Сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии , в частности к стали, предназначенной для изготовления деталей клапанной аппаратуры гидравлических прессов, к которым предъявляются требования высокой твердости, износои коррозионной стойкости в условиях ударных нагрузок. Цель изобретения - улучшение обрабатываемости стали. Сталь дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,7-0,95; кремний 0,2-0,8; марганец 0,2-1,2; хром 12-13,5; никель 9- 11; молибден 0,2-2,5; алюминий 0,5-1,8; бор 0,0005-0,005; железо остальное. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е СК ИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 38/54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

-Ю

С:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4812184/02 (22) 10.04,90 (46) 07.05.92. Бюл, N. 17 (71) Производственное объединение "Уралмаш" (72) В.К. Фарафонов и M.Ô. Морданов (53) 669.14.018.256-194(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1052559, кл. С 22 С 38/44, 1983, (54) СТАЛЬ (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, предназначенИзобретение относится к черной металлургии, в частности к сталям, предназначенным для изготовления деталей клапанной аппаратуры гидравлических прессов, к которым предъявляются требования высокой твердости, износостойкости и коррозионной стойкости в условиях ударных нагрузок, Известны хромистые и хромоникелевые стали мартенситного класса, применяющиеся в качестве материала для изготовления деталей клапанной аппаратуры гидравличе. ских прессов, например, стали 12Х13, 20Х13, ЗОХ13, 25Х13Н2, Однако указанные стали обладают недостаточным уровнем твердости и износостойкости.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является сталь, содержащая, мас.%:

Углерод 0,75 — 0,95

Кремний 0,20 — 0,80

Марганец 0.20 — 1,20

Хром 12,0 — 13,5

Никель 4,1-6,5

Молибден 0,20 — 2,50 Ж 1731858 А1 ной для изготовления деталей клапанной аппаратуры гидравлических прессов, к которым предъявляются требования высокой твердости, износа- и коррозионной стойкости в условиях ударных нагрузок. Цель изо-. бретения — улучшение обрабатываемости стали, Сталь дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.7: углерод 0,7-0,95; кремний 0,2-0,8; марганец 0,2 — 1,2; хром 12 — 13,5; никель 9— .11; молибден 0,2-2,5; алюминий 0,5 — 1,8; . бор 0,0005 — 0.005; железо остальное, 4 табл.

Алюминий 0,70-1,80

Железо Остал ьное

Сталь может содержать следующие примеси, мас.7;:

Сера До 0,035

Фосфор До 0,035

Эта сталь позволяет получить высокий уровень твердости (55 HPC ) путем сравнительно простой термической обработки— закалки от 1000 C и низкотемпературного старения при.4700С, Однако при изготовлении конкретных изделий, например деталей клапанной аппаратуры, имеющих сложную конфигурацию с большим количеством осевых и радиальных отверстий и резьбовых соединений, возникают большие технологические трудности, связанные с высоким уровнем твердости, не позволяющие проводить механообработку.

Так, уже после закалки от температуры

10000С сталь закаливается на мартенсит с твердостью 50 HRC и механообработка при таком уровне твердости невозможна, Целью изобретения является улучшение механообрабатываемости в аустенит-

1731858 нбм состоянии стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюминий и железо, Поставленная цель достигается тем, что сталь, содержащая железо, углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден и алюминий, дополнительно содержит бор, Сталь может содержать также примеси серы и фосфора.

При укаэанном соотношении компонентов в стали аустенит, образующийся после закалки от 1200 С, становится относитель-. но стабильным в отношении распада на мартенсит, что делает ее технологичной в отношении механообрабатываемости.

Таким образом, предлагаемое соотношение компонентов вызвано необходимостью иметь сталь достаточно технологичную в отношении механической обработки, т,е. способную подвергаться как резанию, так и сверлению, и обеспечить требуемый высокий уровень твердости, Необходимый уровень твердости достигается старением деталей, механически обработанных с припуском под шлифовку.

При содержании в стали углерода менее

0,70 мас.%, никеля менее 9,0 мас.%. алюминия менее 0,50 мас.% и бора менее

0,0005мас.% аустенит, образующийся после закалки от 1200 С, является нестабильным и в процессе механообработки распадается на мартенсит с высоким уровнем твердости, что не позволяет провести механообработку.

При содержании углерода более 0,95 мас,%, никеля более 11,0 мас.%, алюминия более 1,8 мас.% и бора более 0,005 мас.% сталь приобретает стабильную аустенитную структуру, в связи с чем распад образующегося аустенита на мартенсит в результате . старения становится невозможным, и. следовательно, становится невозможным получение требуемого высокого уровня твердости, при этом также ухудшается механообрабатываемость стали. . Химические составы предлагаемой и известной стали приведены в табл.1.

Сталь выплавляют в открытой индукционной печи. После гомогенизации слитки проковывают на пластины сечением 40х60 мм и заготовки диаметром 60 мм.

Изучают механообрабатываемость сверлением и резанием предлагаемой стали в сравнении с известной после закалки заготовок в воду от 1200 С на аустенит.

Твердость при этом составляет 18 — 22 НЯСЭ.

Изучение обрабатываемости при сверлении проводят на радиально-сверлильном танке СР-5-15 модели 2А55 с охлаждением

5%-ной эмульсией из эмульсола Т.

Инструмент — спиральные сверла с коническим хвостовиком из быстрорежущей стали PGAM5.

При испытании фиксируют стойкость сверл — время непрерывной работы до момента затупления. За критерий эатупления сверл принимают комплекс технологических параметров; износ по задней поверхности сверла, перемычки, а также выкрашивание, возникновение характерного "скрипа", треска, вибрации и т.п.

Оптимальные режимы сверления опре5

10 деляют опытным путем и сравнивают с действующими нормативами для высоколегированных, нержавеющих и жаропрочных сталей с коэффициентом обраба15 тываемости К =1,0

Результаты исследования механообрабатываемости предлагаемой и известной стали при сверлении приведены в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что механообрабатываемость предлагаемой стали при сверлении (К =0,53 — 0,63) в 7 — 8 раз выше известной (Kv 0,08).

При сверлении заготовок из известной стали происходит вибрация инструмента, большой износ сверл более 1 мм на перемычке, налипание металла на кромки и ленточки сверла, значительный износ и

25 выкрашивание режущих кромок, т.е, практически просверлить отверстия нужного диаметра и глубины не удается, При сверлении заготовок иэ предлагаемой стали вибрации инструмента, налипания на кромки и ленточки сверл не наблюдают, Время непрерывной работы сверл до момента затупления определяют, в

35 основном; износом режущих кромок

При содержании элементов ниже и выше граничных значений (составы 4 и 5) мезначительно ниже (в 7 — 8 раз) предлагаемой стали.

Изучение обрабатываемости резанием проводят на .токарно-винторезном станке

1К62 без охлаждения. Инструмент — резец с механическим закреплением режущей пластины. Материал режущей пластины — твердый сплав МС 2210 (ТТ10Е85+Т(С).

За критерий притупления режущей пластины принимают износ по задней грани

h=0,25 мм. Время стойкости инструмента фиксируют до достижения износа режущей пластины по задней грани 0,25 мм, Оптимальные режимы резания определяют опытным путем и сравнивают с действующими нормативами для высоколегированных, нержавеющих и жаропрочных сталей с коэффициентом обрабатываемости

Кч=1,0.

40 ханообрабатываемость при сверлении

1731858

Табл ица1

Соде жание, мас, в составе

Компоненты

2 известный

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Молибден

Алюминий

Бор

Железо

0,81

0,34

0,56

12,71

5,54

1,18

0,94

77,92

0,96

0,84 1,22

13,7

11,3

2,54

1,84

0,006

67,6

0,68

0,18

0,16

11,2

8,8

0,16

0,47

0,0004

78,35

0,95

0,80

1,20

13,5

11,0

2,50

1,80

0,005

68.24

0,70

0,20

0,20

12,0

9,0

0,20

0,50

0,0005

77,20

0,81

0,56

0,64

12,64

10,21

0,89

0,71

0,0025

73,54

Результаты исследования механообрабатываемости сталей при резании приведены в табл. 3, Из табл. 3 следует, что обрабатываемость предлагаемой стали при резании су- 5 щественно (в 3 раза) выше известной, При резании заготовок из известной стали стойкость резцов составляет менее 1 мин, при этом наблюдается сильная вибрация и скрип инструмента, выкрашивание 10 режущих кромок и разрушение резцов, При резании заготовок из предлагаемой стали стойкость инструмента до износа режущей пластины по задней грани 0,25 мм составляет 10 — 15 мин, при этом вибрации и 15 скрипа не наблюдают. Резание происходит при нормальном образовании стружки.

При содержании элементов ниже и выше граничных значений (составы 4 и 5) механообрабатываемость при резании 20 значительно ниже (в 3 раза) предлагаемой стали.

Таким образом, как следует из табл. 2 и

3, лучшую стойкость при механообработке сверлением и резанием имеет сталь с пред- 25 лагаемыми пределами компонентов.

Таким образом, анализ полученных данных показывает, что заданное соотношение элементов является оптимальным, так как при таком соотношении компонен- 30 тов достигается улучшение механообрабатываемости стали, Необходимый уровень твердости на деталях из предлагаемой стали после механообработки достигается старением.

В табл. 4 приведены значения твердостей, получаемых на конкретных деталях клапанной аппаратуры из предлагаемой стали.

Таким образом, предлагаемая сталь в сравнении с известной обладает лучшей механообрабатываемостью, что позволяет изготавливать из нее, .например, детали клапанной аппаратуры гидравлических прессов с высоким уровнем твердости.

Использование предлагаемой стали позволит повысить эксплуатационную стойкость деталей клапанной аппаратуры, сократить расход металла, увеличить межремонтные сроки прессового оборудова- ния.

Формула изобретения .

Сталь преимущественно для деталей клапанной аппаратуры, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюминий и железо, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью улучшения механообрабатываемости, она дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,70 — 0,95; кремний 0,2-0,8; марганец 0,2 — 1,2; хром

12,0-13,5; никель 9 — 11; молибден 0,2 — 2,5; алюминий 0,5-1,8; бор 0,0005 — 0,005; железо остальное, 1731858

Таблица2

Таблица3

Таблица4

Составитель О.Столяр

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор И.Муска

Редактор О.Головач

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1559 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5