Инструментальный сплав
Изобретение относится к металлургии, в частности к инструментальному сплаву для литого режущего и деформирующего инструмента . Предлагаемый сплав с повышенными режущими свойствами, ударной вязкостью и прокаливаемостью содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 1,3-1,9; молибден 3,6-5,3; хром 4,0-5,5; ванадий 3,4-6,1; кремний 0,7- 1,3; марганец 0,3-1,2; алюминий 0,1-0,5; РЗМ 0,02-0,15; железо остальное. 1 табл,
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАPСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР 1" 1 1 03 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4865103/02 (22) 10.09,90 (46) 15.07,92. Бюл. N 26 (71) Брянский технологический институт и Воронежское производственное объединение по выпуску тяжелых экскаваторов им; Коминтерна (72) Г,И. Сйльман, Н.И. Жалдак, Ю,В, Жаворонков, Ю.А. Дидык, М,С, Фрольцов, Ю,В, Корщунов и Л.Г. Серпик (53) 669.14.018,252,2-194(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР N 1330202, кл, С 22 С 38/24. 1987. Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам для изготовления инструмента. Известен сплав, содержащий, мас,%: Углерод 0,75 — 1,74 Кремний До 3,0 Марганец 0,1-2,0 Хром 5,0-11,0 Молибден 1,3-5,0 Ванадий 0,1 — 5,0 Этот сплав предназначен для изготовления литого деформирующего инструмента, его теплостойкость 450 — 500 С; что недостаточно для режущего инструмента, Известен также инструментальный сплав, предназначенный для изготовления литого инструмента и обладающий хорошими режущими свойствами (примерно ..на уровне быстрорежущей стали Р 6М5) и . достаточной ударной вязкостью (6 — 25 Дж/см ), Сплав содержит, мас.%: Углерод 1,25 — 2,20 Молибден 0,10 — 3,50 Хром 5,6 — 8,0. Ванадий 4,3-7,6 1747531 А1 (54) ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ СПЛАВ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к инструментальному сплаву для литого режущего и деформирующего инструмента, Предлагаемый сплав с повышенными режущими свойствами, ударной вязкостью и прокаливаемостью содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 1,3 — 1,9; молибден 3,6-5,3; хром 4,0-5,5; ванадий 3,4-6,1; кремний 0,7 — 1,3: марганец 0,3-1,2; алюминий 0,1-0,5; РЗМ.0,02 — 0,15; железо остальное, 1 табл.. Кремний 1,4 — 2,6 Марганец 0,3 — 1,8 Ал юминий 0,1 — 0,5 Редкоземельные металлы (РЗМ) 0,02 — 0,15 Железо Остальное Однако в литом состоянии (без термической обработки) свойства этого сплава существенно ниже, Недостаточной является 4 также теплостойкость сплава (560 С) и про- фЪ каливаемость в сечениях толщиной 2540 мм. Цель изобретения — повышение режу- р щих свойств, ударной вязкости и прокаливаемости литото инструмента. Указанная цель достигается тем, что сплав, содержащий углерод, молибден, Ф хром, ванадий, кремний, маргачец, алюминий, редкоземельные металлы и железо, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: Углерод . 1,3-1,9 Молибден .. 3,6 —.5,3 Хром 4,0 — 5,5 Ванадий 3,4-6, 1 1747531 содержании в структуре сплава существен но возрастает количество остаточного аустенита, что отрицательно влияет на твердость сплава и режущие свойства лито5 го инструмента. Нижний предел (0,3%) соответствует содержанию марганца как технической примеси и практически не может быть снижен при использовании обычных шихтовых материалов. Предлагаемый интервал содержания углерода(1,3- t,9%) обеспечивает формирование в структуре сплава колоний двойной эвтектики A+VC со значительным эффектом композиционного упрочнения, а также содержание углерода в аустените, достаточное для хорошей закаливаемости сплава. При содержании углерода менее 1,3% участки двойной эвтектики являются эпизодическими и не вносят заметного вклада в повышение режущих свойств сплава, Содержайие углерода более 1,9% нецелесообразно, так как требует более высокого содержания ванадия, а также усиливает опасность образования в структуре литого сплава тройной эвтектики,. что заметно снижает его свойства, Алюмйний в соСтаве сплава обеспечивает три эффекта: совместно с кремнием усиливает карбидное старение сплава и ускоряет распад аустенйта в процессе охлаждения отливки в литейной форме, увеличивает степень мартенситного превращения, улучшает шлифуемость сплава. Однако слишком большое содержание алюминия (свыше 0,5%) резко ухудшает литейные свойства сплава. Редкоземельные металлы обеспечивают образование большого количества диЬ персных карбидов в жидком сплаве еще до начала его кристаллизации. Эти карбиды обеспечивают значительный модифицирующий эффект и измельчают структуру литого сплава. Для обеспечения этого эффекта достаточны небольшие количества РЗМ, соответствующие предлагаемым пределам. 10 режущих свойств сплава, причем при содержании молибдейа не менее 3,6% обеспечивается это уже в литом состоянии, т,е, беэ 15 термической обработки. Увеличение содержания молибдена свыше 5,3% нецелесообразно, так как это приводит к повышению стоимости сплава без заметного увеличенйя его режущих свойств,-: 20 Содержание хрома ограничено интервалом 4,0-5,5%. При выходе содержания хрома за нижний предел становится недостаточной степень легирования аустенита и мартенсита, следствием чего является сни- 25 >кение теплостойкости и режущих.свойств сплава. При содержании хрома более 5,5% в структуре литого сплава появляется тройная эвтектика А+М7Сз+ЧС (где.А — аустейит; М7Сз — комплексный карбид типа Сг7Сз, 30 VC — карбид ванадия), располагающаяся в виде сетки и снижающая ударную вязкость сплава. Содержание ванадия рекомендуется в интервале 3,4 — 6,1% (в зависимости от со- 35 держания углерода и других .элементов). При содержании ванадия менее 3 4% в структуре сплава в заметном количестве появляются карбиды М7Сз, что приводит к снижению свойств. Содержание ванадия более 40 6,1 % нецелесообразно по двум причинам, во-первых, образуя карбиды VC, он обезуглероживает твердый раствор и ухудшает закаливаемость "сплава; во-вторых, высокое содержание ванадия приводит к удорожа- 45 нию сплава, Содержание кремния ог-раничено ин-; тервалом 0,7-1,3%, Основное назначение кремния — усиление эффекта карбидного старения сплава и уменьшейие в его литой 50 структуре количества остаточного аустенита, что проявляется в повышении твердости литого сплава. При содержании кремния менее 0,7% эти эффекты незначительны и твердость литого сплава оказывается недо- 55 статочно стабильной, Содержание кремния более 1,3% нецелесообразно из-за снижения теплостойкости литого сплава, Верхний предел содержания марганца (1,2%} обусловлен тем, что при его большем Кремний 0,7-1,3 Марганец 0,3 — 1.2 Алюминий 0,1-0,5 Р3М 0,02-0,15 Железо ° Остальное Состав сплава выбран, исходя из следующих соображений. Повышенное по сравнению с прототипом количество молибдена вводится с целью увеличения степени легирования аустенита и мартенсита, что приводит к повышению прокаливаемости, теплостойкости и В качестве примесей в сплаве могут присутствовать сера(до 0,04%) и фосфор(до 0,06%). Плавки проводили в открытых индукционных тигельных печах на шихте, состоящей из стального лома, электродного боя и ферросплавов (ферросилиция, феррохрома, феррованадия, ферромолибдена). Ферросплавы вводили в расплав, перегретый до 1400-1500 С (в зависимости от содержания углерода). Алюминий принудительно вводили в расплав после растворения ферросплавов. РЗЭ в виде сплава ФЦМ-5 вводили в разливочный ковш под струю металла. 1747531 Жидкий металл разливали в сухие пес- предлагаемые пределы содержаний компочано-глинистыеформы. Отливали заготовки нентов в сплаве существенно снижаются в виде брусков 15х15 и 30х30 мм, Затотовки его свойства и их стабильность. обрабатывали шлифованием до формы цельных проходных прямых резцов; Из бру- 5 Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я сков сечением 15х15 мм изготавливали так - :,Инструментальный сплав, содержащий же стандартные образцы на ударный изгиб. углерод, молибден, хром, ванадий, кремний, Резцы испытывали точейием заготовок марганец; салю1мийий, редкоземельные меиз стали 45 при скорости резания 50м/мин, - таллы и железо„о т л и ч а Ю щ и й с я тем, глубине резания 1 мм и подаче 0,13 мм/об 10" что, с целью повышения режущих свойств, без использования СОЖ.; - - ударной вязкости и прокаливаемости литого Химические составы сплавов и резуль- инструмента, он1 содержйт компоненть1 прй таты их испытаний приведены в, таблице. следующем соотношении, мас,о/,; Сопоставление свойств сплавов проведено -: "; Углерод 1,3-1,9 с прототипом (в литом состоянии) и быстро- t5 Молибден 3,6 — 5,3 режущей. сталью Р6М5 в термообработан-: Хром 4,0-5,5 ном состоянии (НВСэ 62 63) —:::. :.::::;:..:"::: .. .: Ванадий 3,4 — 6,1 Из таблицы видно, что сплавы првдла-: Кремний . 0,7-.1,3 гаемого состава (сплавы 1-6) отличаются от . - " Марганец .. 0,3-1,2 прототипа более высокими и стабильными 20 Алюминий 0,1 — 0,5 режущими свойствами и ударной вязко- Редкоземельные . стью. Очевидно также и преимущество их по -:- ::: металлы 0;02 — 0,15 сравнению со сталью Р6М5. При выходе за:. Железо - Остальное к Сплав «4 4 Ф ж4 4»» »Ъ 44 С одержание злементоевь мас.3 4 » 4444444» « и Время работы резцов до яереточки, мин Ударная вязкость, дж/сиз С Мо о,34 0,16 0,22 0,28 0,50 o,lo o„4z o,8î 0,02 0,15 о,ог 0,08 а,о4 о,о7 О, 12 0,04 о,18 О,01 61-63 62-64 61-63 60-62 60-62 бо-бг 61-63 59-6,1 57" 59 10-14 15-18 18-го 18-22 20-25 22-25 3-5 3-5 8-10 4,73 5,30 5,t2 З,бо 4,z3 4,30 8,50 5,34 3,16 6,1о 5,8ã 5,78 4,94 4,10 3,40 6,68 2,95 2,60 0,88 0,30 0,75 ,0,48 о,64 1,20 0,91 1,35 О,ВЗ 3 5 7 в Прото тир рбм5 " 1,90 1,7 6 1;64 114z 1,38 2,19 1,58 1,22 5,32 4,00 5, О О 5,50 5,22 4,83 6,65 3,48 4,20 0192 0;88 1,16 1,10 о,7о 1,30 1,64 1,93 0,60 60-бг 59-61 59-61 59-6 t 58-60 59-61 60-62 58-60 53-55 75-85 80-90 75-85 65-75 65-75 65-75 55-75 40-45 20-35 1 46 О 64 6 21 5 1О 1 83 О 58 О 32 О 15, 57 61 54 58 35 45 В термообработанном состоянии HRC 62-63 45-60 8-1о 44444444Ъ4 »«««44» 4 4 44 4 444 41»444»« 44444 4 4 Составитель Г.Сильман Техред М.Моргентал " Корректор Т.Палий Редактор М,Келемеш Заказ 2475 Тираж . . . :: Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, МоСква, Ж 35; Раушская наб., 4/5 Производственно-издательскйй комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
