Инструментальный сплав

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к сплавам для изготовления инструмента. Целью изобретения является повышение ударной вязкости и режущих свойств сплава. Предлагаемьй сплав содержит, мас.%: углерод 1,25-2,20; молибден 0,1-3,5; хром 5,6-8,0; ванадий 4.,3-7,6; кремний 1,4-2,6; марганец 0,3-1,8; алюминий 0,1-0,5; РЗЭ 0,02-0,15, железо - остальное, при этом состав удовлетворает следующим условиям: V С4,5- -0,12 Сг - 0,4 (Si +A1)J С - (0,53- -0,82 Сг); 9,0 Сг + V + Мо + Si + + Al/C 10,23; Si + А1 1, 6-2,8. Дополнительное введение в сплав алюминия и РЗМ, а также корреляция между содержанием углерода и элементов - сфероидидиторов (ванадия, хрома, молибдена , кремния и алюминия) позволяет стабилизировать твердость сплава, повысить ударную вязкость и режущие свойства. Пониженное содержание углерода (по нижнему пределу) в сочетании с указанной выше корреляцией обеспечивает возможность использования сплава для получения заготовок инструмента не только литьем, но и пластической деформацией. 2 табл. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО-1ИХ

РЕСПУБЛИК

„Я0„„1330 (М 4 С 22 С 38/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3925882/22-02 (22) 10.07.85 (46) 15.08.87, Бюл. Ф 30 (71) Брянский технологический институт (72) Г.И. Сильман, Л.Г. Серпик, М.С. Фрольцов и Ю.В. Жаворонков (53) 669.15-194(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1002395, кл. С 22 С 38/24, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 810846, кл. С 22 С 37/10, 1979. (54) ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ СПЛАВ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам для изготовления инструмента. Целью изобретения является повышение ударной вязкости и режущих свойств сплава.

Предлагаемый сплав содержит, мас.%: углерод 1,25-2,20; молибден 0,1-3,5; хром 5,6-8,0; ванадий 4,3-7,6; кремний 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: V i (4.5 -0,12 Cr — 0,4 (Si +Al)J С вЂ” (0,53-0,82 Сг); 9,0 (Сг + У + Мо + Б +

+ Al/С (10,23; Si + Al = 1,6-2,8.

Дополнительное введение в сплав алюминия и РЗМ, а также корреляция между содержанием углерода и элементов— сфероидидиторов (ванадия, хрома, молибдена, кремния и алюминия) позволяет стабилизировать твердость сплава, повысить ударную вязкость и режущие свойства. Пониженное содержание углерода (по нижнему пределу) в сочетании с указанной выше корреляцией обеспечи- @ вает возможность использования сплава, для получения заготовок инструмента не только литьем, но и пластической С», деформацией. 2 табл.

1330202

Изобретение относится к металлурГии, в частности к сплавам для изготовления инструментов.

Целью изобретения является повьш ение ударной вязкости и режущих свойств сплава, Предлагаемый сплав содержит углерод, молибден, хром, ванадий, кремний марганец, алюминий, редкоземельные элементы и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 1, 25-2, 2.0.

Молибден О,!0-3,50

Хром 5,60-8,0

Ванадий 4 30-7,60

Кремний I 40-2,6О

Марганец 0,30-1,80

Алюминий 0,10-0,50

РЗЭ 0,02-0,15

Железо 0c тал ьно е

Пример. Все плавки проводили в открытых индукционных тигельных печах на шихте, состоящей из стального металлолома, электродного боя и ферросплавов (ферросилиция ФС 75, феррохрома ФХ200, феррованадия В 1, ферромолибдена ФМI). Ферросплавы вводили в расплав, перегретый до 1400-1500 С (в зависимсоти от содержания углерода). Алюминий принудительно вводили в расплав после растворения ферросплавов РЗЭ в виде сплава ФЦМ-5 вводили в разливочный ковш под струю металла.

Состав сплава выбран исходя из следующих соображений.

Содержание хрома ограничено интервалом 5,6-8,0 При выходе содержания хрома за нижний предел становится не,:; достаточной степень легирования аустенита и.мартенсита, следствием чего является заметное снижение теплостойкости и режущих свойств сплава. При содержании хрома более 8 ухудшается закаливаемость сплава из-за слишком высокого 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 свьпие 3,5 нецелесообразно, так как значительно повышается стоимость сплава без заметного улучшения его режущих свойств.

Содержание ванадия рекомендовано в интервале 4,3-7,6% (в зависимости от содержания углерода и других элементов в соответствии с формулой (П,),. в описании). При содержании ванадия менее 4,3 . в структуре сплава в заметном количестве появляются карбиды

М С, что приводит к снижению свойств.

lp Содержание ванадия более 7,6 неце- лесообразно по двум причинам: во-первых, образуя большое количество карбидов VC, он обезуглероживает твердый раствор и ухудшает его закаливаемость;

15 во-вторых, высокое содержание ванадия приводит к удорожанию сплава.

Содержание кремния ограничено интервалом 1,4-2,6 .. Основное назначение кремния — усиление эффекта вто20 ричного твердения, что сказывается на окончательных свойствах термообработаиного сплава. При содержании кремния менее 1,4% твердость после отпуска оказывается недостаточной и

25 не обеспечивает высокие и стабильные режущие свойства сплава. Содержание кремния более 2,6% нецелесообразно из-за уменьшения теплостойкости сплава.

gp Предлагаемый интервал содержания углерода (1,25-2,20 ) обеспечивает формирование в структуре сплава двойной эвтектики A+VC (где А — аустенит) с сильным эффектом композиционного упрочнения. При содержании углерода менее 1,25 участки двойной эвтектики являются эпизодическими и практически не вносят заметного вклада в повьппение режущих свойств спла4О ва. Содержание углерода более 2,20 нецелесообразно, так как требует слишком высокого содержания ванадия, что приводит к появлению в структуре сплава крупных карбидов VC, которые

45 могут выкрашиваться при работе инструмента.

Алюминий в составе сплава обеспечивает три эффекта: совместно с крем.

ВО нием усиливает вторичное твердение и ускоряет распад остаточного аустенита при отпуске закаленного сплава; улучшает шлифуемость сплава; повьппает температуру начала мартенситного превращения при охлаждении сплава и тем самым увеличивает степень мартенситного превращения. Однако слишком большое содержание алюминия (свыше

0,5 ) резко ухудшает литейные свой30202 х80 мм, а головки резцов фрезеровали, до заданной геометрии. Из отожженных заготовок вырезали также стандартные

5 образцы 10х10х55 мм (без надреза) для определения ударной вязкости. Подготовленные образцы и инструмент подвергали термической обработке по режиму: закалка с 1180-1220 С в индустриальном масле; двухкратный отпуск при

520-560 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 без использования 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 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 )

+ А1 = 1,628 (П ) ..

Соблюдение условия (П „) и нижнего предела условия (П 2) обеспечивает рав. номерность литой структуры, отсутстI вие в ней тройной эвтектики (в виде сетки) и достаточное легирование аус- З5 тенита. В случае соответствия состава верхнему пределу условия (П ) сплав отличается хорошей закаливаемостью и стабильными значениями твердости. Соблюдение условия (V ) необходимо для

40 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 22х14 и 18х18 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 20х12х120 мм и 16х16х предлагаемого сплава для получения заготовок инструмента не только литьем, но и пластической деформацией.

1,25-2,20

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 0,05Z) и фосфор (до 0,08X).

Содержание ванадия, хрома, молибдена, кремния, алюминия и углерода должны соответствовать следующим условиям:

Ч ) )4,5-0,12 Cr — 0,4(Hi+ Al)хс-(5,3-0,82Cr); (П „) Cr + Ч + Мо + Si + А1

9,0

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 шийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости и режущих свойств, он дополнительно содержит алюминий и редкоземельные элементы при следующем соотношении компонентов, мас.Е:

Углерод

Молибден

1330202 при этом состав удовлетворяет следующим требованиям:

V > (4,5-0, 12Cr — 0,4 (Si+Al)J С

-(5,3-0,82Cx);

Cr + V + Ио + Si + Al

9 0

У

10,23;

0„02-0,!5

Остальное

Si + Al = ),60-2,72.

Таблица 1

Химйческий состав, мас.Х П„ П П Примечание

Ио Cr V Si Mn Al РЗЭ

2,06 Содеркание в предлагаемых

2,72 пределах

2в20 3е50 8е00 ?э60 I ° 96 Ов?2 Оэ10 Оз06 ?в24 9в62

2 1,89 2,78 7,02 6,82 2,60 0,30 0,12 0,02 .5,32 10,23

3 1,62 0,86 6,84 6,01 1,40 1,80 0,50 0,10 5,04 9,64 1,90

4 1,46 0,64 6,21 5,10 1,83 0,58 0,32 0,15 4.,0! 9,73

2,15

5 1,25 0,10 5,60 4,30 2,04 1,14 0,18 0,12 2,97 9,7? 2,22 б ll,65 1,59 5,91 5,75 1,42 0,43 0,18 0,08 5,06

9,00 1,60

7 1 1,83 4,50 3,84 3,42 0,75 0,43 0,46

l,2t Отклонение по

Ио, Cr

4,36 7,09

6193 ! э63 2.40 РЗЭ. П1 ь Ц1 П

8 2 1,90 3,20 9,30 7,20 2,40 0,78—

9 1,68 0,52 7,01 5,45 2,54 0,69—

2,54 Отклонения по

At и РЗЭ

4,89 9,24

10 . 1,34 0,14 5,68 4,43 1,40 0,54 1,06 0,03 3,17 9,49

Il l,72 0,29 6,73 6,16 2,25 0,60 0,42 0,31 4,73 9,22

Таблица 2

Иеханические и режущие свойства исследованных сплавов (после закалки от !190 С и отпуска) Твердость HRC после закалки и отпуска при температуре, С

Сплав, М

Ударная вязкость

Время работы резцов до переточки, мин, при скорости резания, м/мин

540 560

520

20

62-65

62-64

63-65

62-64

6-8

100-110 65-70

100-1!0 65-70

63-65 63-64

Хром

Ванадий

Кремний

Иарганец

Алюминий

Редкоземельные элементы

Железо

5,6-8,0

4,3-7,6

1,4-2,6

0,3-1,8

0,1-0,5 после отпуска при

540 С, Дж/см

2,46 Большое количество литейных дефектов (газовых раковин)

2,67 Отклонения поРЗЭ

1330202

Продолжение табл.2

Твердость Нйс после закалки о и отпуска при температуре,С

Сплав, Ф

Ударная вязкость

Время работы резцов до переточки, мин, при скорости резания, м/мин после

540 560

520 отпуска при

540С, Дж/ см

"j

9-12

100-115 65-75

100-110 60-70

100-110 60-65

105-115 65-75

10 — 15

20-25

7 1

8-11

2-5

65-80

94 †1

90-100

30-40

55-60

50-55

8 2

4-6

60-62 . 59-61

4-5

58-61

58-61

2-5

30-60 20-45

62-64 62-63 62-63

2-5 100-110 65-60

Составитель Н. Шепитько

Редактор 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-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

62-65

62-64

62-64

62-65

6l-63

60-62

60-62

58-62

63-64

62-63

62-63

63-64

60-62

60-62

63-64

62-63

62-63

63-64

58-60

59-61