Инструментальная сталь

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ип 829712(28) Приоритет на денем нзабретений и аткрытнй(72) Авторы изобретения Изобретение относится к металлургии, а конкретнее к инструментальным сталям для горячей обработки металлов, применяемых для тяжелонагруженных деталей (рабочие вставки, знаки, стержни, выталкиватели пресс-формы литья под давлением сплавов на медной основе). сталь 11, содержащая 15 Известнавес. %тУглеродАлюминийКремнийАзотМарганецЛантанХромКальцийНикельМагнийМолибденВанадийЖелезо 0,.15-0,65 0,005-0,10 0,35-,1,2 0,005-0,05 0,2-2,0 0,005-0,10 3,2-7,5 0,001-0,08 0,2-0,8. 0,01-0,05 1,2-2,52Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности и достигаемому эфеКту является инструментальная сталь 21, содержащая, вес. Х:Углерод 0,28-0,36Кремний 0,5 - 1,0Марганец 0,2-0,5Хром 3,8-4,2Молибден 1,7-2,1Ванадий 0,4-0,6Ниобий 0,1-2,0Церий 0,01 - 0,5Железо ОстальноеОсновные недостатки известнойстали - пониженная теплостойкость(Тс 1630 С) и как следствие невысокая стойкость деталей пресс-форм,эксплуатируемых при циклическоморазогреве вьпне 650 С,Цель изобретения - повышение теплостойкости и сопротивления распространению разгарных трещин инструментальной стали,8297 10 20 40 3Поставленная цель достигается тем, что инструментальная сталь дополнительно содержит вольфрам и азот при следующем соотношении компонентов, вес. Е:Углерод 0,28-0,36Кремний 0,30-1,00Марганец 0,20-1,00Хром 2,50-3,10.Молибден 1,20-1,65Ванадий 0.,40-1,10Церий 0,01-0,10Вольфрам 1,20-2,00Азот Оэ 02 Оь 07Железо ОстальноеКроме того, отношение (2 л . э) суммы произведений соцержаний хрома, вольфрама, молибдена и ванадия (вес.7) на соответствующий коэффициент, к сумме содержаний углерода и азота составляет 1,3:1,7.Коэффициент определяется как частное от деления содержаний углерода и азота (ат. %) и карбидообразующего элемента в специальном карбиде 25 (карбонитриде), образуемым последним в отожженной стали, и составляет для хрома 0,0815, вольфрама 0,0339, молибдена 0,0623 и ванадия 0,207.Приведенные значения коэффициен тов получены расчетным путем по данным Фазового состава предлагаемой стали и равняются частному от деления произведения атомного веса углерода (и азота) на число их атомов з 5 на произведение атомного веса карбидообразующего элемента на число его атомов в молекуле специального карбида (или карбонитрида), образуемым последним в отожженной стали.Выплавку стали производят в лабораторной открытой индукционной печи емкостью 50 кг и разливают в слитки массой 50 кг, которые после отжига куют на прутки сечением 35 35 45 (степень укова 12), Из полученных прутков изготавливают образцы для изучения структуры и свойств сталей. Химический состав представлен в табл.1,50Определяют величину зерна аустенита при нагреве, твердость после закалки и отпуска, теплостойкость, механические свойства при растяжении и ударном изгибе, сопротивление распространению разгарных трещин.Оптимальные температуры закалки стали выбирают из условий обеспечения наибольшей твердости после закал. 12 4ки с охлаждением в масле при сохранении зерна аустенита не менее 1 О-го номера по шкале ГОСТ 5639-6). Тепло- стойкость оценивают температурой дополнительного изотермического отпуска образцов 151515 мм, предварительно термически обработанных на НКС 44- 46, продолжительностью 4 ч, обеспечивающего сохранение твердости не ниже НВС 40, Этот уровень твердости является пределом, киже которого тяжелонагруженные детали пресс-форм литья под давлением сплавов на медной основе испытывают интенсивное смятие и износ от взаимодействия с жидким расплавом.Прочность и пластичность при растяжении при комнатной и повышенной температурах определяют на образцах рабочим диаметром 6 мм и расчетной длиной 30 мм (по ГОСТ 1497-73), ударную вязкость на образцах 10 О 55 мм, с надрезом типа Менаже (г=1 мм) (по ГОСТ 9454-60, 9456-60.).Поскольку для определения сопротивления инструментальных сталей распространению разгарных трещин нет стандартной методики, то в работе эту характеристику оценивают двумя способами. В первом случае определяют живучесть (М ), т.е. количество циклов от момента возникновения магистральной трещины до разрушения образца при испытаниях на малоцикловую усталость. Используют образцы диаметром 7,5 мм с надрезом глубиной 0,5 Мм и радиусом (г) у вершины, равным 0,5 и 1,0 мм. Нагрузка при изгибе с вращением на машине МУИсоставляет 55 кгс/мм ( 0,880),Частота нагружения 80 циклов вмин. Й, вычисляют по Формуле8 й =288, 0,5-8 М,где М 0,5 и й - долговечность образцов с радиусомнадреза 0,5 и 1,0 ммсоответственно.Точность определения И +100 цик-лов,Во втором случае изучают сопротивление распространению разгарных трещин с использованием квазианалогового метода на установке ТКАконструкции Куйбышевского политехнического института. Используют образцы2 12 80 мм, Циклическое термосиловоенагружение исследуемого участка по5 8297 верхности образца обеспечивается пе-, риодическим контактированием его высокотемпературным нагревателем и одновременнйм приложением изгибающей нагрузки, равной 75 кгс/мм . Максимальная температура разогрева поверхности образца составляет 650- 680 С, что соответствует условиям работы тяжелонагруженных деталей пресс-форм литья под давлением спла вов на медной основе.Определяют Н(2500), т,е, среднюю глубину трещин (мм) после 2500 циклов испытаний. Точность определения Нср(2500)+0,008 мм при доверитель ной вероятности Р =0,9. Таблица 1 Предлагаемая Оэ 28 030 0120 2 э 50 1 э 20 1 э 20 Оз 40 Оэ 01 Оэ 020 1,74 0,10 0,36 1,00 1,00 3,10 2,00 1,65 1,10 0,070 1,51 0,32 0,55 0,50 2,70 1;25 1,40 0,62 0,05 0,050 1,30 0,29 0,63 0,48 2,95 1,72 1,51 0,78 0,06 0,032 1,70 0,29 0,54 0,55 2,75 1,23 1,43 0,63 0,04 0,038 1,48 0,30 0,62 0,60 2,83 1,62 1,45 0,69 0,06 0,042 1,49 0,32 0,67 0,56 2,80 1,93 1,40 0,45 0,03 0,036 1,51 ЙЬ 0,32 0,78 0,41 4,10 - ,97 0,52 0,05. 0,25Известная Содержание серы и фосфора во всех плавках не более 0,037. ФРезультаты исследования свойств приведены в табл. 2.Результаты исследования. показы вают, что предлагаемая сталь после закалки от оптимальной температуры (1060-1080 оС) с охлаждением в масле и последующего отпуска на твердость НРС 44-46, обычно рекомендуемую 25 для тяжелонагруженных деталей прессформ литья под давлением сплавов на медной основе, превышает известную сталь по уровню теплостойкости более чем на 20 С, а по сопротивле нию распространению разгарных трещин - в 1,3 - 1,5.раза.Производится опытно-промышленная плавка предлагаемой стали в деся" 12 6титонной электродуговой печи. Церий вводится на штанге в виде ферроцерия в печь перез выпуском плавки, а азот - в виде азотированного феррованадия . Заданная величина гл.э/С+И легко обеспечивается путем соответствующих корректирующих добавок углеродсодержащих материалов и ферросплавов в период доводки.Металл разливают в изложницы для слитков массой 2,8 т, которые прокатывают на стане "950".на прутки Ф 180 мм и стане "325" на прутки ф 250 мм с высоким выходом годного (72-753), Как показывают результаты исследования, качество металла полностью соответствует требованиям ГОСТ 5950-73. Отмечается также хорошее совпадение по уровню свойств металла опытно-промышленной и лабораторной выплавки.Из проката 6 80 мм методом. ковки изготовляют рабочие вкладыши 120 х 35250 мм, а из прокатаФ 25 мм - стержни, которые после термической обработки но оптимальным режимам испытывают на стойкость при литье под давлением отливок. Средняя стойкость рабочих вкладышей и стержней из предлагаемой стали в 1,6 - 1,8 раза выше по сравнению с известной. Зконвмический эффект от применения/ 1 т предлагаемой стали составит около 2500 р.оо оч мЧ оо г МО Ч"ф ф фф 1 1 л 63 Р 1 1 0 ф о Р 3 0 х м э х О Э х х,О х о 0 ЫС 13 ФоЭ И 0Ц Р 1,од м л х 0соРф й Э О а р ов. ав юв ЮО оО с )т ао Э О Я л еаВ сО щ о о СО о о о ф СО о . о о СО о о о л о о О Ю о Ф о х к ох 0 1 о доО Э О Е 4 И9Формула изобретения 1. Инструментальная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, це 1 рий ижелезо, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью повышения теплостойкости и сопротивления распространению разгарных трещин, она дополнительно содержит вольфрам и азы при следующем соотношении компонентов, вес. 7:Углерод 0,28-0,36Кремний 0,30-1,00 Марганец 0,20-1,00Хром 2,50-3,10Молибден 1,20-1,65Ванадий 0,40-1,10Церий0,01-0,10+Оэ 207 ХЧ 1 3 1 7УС+ХМ Источники информации,1 принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРУ 508560, кл. С 22 С 38/22, 1976.2, Авторское свидетельство СССРВ 495387, кл. С 22 С 38/26, 1976.Заказ 3182 45 Тираж 681 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППППатент, г. Ужгород, ул, Проектная,