Инструментальный сплав

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕО 1 19,8013 РЕСПУБЛИК 2 С 38/24 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К-02 21) 3925882 22) 10.07.8 46) 5.08.8 71) Брянски 7, Бюл. У й технолог чий инсти пику иков о СССР 1981 СССР 1979.к металам для изз сплава. мас.%: 0,1-3,5;,6; крем ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относитсялургии, в частности к сплавготовления инструмента. Целретения является повышениевязкости и режущих свойствПредлагаемый сплав содержитуглерод 1,25-2,20; молибденхром 5,6-8,0; ванадий 4,3-7 ний 1,4-2,6; марганец 0,3-1,8; алюминий 0,1-0,5; РЗЭ 0,02-0,15, железо -остальное, при этом состав удовлетворяет следующим условиям: Ч ъ 1. 4,5-0,12 Сг - 0,4 (Я +А 1) С - (0,53-0,82 Сг); 9,0 ( Сг + Ч + Мо + Б ++ А 1/С10,23; Б + А 3. = 1,6-2,8.Дополнительное введение в сплав алюминия и РЗМ, а также корреляция междусодержанием углерода и элементов -сфероидидиторов (ванадия, хрома, молибдена, кремния и алюминия) позволяет стабилизировать твердость сплава,повысить ударную вязкость и режущиесвойства. Пониженное содержание углерода (по нижнему пределу) в сочетаниис указанной выше корреляцией обеспечи.вает возможность использования сплава,для получения заготовок инструментане только литьем, но и пластическойдеФормацией. 2 табл.Изобретение относится к металлурГии, в частности к сплавам для изготовления инструментов,Целью изобретения является повьшение ударной вязкости и режущих свойствсплава,Предлагаемый сплав содержит углерод, молибден, хром, ванадий, кремниймарганец, алюминий, редкоземельныеэлементы и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:Углерод 1,25-2,20.Молибден О,0-3,50Хром 5,60-8,0Ванадий 4 30 7 60Кремний 1,40-2,60Марганец 0,30-1,80Алюминий 0,10-0,50РЗЭ 0,02-0,15Железо Ос тал ьно еП р и м е р. Все плавки проводилив открытых индукционных тигельных печах на шихте, состоящей из стальногометаллолома, электродного боя иферросплавов (ферросилиция ФС 75, феррохрома ФХ 200, феррованадия В 1, ферромолибдена ФМ 1). Ферросплавы вводилив расплав, перегретый до 1400-1500 С(в зависимсоти от содержания углерода), Алюминий принудительно вводилив расплав после растворения ферросплавов РЗЭ в виде сплава ФЦМвводили в разливочный ковш под струю ме.талла,Состав сплава выбран исходя изследующих соображений.Содержание хрома ограничено интервалом 5,6-8,0%. При выходе содержанияхрома за нижний предел становится не,:;достаточной степень легирования аустенита и.мартенсита, следствием чегоявляется заметное снижение теплостойкости и режущих свойств сплава. Присодержании хрома более 8 ухудшаетсязакаливаемость сплава из-за слишкомвысокого содержания сильных элементов - ферритизаторов.Содержание молибдена ограничено верхним пределом 3,5 . Молибден вводится с целью увеличения степени легирования аустенита и мартенсита, что приводит к повьппению прокаливаемости, теплостойкости и режущих свойств.спла ва, Однако увеличение содержания молибдена свыше 3,5 нецелесообразно, так как значительно повьппается стоимость сплава без заметного улучшения его режущих свойств. Содержание ванадия рекомендованов интервале 4,3-7,6% (в зависимостиот содержания углерода и других элементов в соответствии с формулой (П,),.в описании), При содержании ванадияменее 4,3 . в структуре сплава в заметном количестве появляются карбидыМ Си, что приводит к снижению свойств, 10 Содержание ванадия более 7,6 нецелесообразно по двум причинам: во-первых, образуя большое количество карбидов ЧС, он обезуглероживает твердыйраствор и ухудшает его закаливаемость;15 во-вторых, высокое содержание ванадияприводит к удорожанию сплава.Содержание кремния ограничено интервалом 1,4-2,6Основное назначение кремния - усиление эффекта вто ричного твердения, что сказываетсяна окончательных свойствах термообработаиного сплава. При содержаниикремния менее 1,4% твердость послеотпуска оказывается недостаточной и 25 не обеспечивает высокие и стабильныережущие свойства сплава. Содержаниекремния более 2,6% нецелесообразноиз-за уменьшения теплостойкостисплава.З 0 Предлагаемый интервал содержанияуглерода (1,25-2,20 ) обеспечиваетформирование в структуре сплава двойной эвтектики А+УС (где А - аустенит) с сильным эффектом композиционного упрочнения, При содержании углерода менее 1,25 участки двойной эвтектики являются эпизодическими ипрактически не вносят заметного вкла.да в повьппение режущих свойств спла ва. Содержание углерода более 2,20 нецелесообразно, так как требуетслишком высокого содержания ванадия,что приводит к появлению в структуресплава крупных карбидов 7 С, которые 45 могут выкрашиваться при работе инструмента. Алюминий в составе сплава обеспечивает три эффекта: совместно с крем В 0 нием усиливает вторичное твердениеи ускоряет распад остаточного аусте- нита при отпуске закаленного сплава; улучшает шлифуемость сплава; повьппает температуру начала мартенситного превращения при охлаждении сплава и тем самым увеличивает степень мартен- ситного превращения. Однако слишком большое содержание алюминия (свыше 0,5 ) резко ухудшает литейные свой30202х 80 мм, а головки резцов фрезеровалидо заданной геометрии. Из отожженныхзаготовок вырезали также стандартные 5образцы 10 х 10 х 55 мм (без надреза) дляопределения ударной вязкости. Подготовленные образцы и инструмент подвергали термической обработке по режиму;закалка с 1180-1220 С в индустриальном масле; двухкратный отпуск при520-560 С (по 40 мин каждый).В табл. 1 приведен химический состав исследуемых сплавов.Резцы испытывали точением заготовок из стали 45 при подаче 0,13 мм//об., глубине резания 0,25 мм безиспользования охлаждающей жидкости. Из приведенных данных видно, что 20 предлагаемый сплав обладает более стабильными свойствами, причем по сравнению с прототипом и аналогом у него значительно выше ударная вязкость, особенно при пониженном содержании 25 углерода. Предлагаемый сплав обладает также более высокими режущими свойствами (на 10-152 по сравнению с прототипом и в 1,5-2 раза по сравнению с аналогом).(10,23; (П)Б + А 1 = 1,6-2,8 (П)Соблюдение условия (П ) и нижнего предела условия (П 2) обеспечивает рав номерность литой структуры, отсутствие в ней тройной эвтектики (в виде сетки) и достаточное легирование аус- З 5 тенита. В случае соответствия состава верхнему пределу условия (П) сплав отличается хорошей закаливаемостью и стабильными значениями твердости. Соблюдение условия (П ) необходимо для40 обеспечения вторичного твердения и распада остаточного аустенита при отпуске закаленного сплава.Жидкий металл разливали в сухие песчано-глинистые формы. Отливаемые заготовки имели прямоугольную форму сечением 2)х 14 и 18 х 18 мм, длиной 125 мм.После удаления литниковой системы стержни отжигали по режиму: нагрев до 900-950 С, выдержка 2-2,5 ч, охлаждение с печью до 600 С, окончательное охлаждение до комнатной температуры на спокойном воздухе. После отжига твердость не более НВ 300.Заготовки обрабатывали строганием до формы цельных проходных прямых резцов размером 20 х 1)х 120 мм и 6 х 16 х предлагаемого сплава для получения заготовок инструмента не только литьем, но и пластической деформацией.45 1,)5-220 0,10-3,50 з 13 ства сплава, поэтому целесообразно ограничивать его содержание 0,57,Редкоземельные элементы обеспечивают образование большого количества дисперсных карбидов в жидком сплаве еще до начала его кристаллизации (при 1400-1500 С)Эти карбиды в дальнейшем играют роль центров кристаллизации основных карбидов (карбидов ванадия). Поэтому РЗЭ обеспечивает сильный модифицирующий эффект и заметно измельчают структуру литого сплава. Для этой цели достаточны небольшие количества РЗЭ, соответствующие предлагаемым пределам.В качестве примесей в сплаве могут присутствовать сера (до 0,053) и фосфор (до 0,083).Содержание ванадия, хрома, молибдена, кремния, алюминия и углерода должны соответствовать следующим условиям:Ч ) (4,5-0,12 Сг - 0,4(Б 1+ А 1)хс-(5,3-0,8)Сг); (П ) Сг + Ч + Мо + Бд + А 19,0 (С По сравнению с прототипом в предлагаемом сплаве имеет место корреляция между содержаниями углерода и элементов-ферротизаторов (ванадия, хрома, молибдена, кремния и алюминия). Поэтому повышаются и становятся стабильными твердость, ударная вязкость и режущие свойства. Пониженное содержание углерода (по нижнему пределу) в сочетании с указаннои корреляцией обеспечивает возможность использования Формула изобретения Инструментальный сплав, содержащий углерод, молибден, хром, ванадий, кремний, марганец, железо, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения ударной вязкости и режущих свойств, он дополнительно содержит алюминий и редкоземельные элементы при следующем соотношении компонентов, мас.Е:УглеродМолибден1330202 при этом состав удовлетворяет следующим требованиям;Ч4,5-0, 12 Сг - 0,4 (Ы+А 1 Ц С,31 4 0,4 6,16 2,25 72 0,29 Таблицаеханические и режущие свойства исследованныхсплавов (после закалки от 190 С и отпуска) Сплав,Твердость НЯС после закалкии отпуска при температуре, С Ударная вязкостьпосле Время работы реэц до переточки, мин при скорости реза ния м/мин1330202 Продолжение табл.2 Твердость Нйс после закалки о и отпуска при температуре,СУдарнаявязкость Время работы резцов до переточки, мин, при скорости резания, м/мин после 540 560 520 отпускапри540 С,Дж/см 60 9-12 100-115 65-75 100-110 60-70 100-110 60-65 105-115 65-75 10-15 20-25 6 7 18-11 2-5 65-8094-10590-100 30-40 55-60 50-55 8 2 4-6 60-62 59-61 10 58-61 58-61 30-60 20-45 62-64 62-63 62-63 2-5 100-110 65-60 Составитель Н, ШепитькоРедактор Т. Парфенова Техред М.Ходанич Корректор Н. Король Заказ 3543/29 Тираж 604 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5