Карбидосталь и способ ее получения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1647039 9) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВ ЕЛЬСТВ 7,91-10,20,42-2,270,31-3,4Остальное 6 идоста- остаточТ 1 С, а в углероого марплдвы с пределе меньше в карбидоста асплава тако ии угле падает ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР 1(71) Брянский технологический институт иВинницкий политехнический институт(56) Гуревич Ю,Г., Нарва В.К., Фраге Н.Р,Карбидосталь. - М.: Металлургия, 1988,с. 64.Мержанов А,Г. и др. Новые. методы получения высокотемпературных материалов. -4,: Наука, 1981, с. 193-206,(54) КАРБИДРСТАЛЬ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в инструментальном производстве. Цель изобретения -повышение твердости, теплостойкости стали и ее плотности. Карбидосталь содерИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано в инструментальном производстве. Целью изобние твердости ишенной плотнос Кврбидосталсодержит карбижащую углерод,кремний и титан нии ингредиент Карбид тита Углерод Титан Ванадий ретения является повышетеплостойкости при повыти заготовок,ь, преимущественно литая,д титана и матрицу, содерванадий, хром, марганец,при следующем соотношеов стали, мас.:на 4,55-13,30,38-2,890,6-4,725,76-8,08 55 С 22 С 38/28, В 22 0 27/2 жит, мас, : карбид титана 4,55-13,3; углерод 0,38-2,89; титан 0,6-4,12; ванадий 5,76- 8,06; хром 7,91-10,2; марганец 0,42-2,27;кремний 0,31-3,4; железо - остальное. В процессе производства стали сплавляют все компоненты, кроме титана. и полученный расплав смешивают в ковше с расчетным количеством титансодержащего компонента. Сплав при этом дополнительно разогревается за счет протекания экэотермической реакции образования карбида титана, становится вязким и теряет жидко- текучесть благодаря своему двухфазному жидкотвердому состоянию после выпадения этих карбидов иэ раствора. Образовавшуюся жидкотвердую массу, имеющую почти одинаковую структуру как в поверхно- Я стных слоях, так и в сердцевине, выгружают иэ ковша в матрицу литейной формы и прессуют до полного затвердевания. 2 с,п.ф-лы, 2 табл,ХромМарганецКремнийЖелезопри этом ТС+Т+С16,0.При содержании углерода в карли ниже 0,38 в ней образуется недное количество карбида титанааустените остается слишком малода для образования теплостойктенсита. По этой же причине ссодержанием углерода на нижнемдолжны содержать соответственнотитана,При содержан родали выше 2,89 вы из р,о 1 ается дальнейшей обработке давлени-."м. Кроке того, выплавка белых легирован,:ых чугунов, содержащих более 2,89 оь С,за руднительна.При наличии в сплаве менее 0,6",ь Т онсо,ержит недостаточно карбидов титана и:.е к ожет рассматриваться как твердыйсп 1;:в. При содержании в сплаве более1,.2 Т этот элемент сильно обезуглерож; воет твердый раствор, в результате чеголе ированный мартенсит металлическойматрицы получается недостаточно упрочив ным после закалки и отпуска.При содержании в сплаве менее 5,76 Чи менее 7,91 О Сг этот мартенсит получаетсянедостаточно легированным и теплоустойчивьм. При содержании в сплаве более8,08;ь Ч и 10,2Сг в металлической связкеобразуется слишком большое количествокарбидов типа МС, М 1 Сз и М 2 зСБ, в резульгате чего аустенит и образующийся на егомосте мартенсит получаются недостаточнон;:сыщенными углеродом. При содержан, и в сплаве менее 0,31;4 В этот элемент;.тот элемент уже перестает оказывать по, г жительное влияние на образование кар. дов типа МтСз и начинает охрупчиватьсвязку,При содержании в сплаве менее 0,42 ,Мл сера (вредная примесь) неполностьюс.яаана в виде сульфидов типа Мп 5, Присг,1 ержании в сплаве свыше 2,27 Мп в немс.:.раняется слишком большое количествос.:таточного аустенвга,Согласно предлагаемому способу всял.лученная в ковше порция жидко-твердоймассы, имеощая практически одинаковуюд:-:ухфазную структуру, как в поверхностныхс,.оях, так и в сердцевине, выгоужается из:.:.1 ша в матрицу литейной формы и прес;,ется пуансоном. Полученная литая заго-,товка еще достаточно пластична и может,1 ;л необходимости, подвергаться даль:.ишим операциям горячсго деформироваПредлагаемый способ плавки и литья основан на ряде термодинамических особенностей разработанной параллельно кл:оидостали; согласно. которым из расплава сначала выделяются карбиды типа Т.;.почти не содержащие Сг и Мп и лишь .е .,ного Ч.("карбидная" составляющая карбидостали, не имеющая жидкой фазы), а при затвердевании связующей металлической матрицы (связки), ь и.ентирующей эти карбиды, выделяются совсем другие карбиды, почти не содержащие Т, но обогащенные ванадием.Таким обоазом "быстрорежущая" составляющая разработанной литой карбидостали имеет в течение определенного времени своего образования и существования кратковременную жидкую фазу, что позволяет применять в этот отрезок времени методы литейного производства, но особые, с дополнительным использованием давления,При эатвердевании связки в ней образуются карбиды, равно как и при последующем охлаждении в твердом состоянии, а также при отпуске после закалки, но зти карбиды решающим образом отличаются от "карбидной" составляющей карбидостали (главным образом тем, что почти не содерПредлагаемая технология (состав сплава, способ плавки и литья его) обеспечивает создание твердого сплава, состоящего из карбидов ТС, сцементированных известным методом жидкофазного спекания быстрорежущей сталью, но не содержащей не только вольфрама, но и молибдена. При этом жидкофазное спекание происходит без использования технологии порошковой металлургии, т;е. без сохранения остаточной пористости. Оно происходит естественным образом при затвердевании смеси кристаллов ТС и расплава,Сцепление между карбидной и быстро- режущей составляющими при предлагаемой технологии гораздо лучше, чем при стандартной (метод порошковой металлургии), так как карбидная составляющая непривносится извне, а зарождается и вырастает в расплаве (на стадии ковшевой металлургии предлагаемого способа). П р и м е р. В индукционной печи ИСТ 004 выплавлены сплавы без титана, состав которых. приведен в табл. 1.Сплавы перегреты до 1550 С и при переливе из тигля в ковш к ним был добавлен порошок титана марки ПТС дисперсностью 100 мкм в количестве, мас.%: 4,6 (а), 5,2 (б), 9,3 (в), 12,4 (г), 14,2 (д). В результате получены сплавы в кашеобразном состоянии, состав которых приведен в табл, 2.Эти сплавы вылиты из ковша в полость матрицы пресс-формы цилиндрического профиля диаметром 220 мм и ссажены пуансоном пресса и усилением 50 т до полного 55 затвердевания под давлением в виде дисков высотой 15 мм,Из части дисков вырезаны заготовки для исследования полученного металла. Часть заготовок подвергнута закалке с 1220 С и троекратному отпуску при 550 С.1647039 Таблица 1 Химический состав мат и ы, мас.Не соответст. вует формуле изобретенияпо Содержание первичныхкарбидов ТС, % Сплав Мп 3 Сг Т ТС 0,30 0,31 0,32 0,33 0,.33 3,15 3,16 3,32 3,40 3,43 1,58 1,59 1,66 1,71 1,73 6,75 7,2211,25 14,20 15,42 7,728,10 12,20 15,07 16,307,63 8,12 12,12 15,08 16,37 1 а 16 1 в 1 г 1 д 2 а 26 2 в 2 г 2 д За Зб Зв Зг Зд 8,50 8,54 8,85 8,97 9,00 7,88 7,91 8,29 8,50 8,58 9,41 9,50 9,93 10,20 10,30 1,39 1,29 0,64 0,38 0,32 2,152,06 1,20 0,74 0,58 .2,22 2,08 1,24 0,74 0,57 1,31 138 2,81 4,72 5,70 0,82 0,84 1,50 2,53 3,12 0,91 0,84 1,48 2,44 3,05 5,73 5,76 5,96 6,06 6,06 6,51 6;54 6;85 7,03 7,09 6,54 6,596,89 7,10 7,16 4,05 4,55 7,80 9,10 9,40 4,35 5,20 9,50 11,80 12,604;50 5,20 9,40 11,90 12,75 С,Т ТС, СгЗ,Х ТС Сг, Мл,Х Вторая часть не подвергается закалке и отпуску. Вместо этого производят одну только обработку холодом в жидком азоте.Полученный металл испытывают на . твердость и теплостойкость, причем мерой последней служит температура нагрева с выдержкой в течение 1 ч, при которой твердость снижается. до значений ниже НВС 60. Теплостойкость ниже 600 С считается неудовлетворительной..Результаты испытаний приведены в табл. 2.Как видно иэ табл. 2, сплавы предлагаемого химического состава удовлетворяют предьявляемым требованиям.Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышейии служебных свойств инструмента за счет . повышения теплостойкости карбидостали и ее плотности, Долговечность инструмента возрастает на 5-8%. По сравнению с известной предлагаемая карбидосталь является более экономно легированной, .поскольку в ней не применяется дорогостоящий и дефицитный молибден,Дополнительная эффективность достигается. за счет повышения стойкости оснастки, применяемой при кристаллизации сплавов под давлением. Формула изобретения 1. Карбидосталь преимущественно литая, включающая карбид титана и матрицу, содержащую углерод, кремний, хром и же лезо, от л и ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения твердости и теплостойкости, матрица дополнительно содержит титан, ванадий и марганец при следующем соотношении компонентов в стали, мас.%: 10 Карбид титана 4,55-13,3Углерод 0,38-2,89 Кремний 0,31-3,4 Хром 7,91-10,2 Титан 0,60-4,72 15 Ванадий 5,76-8,08Марганец 0,42-2,27 Железо Остальноепри этом ТС+Т+С16,0.2. Способ получения карбидостали, 20 включающий получение расплава, доведение его до жидко-твердого состояния, заполнение им формы и кристаллизацию под давлением, отл ича ю щийс ятем, что, с целью увеличения теплостойкости и твер дости стали при повышенной плотности заготовок; рднофазный расплав доводят до жидко-твердого состояния путем смешения с твердым титансодержащим компонентом, обеспечивающим введение титана в шихту 30 от 5 до 12%. 0,42 0,42 0,43 0,44 0,44 1,26 1,26 1,32 1,36 1,37 2,09 2,10 2,20 2,27.2,291647039 Продолжение табл 1 0,42 0,42 0,44 0,46 0,47 0,91 0,92 0,95 0,96 ТС 3,24 3,40 3,50 .2,12 2,14 5 6 6 2,23 2,24 3,21 3,23 0 0,30 О,ЗО 0,31 0,32 0,32 39 61 71 73 ТаблиГС+ Т+ грицы, мас. 0,97 0,40 0,40 0,43 0,44 0,44 2,18 2,19 2,26 2,30 2,31 8,55 9,04 12,97 15,98 17,35 6,54 7,05 11,11 14,05 15,25 8,52 9,05 13,04 16,03 17,14 6,75 7,20 11,15.14,21 15,40 Не соответствует формуле изобретения ТС, Ч, Я,Х ТС ТС С С, Т С, Т С,Т, Сг, Мп Т, Мп Ч, Я Ч,Я,Х Ч,Я,Х ТС, Ч, Сг, Я ТС, Ч. Сг, Я Сг С, Т,Сг, Мп С,Т, Сг, Мпльский комбинат "Патент,", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Производственно-и каз 1380 Тираж 395 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5