Лигатура для выплавки, раскисления, легирования и модифицирования вольфрамомолибденкобальтовой стали для режущего инструмента

15078 ч 3Углерод 0,5 - 2,5Хром 0,5 - 5,0Вольфрам 5,0 - 25,0Молибден 2,0 - 15,ОКобальт 0,5 - 15,0Ванадий 0,5 - 5,0Кр "мний 0,3 - 2,0Алюминий 0,3 - 1,2Азот 2,5 - 3,5 ОЦирконий 1,0 - 2,5Гольмий 0,5 - 8,0Теллур 1,0 - 10,0Висмут 0,5 - 10,0Железо Остальное 15Наличие азота в стали приводит кобразованию большого количества мелкодисперсных карбонитридов, которыеслужат центрами кристаллизации, Азотобразует износостойкие нитриды и кар бонитриды ванадия, равномерно расположенные в матрице сплава, которыеявляются упрочняющими фазами, что ведет к повьппению твердости стали после литья на 2-3 ед. НБС, а также25уменьшению склонности к перегревупри закалке. Кроме, того, часть азота,идет на образование нитридов циркония, являющихся ультрадисперсионнойупрочняющей Фазой, которая в отличиеот карбонитридов ванадия не растворяется в стали при температурах закалки 1220-1230 С.При остаточном содержании азота0,09-0,25 мас.получают тонкое и 35равномерное распределение эвтектики,что после деформации обеспечивает более однородное распределение карбидной фазы и приводит к повьппению механических и технологических свойств,40Содержание азота менее 0,09 мас.неприводит кобразованию упрочняющихнитридных фаз и поэтому не оказываетсущественного влияния на повьппениемеханических свойств стали, а содержание его сверх 0,25 мас.вызываетохрупчивание сплава,Цирконий является активным карбидообразующим элементом, и при введении его в быстрорежущую сталь обра зуются мелкодисперсные карбиды циркония, практически не растворяющиесяв аустените, что приводит к обеднению твердого раствора углеродом,Остаточное содержание цирконияв стали, выплавленной с использованием предлагаемой лигатуры, составляет0,15-0,35 мас%. Испытания показали,что остаточное содержание циркония в стали менее 0,15 мас, . не оказывает заметного влияния на свойства стали. При остаточном содержании циркония в выплавленной стали, не превышающем 0,35 мас,%, усиливается эффект дисперсионного твердения при отпуске стали (возрастает вторичнаятвердость). Нри этом зерно мелкое иимеет место возрастание краскостойкости. Такой результат обеспечивается тем, что цирконий, сохраняясь вФорме субмикроскопических нитридовпо границам зерен, придает значительную устойчивость мартенситу противдействия нагрева, Остаточное содержание циркония в выплавленной сталисверх 0,35 мас,% снижает прочностьи ударную вязкость стали,Гольмий имеет большое сродство ккислороду, сере, азоту, фосфору.Введение его в сталь способствует удалению кислорода в виде окислов изстали, что уменьшает чувствительностьстали к окислению, а также обеспечивает образование сульфидов, нитри-.дов, карбидов и равномерное распределение их в объеме зерен аустенита,чтб приводит к увеличению межатомнойсвязи и, следовательно, к повьппениюизносостойкости, механической прочности и технологической пластичностистали, выплавленной с использованиемпредлагаемой лигатуры, Кроме того,гольмий,.концентрируясь на зернакристаллитов, закрепляет дефекты наместах, что приводит к увеличениюсопротивления деформации - твердости.Введение гольмия разбивает карбидную сетку, измельчает зерно,оказывает модифицирующее действие на структуру стали, проявляющееся в снижениикарбидной неоднородности, способствуетсфероидизации нитридных Фаз и их равномерному распределению по всемуобъему сплава, что повьппает разгаростойкость, теплостойкость и ударнуювязкость стали,Теллур в количестве 0,15-0,40 мас. .взаимодействует с марганцем и железом, что приводит к появлению в сталираздробленных и равномерно распределенных глобулярных включений типаоксителлуридов. Одновременно наблюдается очищение границ зерен. Образующиеся включения являются источником появления на режущей кромкеобрабатывающего элемента защитнойпленки, выполняющей функцию сухойсмазки. Теллуриды создают резерв внутренней смазки, а обособленные теллуриды, выходя на поверхность,обеспе- чивают хороший и прочный слой смаз 5 ки, который в случае разрушения,например при заточке инструмента, автоматически восстанавливается. Слой ного из нее инструмента.Наличие в стали висмута приводит 20к измельчению структуры и вызываетблагоприятное перераспределение ос-.новных легирующих элементов междутвердым раствором и карбидной Фазой,что обеспечивает повышение ударной 25вязкости стали.Остаточное содержание висмута ввыплавленной стали с использованиемпредлагаемой гигатуры составляет0,05-0,40 мас. . Испытания показали, 30что остаточное содержание висмута встали менее 0,05 мас.не оказываетсущественного влияния на режущиесвойства изготовленного из этой стали инструмента, 35При выплавке быстрорежущей стали с использованием предлагаемой лигатуры при остаточном содержании висмута в количестве 0,05-0,40 мас.и комплексном легировании стали с голь мнем приводит к измельчению структуры и вызывает благоприятное перераспределение основных легирующих элементов между твердым раствором и карбидной Фазой, 45Висмут как сильный поверхностно- активный элемент, располагаясь при кристаллизации по границе раздела жидкой и твердой Фаз, препятствует росту первичных зерен. Вследствие размелъчения дендритной структуры твердого раствора эвтектические колонии эвтектических систем становятся меньших размеров, образующие их карбиды дисперсны и стремятся к округ лой Форме, Наряду с этим оба элемента оказывают рафинирующее влияние на сталь, уменьшая количество и размеры неметаллических включений,и пе 50 теллуридов хорошо противостоит схватыванию контактирующих металлов,поддерживая коэФФициент трения на уровне ниже единицы. Теллурнды способствуют равномерному распределению неметаллических теллуридных включений ввиде глобулей. Все это уменьшает силу трения на рабочих поверхностях,улучшает горячую обработку стали,увеличивает износостойкость изготовленреводит их в устойчивую глобулярнуюФорму. Все это н совокупности способствует повышению ударной вязкости иулучшает износостойкость стали вследствие смазывающего эФФекта, уменьшающего коэФФициент трения в контактнойзоне.Из сплавов (см.табл.2) каждого состана изготовляли партии образцов поГОСТУ 1524-42 проходных резцов и однозубых Врез.Затем проводили испытания на определение ударной вязкости, ударно-усталостной прочности, горячей пластичности при кручении, технологическойпластичности, жидкотекучести.Определение ударной вязкости проводили на образцах без надреза 10 хх 10 х 55 мм на маятниковом копре типаМКс энергией удара 50 Дж.Ударно-усталостную прочность определяли на вертикальном копре на образцах 10 х 10 х 55 без надреза по числу циклов до полного разрушения образца при энергии единичного удара5,1 кгс/см,Испытания на горячую пластичностьпри кручении проводили при 1140 и1180 С на образцах типа Кпо ГОСТУ3565-68.Испытания технологической пластичности проводили в состоянии закалкипри 20 С.Исследование жидкотекучести определяли по длине спирали, мм, при температуре заливки 1530+10 С,Результаты испытаний приведены втабл,1.Как видно. из табл,1, ударная вязкость, ударно-усталостная прочность,горячая пластичность при кручении,технологическая пластичность, жидкотекучесть стали, легированной азотом,цирконием, гольмием, теллуром,висмутом, выше в пределах указанных добавок, мас. : азот 0,09-0,25; цирконий0,15-0,35; гольмий 0,05-0,30; теллур0,15-0,40; висмут 0,05-0,40. Комплексное легирование стали висмутом и гольмием приводит к измельчению структуры и вызывает благоприятное перераспределение основных легирующих элементов между твердым раствором и карбидной Фазой, Висмут - сильный поверхностно-активный элемент располагаясь при кристаллизации по границе раздела жидкой и твердой Фаз,1507843 мут 0,05-0,40,препятствует росту первичных зерен,Вследствие размельчения дендритнойструктуры твердого раствора эвтектические колонии эвтектических систем5становятся меньших размеров, образующие их карбиды дисперсны и стремятсяк округлой форме. Наряду с этим обаэлемента оказывают рафинирующее влияние на сталь, уменьшая количество неметаллических включений, их размерыи переводят их в устойчивую глобулярную форму,Комплексное легирование гольмиеми цирконием способствует снижению 15чувствительности стали к перегревупри высоких температурах нагрева, чтоопозволяет повысить почти на 50 С температуру закалки и перевести в твердый раствор аустенита значительно 20больше труднорастворимых в нем карбидов ванадия, молибдена, вольфрама,хрома, участвующих в повышении износостойкости и режущих свойств.При комплексном легировании стали 25гольмием и теллуром образуются теллуридные включения, представляющие собой твердый раствор, Внутри теллуридов находятся окислы гольмия, выполняющие функцию затравки при кристаллизации включений, При этом работаобразования зародышей критическихразмеров уменьшается, число центровкристаллизации растет, микроструктура измельчается, понижается поверхностное натяжение, повышается раство.римость фаз,Предлагаемую лигатуру получают вопытно-промышленных условиях путем, сплавления вольфрамомолибденкобальтовых отходов феррохрома и феррованадия с содержанием азота и цирконияв однотонной индукционной электропечи.Изготавливают 6 предлагаемых составов лигатур с различным содержанием инградиентов и один известный.Содержание легирующих элементовв составах приведено в табл.2,50Лигатуру в количестве Зот веса плавки присаживают в печь в жидкий металл в восстановительный период при 1700120 С. Недостающее количество легирующих элементов вводят в печь из соответствующих ферросплавов.Остаточное содержание легирующих элементов в составах быстрорежущей стали, выплавленной с использованием предлагаемой лигатуры, приведено втабл.3. При испытаниях на кручение при 1140 и 1180 С число оборотов до разрушения образцов (тип К.по ГОСТУ 3565-б 8) из предлагаемой стали в 1,5 раза больше по сравнению с образцами из известной стали. Это обеспечивает более высокий выход годного металла при металлургическом переделе с использованием предлагаемой лигатуры,Далее на машине ИМ-ЧА проводилииспытания изделий из опытной сталина изгиб и прогиб в закаленном иотпущенном состояниях.Твердость опытной стали определялитакже в двух состояниях: закаленноми отпущенном.Результаты испытаний приведеныв табл.4,Анализ результатов испытаний опытной стали, выплавленной с использованием предлагаемой лигатуры, на изгиб и прогиб в закаленном и отпущенном состояниях показал, что самая высокая прочность стали,легированной азотом,цирконием, гольмием, теллуром, висмутом, достигается в пределах этих добавок, мас.7: азот 0,09-0,25; цирконий 0,15-0,35; гольмий 0,05-0,30; теллур 0,15-0,40;висАнализ результатов испытаний опытной стали на твердость показал увеличение твердости выплавленной стали с использованием предлагаемой лигатуры, Это значительно улучшает износостойкость инструмента, особенно при повышенной твердости обрабатываемого материала. Кроме того, оценивали износостойкость инструментов иэ стали 12 Х 18 Н 10 Т и титанового сплава ВТ 5,выплавленных С использованием предлагаемой лигатуры, Результаты испытаний представлены в табл.5 (Ч - скорость резания,м/мин;- глубина резания,мм; Б - подачана 1 оборот, мм/об, мм/зуб). Результаты испытаний показали, что износостойкость, а следовательно, режущие свойства инструментов,изготовленных из стали, выплавленнойс использованием предлагаемой лигату1507843 Т а б л и ц а 1 Жидкотекучесть спиральная пробапри 1530+ +10 0 С),Технологическая пластичность при 20 С в состоянии о з акалкиУдарноусталостная Горячаяпластичность УдарнаявязкостьМДж/м тав прочность при экергии едипри кручении Упри 1140- 1180 С), количество обоИаксймальнодопустимая стеОтносительноесужение,% Относителькое удлинение,% ничного удара5,1 кгс/смьчисло уда- ров пень деформации,% ротов 4-6 10-12 12-13 13-14 14-16 13-15 11-12 490 500 550 590 615 610 540 8-912-15 15-16 5-17 16-17 15-16 13-14 55 84 90 93 95 94 85 2,6 3,5 4,2 4,6 4,8 4,7 3,8 26700 32400 33000 33500 33700 33600 32800 1 0,13 2 0,17 3 0,23 .4 0,24 5 0,26 6 0,25 7 0,18 ры, вьппе в пределах добавок,мас.%:азот 0,09-0,25; цирконий 0,15-0,Э 5;гольмий 0,05-0,30; теллур 0,15-0,40;висмут 0,05-0,40, 5Как показали испытания, износостойкость инструментов, изготовленныхиз стали, выплавленной с использованием предлагаемой лигатуры, легированной азотом, цирконием, гольмием, 10теллуромь висмутом значительно вьппеизносостойкости инструментов без этихдобавок.Твердость инструментальной стали,выплавлечной с использованием предлагаемой лигатуры, выше твердости стали, выплавленной с использованием известной лигатуры,Аналогичные результаты полученыпри испытании опытной стали, выплавленной с использованием предлагаемойлигатуры, на изгиб, прогиб, ударнуювязкостььударнс-усталосткую прочность,горячую пластичность при кручении,25технологическую пластичность, жидкотекучесть.При испытаниях на кручение при 1140ои 1180 С число оборотов до разрушенияобразцов (тип Кпо ГОСТУ 3565-68)из стали, выплавлекнои с использовач30нием предлагаемой лигатуры в 1,5 раза больше по сравнению с образцамииз стали с использованием известнойлигатуры. Это обеспечивает более вы" соккй выход годного металла при металлургическом переделе предлагаемой лигатуры. Формула изобретения Лигатура для выплавки, раскисления, легирования и модифицирования вольфрамомолибденкобальтовой стали для режущего инструмента,соцержащая углерод, хром, вольфрам, молибден, кобальт, ванадий, кремнийьалдминийь железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем. что, с целью повьппения прочности, твердости, техкологической пластичности, изкосостйкости режущего инструмектаь она дополнительно содержит азот, циркокнйь олыийьтеллур, висмут при следующем соотношении компонентов,мас.%:Углерсд 0,5 - 2,5Хром 0,5 - 50Вольфрам 5,0 - 25,0 Молибден 2,0 - 15,0 Ко балы 0,5 - 15,0 Ванадий 0,5 - 5,0Кремкич 0,3 - 2,0Алюминий 0,3 - 1,2Азот 2,5 - Зь 5Цирконий 1,О - 2,5Гольмий 0,5 - 8,0Теллур ь 0 1 Оьй Висмут 0,5 - 10,0 Железо Остальное12 1507843 Таблица 2 Содержание элементов в лигатуре мас,ХСг И Мо Со Ч 8 Ы Я СосС Ег Но Те Вь Уе тав 1 0,3 0,3 4,0 1,0 03 02 Оф 2 02 Осталь 0,4 4,5 0,5 5,0 2,0 10,0 3,0 15,0 5,0 25,0 6 0 300 0,25 0,25 1,5 0,3 0,3 2,5 1 О 05 28 10 30 20 2,0 1,2 3,5 3,0 1,5 4,0 1,5 0,4 2,0 0,5 5,0 5,0 10,0 3,0 15,0 15,0 180 200 05 02 1,0 0,5 1,5 3,0 2,0 5,0 2,5 8,0 3,0 10,0 ТаблицаЗ Сос- Остаточное содержание элементов в стали, юас,Х".:"моа1 гноеВ / е 0,833,5 0,84 3,6 0,85 3,8 0,90 4,0 0,93 41 0,95 4,3 0,98 44 4,5 4,5 4,6 4,6 4,84,8 5,1 51 5,2 5,2 53 53 5,4 5,4 О,20,25 0,07 0,3 0,09 0,5 О,15 0,38 1,0 1,20,255 0,30 Остальное То же 0,12 0,02 О, 15 0,05 020 О, 15 0,20 0,25 0,350,30 0,40 0,35 0,05 0,15 0,30 0,40 0,45 е ииТаблица 4Твердость НВСпосле отпуска СосПредел прочностина.изгиб, МПа Прогиб, м тав послезакалки послеотпуска послезакалки после послезакалки отпуска при 560 С при 620 оС 3 раза 4 ч по 1 ч 3100 3250 3410 3450 3520 3500 3300 1,7 х 10 3 1,73 х 10 1,76 х 10 1,78 х 10 3 1,77 х 101,75 х 10 1,74 х 10 10 5 65,5 103 65 8 10 э 66,3 10 66,510 3 66,6 10 3 66,4 10 3 66,0 68,0 68,3 68,5 69,0 69,5 69,3 68,4 2,6 х 1,63 х 2,65 х 2,70;х 2,71 х 2,68 х 2,64 х г 0,4 Э 0,5 4 1,0 5 2,0 б 2,5 7 3,0 1 1680 2 1760 3 1800 4 1830 5 1850 6 1845 7 1780 5,6 5,8 6,0 6,3 64 6,5 б,б 1,6 17 17 2,0 5,2 2,2 2,3 0,4 0,5 1,5 1,5 5,0 7,0 0,2О 250,30,352,10,40,45 о,а О,5 0,20 0,30 0,40 0,45 0,5 1,0 3,0 5,0 10,0 15,0 ное 0,4 То же 3,0"- 5 010,0 - "- 15060,0 60,5 61,0 61,3 61,5 61,4 60,814 13 1507843 Т а б л и ц а 51Показатели стойкости режущих инструментов при обработке, мин ф Состав Титановый сплав ВТ 5 Сталь 12 Х 18 Н 10 Т Точение=0,5 мм 1 2 20,Среднее значение свойств по 7 опыт Составитель И.БекреневаРедактор А.Огар Техред И. Верес Корректо рня 522/32 Тираж 576осударственного комитета ло изо 113035, Москва, Ж, Р Подписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРская наб., д. 4/5 Заказ ВНИИПИ Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 Фрезерование