Штамповая сталь

 

Изобретение относится к металлургии и связано с получением высококачественных штамповых сталей, применяющихся для горячего деформирования цветных металлов, в частности для пресс-форм литья под давлением алюминиевых сплавов. Штамповая сталь содержит, мас.%: углерод 0,46-0,53; кремний 0,20-0,50; марганец 0,40-0,70: хром 1,50-2,00; молибден 0.80-t,10; ванадий 0,30-0.50; никель 1,20-1.60; медь 0,05- 0,3; ниобий 0,05-0.10: кальций 0.005-0,05: тантал 0,05-0,10; РЗМ 0,05-0.10; железо - остальное. Сталь имеет повышенные прочностные свойства, жидкотекучесть, жаростойкость и эрозионную стойкость 2 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 38/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ъ.

О () с}

1 !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885987/02 (22) 21.08.90 (46) 23.07,92. Бюл. ¹ 27 (71) Производственное объединение - Завод транспортного машиностроения" (72) М,Х. Керейбаев, H.Ä, Селиванова, В,Е.

Дамбит и В.Г. Орловский (56) Сталь 5Х2МН Ф. ГОСТ 5950-73. (54) ШТАМПОВАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к металлургии и связано с получением высококачественных штамповых сталей, применяющихся для гоИзобретение относится к металлургии, касается изыскания высококачественных штамповых сталей. работающих с высоким удельным давлением (до 100-120 кгlм ) при относительно плавном нагружении и значительном разогреве поверхностных слоев. применяющихся для пресс-форм литья под давлением алюминиевых сплавов.

Известно, что для повышения теплостойкости в штамповые стали рекомендуется вводить в качестве микролегирующих добавок тантал. ниобий. церий, а также отдельные редкоземельные элементы или их сумму.

Известны штамповая сталь и жаропрочная сталь. Недостатком штамповой стали является высокая скорость разупрочнения при изменении температурных режимов. а также относительно быстрое снижение твердости. что приводит к изменению геометрических размеров пресс-форм и снижению стойкости инструмента.. Ж» 1749306 А1 рячего деформирования цветных металлов. в частности для пресс-форм литья под давлением алюминиевых сплавов. Штамповая сталь содержит, мас.,,: углерод 0,46-0,53; кремний 0,20 — 0,50; марганец 0.40-0,70; хром 1,50 — 2,00; молибден 0.80 — 1,10; ванадий 0,30-0,50; никель 1,20-1,60; медь 0,050,3; ниобий 0,05 — 0.10: кальций 0,005-0,05; тантал 0,05 — 0,10; Р3М 0,05-0.10; железо— остальное. Сталь имеет повышенные прочностные свойства, жидкотекучесть, жаростойкость и эрозионную стойкость. 2 табл, Недостатком жаропрочной стали является низкая механическая прочность при горячем деформировании.

Наиболее близка по целевому назначению и предлагаемому техническому решению сталь (1) состава. мас.7;:

Углерод 0.46 — 0.53

Кремний 0.20 — 0,50

Марганец 0.40.— 0.70

Хром 1,50 — 2,00

Молибден 0.80-1,10

Ванадий 0,30 — 0,50

Никель 1,20-1,60

Медь До 0,30

Железо Остальное

Длительная промышленная эксплуатация пресс-форм.под давлением показала ее недостаточную жаропрочность и эрозионную стойкость. Существенным недостатком данной стали является относительно невысокие литейные свойства, особенно жидкоте куч есть.

Целью изобретения является повышение жидкотекучести стали и эксплуатацион1749306

20 ной стойкости литья штамповых инструментов за счет повышения прочности, жаропрочности и эрозионной стойкости стали.

Эта цель достигается тем, что штамповая сталь, содержащая углерод. кремний, 5 марганец, хром, молибден, ванадий, никель, медь и железо, дополнительно содержит ниобий, кальций, тантал и редкоземельные элементы при следующем соотношении компонентов. мас. : 10

Углерод 0,46-0,53

Кремний 0,20 — 0,50

Марганец 0,40-0.70

Хром 1,50 — 2.00

Молибден 0,80 — 1,10 15

Ванадий 0,30-0,50

Никель 1,20-1,60

Медь 0,05-0,30

Ниобий 0,05 — 0,10

Кальций 0,005 — 0,05

Тантал 0,05 — 0,10

РЗМ . 0 050 10

Железо Остальное

Сталь содержит примеси. фосфор до

0,03, сера до 0,03 . Содержание лигиру- 25 ющих элементов выбрано таким, чтобы материал при высоких температурах и больших удельных давлениях проявил структурную и размерную стабильность, обеспечивая высокую работоспособность 30 литых пресс-форм. Введение ниобия и тантала улучшает прочностные свойства штамповой стали, повышает жаропрочность и эрозионную стойкость. Добавки ниобия и тантала меньше 0,05 каждого неэффек- 35 тивны, а при содержании свыше 0,1 образуются термически стойкие карбиды, которые не перераспределяются в процессе. термообработки, что приводит к снижению механических свойств. 40

Редкоземельные элементы оказывают модифицирукицее влияние на процесс кристаллизации, то есть уменьшают химическую неоднородность. измельчают дендритную структуру, что приводит к повыше- 45 нию прочности и жаропрочности стали. Содержание РЗМ менее 0,05 неэффективно.

При содержании РЗМ более 0,1% происходит выделение грубых фэз по границам зерен, что уменьшает прочность и жаропроч- 50 ность. Введение кальцию улучшает жидкотекучесть стали за счет ее очищения от вредных примесей, Добавка кальция менее

0,005 неэффективна, а при содержании свыше 0,1 происходит выделение неме- 55 таллических включений по границам зерен. что ухудшает свойства стали.

Присутствие меди в сплаве оказывает положительное влияние на увеличение прокаливэемости стали ввиду ее высокой теплопроводности. При содержании мед ленее 0,05 в сплаве наблюдается снижение прокаливаемости, Верхний предел содержания меди 0,30 выбран исходя из того. что при содержании меди выше 0,30 сплав склонен к образованию поверхностных трещин при горячей обработке давлением.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что не имеется составов штамповых сталей. идентичных предлагаемому составу. Данный состав компонентов придает литой штамповой стали более высокую жидкотекучесть и эксплуатационную стойкость, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "существенное отличие".

Пример. Для экспериментальной проверки были проведены плавки предлагаемой стали с содержанием элементов на нижнем, среднем и верхнем уровнях и одна плавка стали-прототипа 5х3 МНФ (ДИ-32). мас. :

Углерод 0.50

Кремний 0,35

Марганец 0,60

Хром 1,80

Ванадий 0,45

Молибден . 0,95

Никель 1,40

Медь 0,21

Железо Остальное . В лабораторных условиях по стандартным методикам был проведен анализ химического состава каждой плавки, приведенной в табл. 1.

Учитывая, что содержание всех лигирующих элементов кроме тантала, ниобия, кальция, Р3М соответствует диапазону их концентраций 5х2МНФ (ДИ-32), то исследование проводилось только для плавок с варьированием концентрацией дополнительных элементов. Плавки проводились в открытых индукционных печах с магнезитовой футеровкой. Перед кажой плавкой проводилась замена футеровки на новую с целью избежания загрязнения образцов ниобием, танталом, кальцием и РЗМ от предыдущих плавок. Полученные образцы подвергались испытанию на определение механических свойств в лабораторных условиях. Заготовки проходили закалку от 900 С и отпуск 550 С. Жидкотекучесть определялась заливкой металла в песчаные формы по

ГОСТ 16438-70, э жаропрочность — в соответствии с ГОСТ 6130-71.

Эрозйонная стойкость испытуемых материалов определялась следующим образом; испытуемый образец (цилиндр диаметром 5 мм, высотой 30 мм) помещался

1749306

Таблица 1

Таблица 2 в расплав алюминия при 700 С таким образом, чтобы половина образца оставалась в воздушной атмосфере, Эрозионная стойкость определялась как величина, обратно пропорциональная скорости коррозии образца. За результат испытаний во всех случаях бралось среднее значение по пяти образцам от каждой плавки, Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Из приведенных в табл. 2 данных видно, что совместное введение ниобия, кальция, тантала и Р3М повышает жидкотекучесть, прочность, жаропрочность и зрозионную стойкость стали.

По сравнению с и рбтотипом предлагаемое техническое решение увеличивает жидкотекучесть на 50, прочность на 10 . а жаропрочность и зрозионную стойкость — s

1,7-2,0 раза, что значительно повышает стойкость штампового инструмента, изготовленного из предлагаемой стали.

Формула изобретения

Штамповая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, мслибден, медь, ванадий и железо, о т л и ч а ю5 щ а я с я тем, что, с целью повышения жидкотекучести, прочности. жаростойкости и зроэионной стойкости, она дополнительно содержит ниобий, кальций, тантал и Р3М при следующем соотношении компонентов, 10 мас.%

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

15 Молибден

Ванадий

Никель

Медь

Ниобий

20 Кальций

Тантал

РЗМ

Железо

0,46 — 0,53

0,20 — 0,50

0,40 — 0,70

1,50 — 2,00

0.80-1,10

0,30-0,50

1,20 — 1,60

0,05 — 0,3

0,05-0,10

0,005-0,050

0.05 — 0,10

0,05-0,10

Остальное