпуск при температуре 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20 20 С; второй отпуск при температуре 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20 С (и действия циклических нагрузок сжатия, нормально приложенных к плоской поверхности штампа циклирова ния). Циклирование штампов производили на гидравлическом прессе путем циклического нагружения сжатия при нормальном напряжении 190 кгс/мм в количестве 2600 циклов. Общая продолжительность одного 30 цикла 31 с., в том числе: время для достижения напряжения 190 кгс/мм составляло 82с., активное время нажатия 4,5 с., время на перемещение штока пресса для производства следующего цикла составоляло 18,5 с. 35 Усилие пресса замеряли манометром, время определяли секундомером. Следует отметить, что нормальное напряжение равное 190 кгс/мм - это минимальное напряжегние, необходимое для прессования деталей, 40 а число циклов равное 2600, - это средняя стойкость штампов, изготовленных из стали прототипа, Трещиностойкость Скр оценивали по длине зародышевой трещины, возникающей на границе карбидной фазы и 45 мартенсита по формуле:Скр = 44(Кс/Н), мм где Кс - критический коэффизциент интен сивности напряжения, кгс/мм, Н - мик/гротвердость, измеренная на приборе ПМТпри нагрузке 100 г, кгс/мм . Методи 2ка испытания на трещиностойкость описана в книге С.И, Булычев, В.П. Алехин "Испыта ние материалов непрерывным вдавливанием индентора", ММашиностроение, 1990 г., с. 141. Критический коэффициент интенсивности напряжения определяли на призматических с наведенной усталостной трещиной образцах малого размера 15 х 20 х 150 мм/образцы электроэрозионным способом вырезались с поверхности штампа диаметром 225 мм и высотой 295 мм прошедшие по вышеописанным режимам закалки, двухкратного отпуска и циклирования. Образцы шлифовали до параметра шероховатости Р = 0,32 мкм по ГОСТ 2789 - 73. Испытания образцов проводили при температуре 20 С на копре с запасом энергии 147 Дж. В процессе испытания определяли полную работу разрушения (А, Дж) и непосредственно на изломе длину исходной усталостной трещины (1, мм). Эти данные были исходными для вычисления характеристик Кс по формуле:где Е и ю - соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона. В, т и тн - высота, номинальная толщина и толщина образцов в нетто-сечении (методика испыта ния описана в а вто реферате кандидатской диссертации Гельмиза В,И, "Теоретическое и экспериментальное исследование вязкости разрушения конструкционных и корпусных сталей при динамическом нагружении", М,; ЦНИИТМАШ, 1974 г., 30 с.). Из половинок отработанных (прошедших испытания-испытанных) образцов критического коэффициента интенсивности напряжения на поверхности перпендикулярной линии надреза, готовили темплеты-микрошлифы (размер темплетовмикрошлифов составлял 15 х 20 х 75 мм), На темплетах-микрошлифах прибором ПМТпри нагрузке 100 г определяли микротвердость на границе карбидной фазы и мартен- сита (вершина алмазной пирамиды прибора ПМТвнедрялась на границе карбидной фазы и мартенсита). Травление микрошлифов производили 4/,-ным этиловым спиртовым раствором азотной кислоты при температуре 20 С в течение 30 с. Сталь, указанного состава после термической обработки и воздействия циклических нагрузок сжатия при температуре 20 С имеет низкую удароустойчиэость равную 1072 ударов. Удароустойчивость определяли на образцах диаметром 15 мм и высотой 24 мм, вырезанных электроэрозионным способом с поверхности штампа диаметром 225 мм и высотой 295 мм, прошедшие закалку от температуры аустенитизации 890 Сс выдержкой 3,5 ч и охлаждения в масле и двухкратный отпуск (первый отпуск при температуре 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20 С: второй отпуск при температуре 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе по 20 С) и воздействия циклических нагрузок сжатия, нормально приложенных к плоской поверхности штампа (циклирования), Циклирование штампов (приложение циклических нагрузок сжатия) производили на гидравлическом прессе путем циклического нагружения сжатия при нормальном напряжении 190 кгс/мм в количестве 2600 циклов. Общая продолжительность одного цикла 31 с., в том числе: время рля достижения напряжения 190 кгс/мм составляло 8 с, активное время нажатия 4,5 с, время на перемещение штока для производства следующего цикла составляло 18,5 с. Усилие пресса замеряли манометром, время определяли секундомером. Следует отметить, что нормальное напряжение равное 190 кгс/мм - этог минимальное напряжение, необходимое для прессования деталей, а число циклов равное 2600 - это средняя стойкость штампов, изготовленных из стали прототипа. Образцы для определения удароустойчивости шлифовали до параметра шероховатости Я = 0,32 мкм по ГОСТ 2789 - 73 и испытывали при температуре 20 С на копре при энергии удара 19,6 Дж. Удар производили в центр торцевой части шариком диаметром 19 мм из закаленной с твердостью 62,0 ед. НВС стали ШХ 15: удароустойчивость определялась по числу ударов до образования первой трещины на образце (методика испытания описана в книге Б.А,Войнов "Износостойкие сплавы и покрытия", М.; Машиностроение, 1980 гс. 53). Сталь, указанного состава после термической обработки и действия циклических нагрузок сжатия при температуре 20 С имеет низкую износостойкость; потеря массы у испытанных обазцов составила 12,74 грамм. Износостойкость определяли на образцах диаметром 28 мм и высотой 23 мм, вырезанных электроэрозионным способом с поверхности штампа диаметром 225 мм и высотой 295 мм, прошедший закалку от температуры аустенитизации 890 С с выдержкой 3,5 ч и охлаждения в масле и двухкратный отпуск (первый отпуск при температуре 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20 С: второй отпуск при температуре 230 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20 С) и воздействия циклических нагрузок сжатия, нормально приложенных к плоской поверхности штампа (циклирования). Циклирование штампов (приложение циклических нагрузок сжатия) производили на гидравлическом прессе путем циклического нагружения сжатия при нормальном напряжении 190 кгс/мм в ко 50 55(0,192 мм), удароустойчивости (1397 ударов), износостойкости (8,9 г). Состав плавки 3, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия обеспечивает стали высокие уровни твердости (61,5 ед. НВС), ударной вязкости (556 кДж/м ), предела текучести при сжатии (2305 МПа) а также обеспечивает стали высокие уровни после воздействия циклических нагрузоксжатия трещиностойкости (0,171 мм), удароустойчивости (1302 ударов), износостойколичестве 2600 циклов. Общая продолжительность одного цикла 31 с. в том числе: время рля достижения напряжения 190 кгс/мм составляло 8 с, активное время на жатия 4,5 с, время на перемещение штокапресса для производства следующего цикла составляло 18,5 с, Усилие пресса замеряли манометром, время определяли секундомером, Следует отметить, что нормальное 10 напряжение равное 190 кгс/мм - это минимальное напряжение, необходимое для прессования деталей, а число циклов равное 2600, - это средняя стойкость штампов, изготовленных из стали прототипа. Об разцы для определения износостойкостишлифовали до параметра шероховатости Р = 0,32 мкм по ГОСТ 2789 - 73, Испытания на износ (износостойкость) призводили при температуре 20 С в абразивной массе зерна 20 электрокорунда белого ЭБ твердостью 2000даН/мм крупностью 500 мкм, при малой2частоте вращения абразивного резервуара 8,1 об/мин. Глубина слоя зерна в резервуаре 70 мм, глубина погружения нижнего тор ца образца 60 мм. Минимальное расстояниебоковой поверхности образца от боковой поверхности абразивного резервуара 10 мм, длительность испытания притемпературе 20 С 60 мин. Износостойкость (износ) 30 определялась по потере массы: взвешивание производили на аналитических весах ВЛАг-М, При испытании верхние и нижние торцы образцов прикрывались шайбами соответствующих размеров и не 35 изнашивались (методика испытания на износостойкость описана в книге В.Н,Кащеева "Процессы в зоне фрикционного контакта металлов", М.: Машиностроение, 1978 г., 213 с.), Состав плавки 2, при рас смотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия обеспечивает стали высокими уровнями твердости (60,2 ед, НЯС), ударной вязкости (594 45 кДж/м ), предела текучести при сжатииг(2200 МПа) а также обеспечивает стали высокими уровнями после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностой костисти (7,8 г), Состав плавки 4, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия обеспечивает стали вы сокие уровни твердости (62,9 ед, НВС), удар ной вязкости (514 кДж/м ), предела текучести при сжатии (2410 МПа) а также обеспечивает стали высокие уровни после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкости (0,154 мм), удароустой чивости (1204 ударов), износостойкости (6,74 г). Состав плавки 5, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия не обеспечивает стали высокие 15 уровни твердости (585 ед. НВС), ударной вязкости (424 кДж/м ), предела текучести при сжатии (2080 МПа), а также не обеспечивает высокими уровнями после воздействия циклических нагрузок сжатия 20 трещиностойкости (0,107 мм), удароустойчивости (997 ударов), износостойкости (11,22 г). Состав плавки 6, при рассмотренных выше методах испытаний, режимахтермической обработки и циклического 25 нагружения сжатия не обеспечивает стали высокие уровни твердости (52,1 ед. НВС), ударной вязкости (380 кДж/м ), предела текучести при сжатии (1800 МПа) а также не обеспечивает высокими уровнями после 30 воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкости (0,099 мм), удароустойчивости (697 ударов), износостойкости (1 6,2 г), Состав плавки 7, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термиче ской обработки и циклического нагружения сжатия не обеспечивает стали высоких уровней твердости (53,4 ед. НВС), ударной вязкости (343 кДж/м )., предела текучестигпри сжатии (1880 МПа), а также не обеспе чивает высокими уровнями после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкости (0,084 мм), удароустойчивости (604 ударов), износостойкости (15,4 г). Состав плавки 8, при рассмотренных вы ше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия не обеспечивает стали высоких уровней твердости (55,3 ед. НВС), ударной вязкости (290 кДж/м ), предела текучести 50гпри сжатии (1 910 МПа) а также не обеспечивает высокими уровнями после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкости (0,063 мм), удароустойчивости (592 ударов), износостойкости (14,3 г), 55 Механические свойства предлагаемойстали, представлены в табл. 2 в сопоставлении с известной сталью,Приведенные в таблице данные подтверждаются актом испытаний(приложениек материалам заявки). Предлагаемая стальдля штампов холодного деформирования,как видно из данных таблйцы, состава плавок 2,3,4 при высоких значениях твердости,ударной вязкости, предела текучести присжатии, имеет высокие уровни после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностой кости, удароустойчивости,износостойкости. Применение заявляемойстали для штампов холодного деформирования приводит к увеличению стойкости инструмента.Предлагаемая сталь прошла испытанияна Орском механическом заводе и рекомендована руководством завода к внедрению.Формула изобретения1. Сталь, содержащая углерод, кремний,хром, марганец, молибден, ванадий, никель,кальций и железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения твердости, ударнойвязкости, предела текучести при сжатии, после воздействия циклических нагрузок сжатия трещиностойкости, удароустойчивостии износостойкости, она дополнительно содержит карбиды тантала, окись магния, гафний, осмий, празеодим, литий приследующем соотношении компонентов,мас. ф ;Углерод 0,62-0,80Кремний 0,7-1,5Хром 1,4-1,8Марганец 0,9-1,3Молибден 0,7 - 0,94Ванадий . 0,24-0,56Никель 1,4-1,85Кальций 0,002 - 0,004Карбиды тантала 0,12-0,16Окись магния 0,09-0,14Гафний 1,1 - 1,52Осмий 0,11-0,16Празеодим 0,10 - 0,22Литий 0,06 - 0,10Железо Остальное2, Сталь по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что суммарное содержание никеля икремния составляет 2,55 - 2,90,3. Сталь по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что отношение суммарного содержания молибдена, ванадия, гафния к содержанию углерода составляет 3,25-3,96..С ММММ 1 ЭЭ ГЭихсах сэсСЭ ХОссхчхс 1 1 Э О 1 й ссЩ 1 й 1 Х 1 ц 1 1а а а ласч л ма 1 С 3 о л л л лсчсчсчсчм 1 1 1 Эс ээ1 1ц О:ов- в 1 1 1 1 1 11 1 1 1 Э1 Х1 11 Хс1"1 11 О1 Э1 3с сс1"1 Х1 ЦО11 - 1 1е1 Ю11111 ЛцЕ1О11. дэф о счл лО ОООО 11 1 в в 1 1 а а а сО О 3 О О О 1 1й Э 13011 ЭЭЭ 1 Х С 1 1-. 3 в 1 1 1 11 а а а ласч л Офч-ма 13 Ю 1а х 1 Э Э 1 1 1 1 1 1О в ссхвв 1 3 1 1 ЭХ 1а х 1 х с 11 1 в 1 Э с сс-в о э счсо ОСЧСЧ лл л ООООО 1ц 1 аф мОфСкОООООМсЧ - С 3 лам -со л кс" О ООООО 1 1 1 О М.С Чв СОл лОООООс 4 мс а сч м ОООООООО ООООООООк л л л л л ОООООООО к к л л л кСч- ф-с оч сч О сч .с а л сч мл клОООООООО ф сч со а Л сО Св о С а О л л лк л ОООО О О Ом л а Осч -с ч л л л к кСО-- л" мсч ос аао лф со а ас к л л к л лОООООООО 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 в 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 в 1 1 1 1 1 1 1 1 в 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 11 11 3 1 1 1 1 1 11 1 1 11 1 1 3 1 1 1 11 1 1 11 1111