Штамповая сталь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 191 (1 749306 А 8/4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ рячего деформирования цветных мет в частности для пресс-форм литья по пением алюминиевых сплавов. Штам сталь содержит, мас.ф: углерод 0,4 кремний 0,20 - 0,50; марганец 0.40 хром 1,50 - 2,00; молибден 0.80 - 1,10 дий 0,30-0,50; никель 1,20-1,60; мед 0,3; ниобий 0,05-0,10: кальций 0,005 тантал 0,05 - 0,10; РЗМ 0,05-0,10; же остальное, Сталь имеет повышенные ностные свойства, жидкотекучесть, стойкость и эрозионную стойкость. 2 ение "Зая"ванова, 8 аллурги ествен хся для и 1Ъф Недостатком жаропрочется низкая механическая ирячем деформировании,Наиболее близка по цению и предлагаемому техннию сталь (1) состава, мас.УглеродКремнийМарганецХромМолибденВанадийНикель и являнои ста рочност ри значереше. евом ическ%0.46 - 0.53 0.20 - 0,50 0.40. - 0.70 1,50 - 2,00 0.80 - 1,100,30 - 0,50 1,20-1,60 До 0,30 Остальное ышленная эксплуатавлением показала ее рочность и эрозионвенным недостатком относительно невытва, особенно жидкоповыш.ения тепло- стали рекомендуетмикролегирующих церий, а также оте элементы или их 6 д (") 1 пром под д жароп Сущес ляетс свойс ль и жаропрочмповой стали азупрочнения ых режимов. а ое снижение менению геоформ и снижеци не ретения является по сти стали и эксплуата 1 ШЕОСУДАРСТОЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Производственное обьединтранспортного машиностроени(57) Изобретение относится к метсвязано с получением высококачштамповых сталей, применяющи Изобретение относится к металлургии, касается изыскания высококачественных штамповых сталей. работающих с высоким удельным давлением (до 100-120 кг/м ) при относительно плавном нагружении и значительном разогреве поверхностных слоев, применяющихся для пресс-форм литья под давлением алюминиевых сплавов. Известно, что для стойкости в штамповые ся вводить в качестве добавок тантал. ниобий дельные редкоземельнь сумму. Известны штамповая ста ная сталь. Недостатком шта является высокая скорость р при изменении температурн также относительно быстр твердости. что приводит к и метрических размеров пресснию стойкости инструмента. ЖелезоДлительнаяя пресс-формдостаточнуюную стойкость.данной стали ясокие литейныетекучесть.Целью изобние жидкотекуч эллов. д давповая - 0,53; -0,70; вана,05 - -0,05; лезо - проч- жаротабл,20 ной стойкости литья штамповых инструментов за счет повышения прочности, жаропрочности и эрозионной стойкости стали.Эта цель достигается тем, что штамповая сталь, содержащая углерод. кремний, 5марганец, хром, молибден, ванадий, никель, медь и железо, дополнительно содержит ниобий, кальций, тантал и редкоземельные элементы при следующем соотношении компонентов. мас. О : 10Углерод 0,46-0,53Кремний 0,20 - 0,50Марганец 0,40-0,70Хром 1,50 - 2.00Молибден 0,80 - 1,10 15Ванадий 0,30-0,50Никель 1,20-1,60Медь 0,05-0,30Ниобий 0,05 - 0,10Кальций 0,005 - 0,05Тантал 0,05 - 0,10РЗМ .0,05-0,10Железо ОстальноеСталь содержит примеси: фосфор до0,03, сера до 0,03 . Содержание лигирующих элементов выбрано таким, чтобы материал при высоких температурах ибольших удельных давлениях проявилструктурную и размерную стабильность,обеспечивая высокую работоспособность 30литых пресс-форм. Введение ниобия и тантала улучшает прочностные свойства штамповой стали, повышает жаропрочность иэрозионную стойкость. Добавки ниобия итантала меньше 0,05 каждого неэффективны, а при содержании свыше 0,1 ообразуются термически стойкие карбиды,которые не перераспределяются в процессе.термообработки, что приводит к снижениюмеханических свойств. 40Редкоземельные элементы оказываютмодифицирующее влияние на процесс кристаллизации, то есть уменьшают химическую неоднородность, измельчают дендритную структуру, что приводит к повышению прочности и жаропрочности стали. Содержание РЗМ менее 0,05% неэффективно.При содержании РЗМ более 0,1% происходит выделение грубых фэз по границам зерен, что уменьшает прочность и жаропрочность. Введение кальцию улучшает жидкотекучесть стали за счет ее очищения от вредных примесей, Добавка кальция менее0,005 неэффективна, а при содержаниисвыше 0,1 происходит выделение неметаллических включений по границам зерен.что ухудшает свойства стали,Присутствие меди в сплаве оказываетположительное влияние на увеличение прокаливэемости стали ввиду ее высокой теплопроводности. При содержании мед ленее 0,05 в сплаве наблюдается снижениепрокаливаемости, Верхний предел содержания меди 0,30% выбран исходя из того.что при содержании меди выше 0,30% сплавсклонен к образованию поверхностных трещин при горячей обработке давлением.Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что не имеетсясоставов штамповых сталей. идентичныхпредлагаемому составу. Данный составкомпонентов придает литой штамповой стали более высокую жидкотекучесть и эксплуатационную стойкость, что позволяетсделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "существенное отличие",П р и м е р. Для экспериментальнойпроверки были проведены плавки предлагаемой стали с содержанием элементов нанижнем, среднем й верхнем уровнях и однаплавка стали-прототипа 5 хЗ МНФ (ДИ).мас. :Углерод 0.50Кремний0,35Марганец 0,60Хром1,80Ванадий 0,45Молибден 0,95Никель 1,40Медь 0,21Железо Остальное. В лабораторных условиях по стандартным методикам был проведен анализ химического состава каждой плавки, приведенной в табл. 1.Учитывая, что содержание всех лигирующих элементов кроме тантала, ниобия,кальция, РЗМ соответствует диапазону ихконцентраций 5 х 2 МНФ (ДИ), то исследование проводилось только для плавок сварьированием концентрацией дополнительных элементов, Плавки проводились воткрытых индукционных печах с магнезитовой футеровкой. Перед кажой плавкой проводилась замена футеровки на новую сцелью избежания загрязнения образцов ниобием, танталом, кальцием и РЗМ от предыдущих плавок, Полученные образцыподвергались испытанию на определениемеханических свойств в лабораторных условиях. Заготовки проходили закалку от 900 Си отпуск 550 С. Жидкотекучесть определялась заливкой металла в песчаные формы поГОСТ 16438-70, э жаропрочность - в соответствии с ГОСТ 6130-71,.Эрозионная стойкость испытуемых материалов определялась следующим образом: испытуемый образец (цилиндрдиаметром 5 мм, высотой 30 мм) помещался1749306 Таблица 1 блица в расплав алюминия при 700 С таким образом, чтобы половина образца оставалась в воздушной атмосфере, Эрозионная стойкость определялась как величина, обратно пропорциональная скорости коррозии образца, За результат испытаний во всех случаях бралось среднее значение по пяти образцам от каждой плавки, Результаты испытаний приведены в табл. 2. Из приведенных в табл, 2 данных видно, что совместное введение ниобия, кальция, тантала и РЗМ повышает жидкотекучесть, прочность, жаропрочность и зрозионную стойкость стали. По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение увеличивает жидкотекучесть на 50%, прочность на 10%, а жаропрочность и зрозионную стойкость - в 1,7-2,0 раза, что значительно повышает стойкость штампового инструмента, изготовленного из предлагаемой стали,Формула изобретения Штамповая сталь, содержащая углерод,кремний, марганец, хром, никель, мслибден, медь, ванадий и железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышенияжидкотекучести, прочности. жаростойкости и зроэионной стойкости, она дополнительно содержит ниобий, кальций, тантал и РЗМ при следующем соотношении компонентов, 10 мас,%УглеродКремнийМарганецХром15 МолибденВанадийНикельМедьНиобий20 КальцийТанталРЗМЖелезо о,аб - 0,53 0,20 - 0,50 0,40 - 0,70 1,50 - 2,00 0,80-1,10 0,30-0,50 1,20 - 1,60 0,05 - 0,3 0,05 - 0,10 0,005-0,050 0,05-0,10 0,05-0,10 Остальное