Немагнитная сталь

Изобретение относится к металлургии, в частности к стареющей высокопрочной немагнитной стали, и можетбыть использовано для изготовлениявысоконагруженных немагнитных деталей ),в том числе сложной формы ибольших сечений ) энергетического итранспортного машиностроения, ра. -ботающих при высоких контактных нагрузках.Известнанемагнитная сталь ) 1 3,содержащая, мас.Ъ:Углерод 0,3-0,43Марганец 20,5-22,5Никель 11-13Ванадий 0,8-1,2 15Железо ОстальноеНедостаток указанной стали - низкие прочностные свойства.Наиболее близкой к предлагаемойпо достигаемому эффекту является 20стареющая немагнитная сталь ).2 ,содержащая, мас.Ъ:Углерод 0,3-0,5Марганец 14-18Никель 8. - .12 25Ванадий 07-17Железо ОстальноеПрименение известной стали дляизготовления немагнитных высоконагруженных деталей, работающих в уз Олах трения затруднительно, так какее химический состав и существующиеметоды упрочнения немагнитных сталей не обеспечивают получения требуемого для указанных деталей сочетания высоких показателей механическихсвойств, низкой магнитной проницаемости(р(1,01 Гс/Э ) и хорошего качества азотированного слоя глубинойболее 0,25 мм. Известная сталь послеупрочняющей термической обработки необладает требуемым для высоконагруженных деталей уровнем прочности.Кроме того, у этой стали после азотирования, необходимого для повышения ее износостойкости, низкие значения глубины и твердости аэотированного слоя не обеспечивают надежнуюработу укаэанных деталей.Цель изобретения - повышение прочности и износостойкости. 50Укаэанная цель достигается тем,что немагнитная сталь, содержащаяуглерод, марганец, никель, ванадий,железо, дополнительно содержит хром,ниобий, кальций, церий при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:Углерод 0,4-0,5Марганец 14,1-18,2Никель 3,0-4,0Ванадий3,2-4,2 бОХром 1,5-2,5Ниобий 0,03-0,08 Кальций 0,001-0,005Церий 0,1-0,20железо ОстальноеПри содержании ванадия, ниобия и углерода менее указанных пределов не достигается требуемого упрочнения стали, так как в процессе ее термической обработки образуется малое количество (0,5 вес. Ъ ) упрочняющих карбидных частиц МС. Введение в сталь ванадия, ниобия- и углерода в количествах, больших установленных пределов легирования, приводит .к высокому упрочнению и охрупчиванию стали ( акт испытаний) в результате выделения в процессе старения большого количества карбидов 7 С и Бъс. Добавка в сталь 0,03-0,08 мас.Ъ ниобия, который с углеродом образует труднорастворимые при нагреве под за-. калку карбиды ИьС, обеспечивает получение мелкозернистой структуры и практически полного растворения при за,калке карбидов 7 С, что способствует повышению прочности стали после старения и улучшения качества аэотированного слоя. Высокое содержание ванадия в стали, превышающее необходимое для полного связывания его с углеродом, и добавки хрома в количестве 1,5-2,5 мас.Ъ увеличивают твердость азотированного слоя.Введение в сталь хрома в количествах более 2,5 мас.Ъ приводит при иэотермических выдержках к образованию по границам зерен крупных частиц карбидов хрома Ме 7 С или Ме 2 зС, которые резко снижают пластичность стали. Выбранные пределы легирования стали углеродом, марганцем, никелем и хромом обеспечивают стабильность аустенитной структуры. После термической обработкизакалка 1170 С, старение при 650 С 15 ч, сталь остается немагнитнойи(1,01 Гс/Э, табл. 1 ). Малые добавки церия и кальция в количествах 0,10-0,20 и 0,001- 0,005 мас,Ъ соответственно способствуют улучшению технологичности стали.Высокая пластичность при 900- 1200 С этой стали обеспечивает получение с помощью горячей прокатки или штамповки различных видов штампованных и катаных заготовок. Технология выплавки сталине меняется по сравнению с используемой для известной стали. Сталь выплавляют в открытой индукционной электропечи и подвергают термической обработке и аэотированию для максимальнопо ее упрочнения.В табл. 1 приведен химический состав дисперсионно-твердеющих сталей.1076488 Таблица 1 Плавка,Состав стали, мас.%Мп М 1 Ч Сг С ИЬ Се Са Ре 13,1 0,29 2,3 2,9 0,5 Остальное 3,0 3,2 0,03 0,10 0,001 -14,1 0,40 1,5 0,44 15,9 3,3 3,8 1,8 0,07 0,10 0,002 0,08 0,20 0,005 -,4 18,2. 0,50 4,0 2,5 20,3 0,59 5,8 4,9 0,21 0,20 0,006 4,2 14,3 0,34 0,85 17,9 0,50 11,7 1,50В табл. 2 приведены механические свойства, магнитная проницаемость рс, величина аустенитного зернад и характеристики азотированного слоя ста. ,лей 1 закалка)от 1170 С и старение при 650 С 15 ч У предлагаемой стали, имеющей после термической обработки мелкозернистую структуру, обеспечивается после азотирования хорошее качество азотированного слоя без выкрашивания и сколов,Таблица 2 Механические свойства сталей Характеристики авотированного слоя н кДж см 2 ез МПаМГсЭ МПа Ъ ср Глубина, мм Дефекты 43 47 О 29 0,59 1 910 14 1,004 580 70 Выкрашиваниеи сколы 25 Нет 20 Нет Нет 20 1,5 1,004 9,0 1,006 5 1350 1200 4 76 1020 620 2328 15 Нет Выкрашиваниеи сколы 70 7 1160 960 16 25.4,5 1,004 50 О 12 Выкраши 0,34 вание исколы Ф В числителе и знаменателе - глубина азотированного слоя с твердостью Н 600 после азотирования в среде 80 В Б + 20 БН при температурах соответственно 600 С - 30 ч. и 750 С - 20 ч. 2 1270 1100 3 1280 1120 4 1310 1160 21 27 18 2 15 24 5,0 1,005 4,0 1,005 4,0 1,005 0 26 0,63 0 25 0,64 0 25 0,65 0 26 0,65 0,321076488 Таблица 3 Максимальные контактные напряженияМПа Нагрузки (Н 1 Суммарная потеря в весе, ч Известная сталь Предлагаемая 294 0,023 0,034 350 0,005 0,010 490 0,017 0,042 0,045 735 556 0,017 0,024 0,025 655 980 0,058 0,063 1180 735 1470 800 Составитель Л. СуязоваРедактор С. Квятковская Техред Ж.Кастелевич Корректоря Повх Заказ 670/25 Тираж 603 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Азотирование обеспечивает предлагаемой стали слой глубиной 0,25- 0,40 мм и твердость НУ 0 730-870, известной - глубину аэотйрованного слоя 0,15-0,35 мм и твердость НУ. 600"630.10Сравнительные испытания на износостойкость и контактную прочность проводят на машине МИМ при трении каЧения с удельным проскальзыванием равным 15 на роликах 28,б.мм,10 по следующей методике, Два ролика од Стали плавок 1 и 5 состав которыхвыходит из пределов предлагаемого)имеют низкие уровни прочности(600 МПа у плавки 1 или пластичности и ударной вязкости (Р= 4 и.сн=1,5 кДж/см у плавки 51, что необеспечивает надежную работу высоконагруженных немагнитных деталей.По прочностным характеристикам,величине аустенитного зерна, глубине новременно вращаются в разные стороны со скоростями 425 и 360 об/мин,При каждой нагрузке образцы испытываню в течение 40 ч, по окончанииэтапа определяют иэйос образцов припотере веса. Принятые нагрузки на ролики и со.ответствующие им контактные напряжения, а также величина суммарного износа после каждого этапа испытаний приведены в табл. 3. и качеству азотированного слоя табл. .2), известная сталь (плавки б и 7 существенно уступает предлагаемой стали и не может быть использована для изготовления высоконагруженных немагнитных деталей. Ожидаемый экономический эффект от применения предлагаемой стали составит 100 тыс.руб, в год.