Сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к стали, которая может быть использована для изготовления штампов диаметром до 225 мм, высотой 300 мм горячего деформирования, имеющих разогрев рабочей поверхности до 470°С, для прессования деталей типа конуса из высокопрочновязкой стали. Предлагаемая сталь содержит, мае, %: 0,44-0,65 углерода, 0,17- 0,37 кремния, 0,7-1,0 марганце, 0,7-1,2 хрома , 0,9-1,5 никеля, 0,25-0,40 молибдена, 0,20-0,34 меди, 0,40-0,60 тантала, 0,16-0,22 ниобия, 0,10-0,17 карбидов церия, 0,07- 0,14 дисилицидов тантала, 1,22-1,95 рения, 0,04-0,06 таллия, 0,08-0,14 иттербия, 0,05- 0,11 натрия, железо - остальное, при условии , что суммарное содержание иттерия и таллия должно составлять 0,11-0,18, а отношение суммарного содержания молибдена, тантала, ниобия, рения к содержанию углерода должно составлять 3,75-6,29. Механотехнологические свойства предлагаемой стали: высокие уровни при температуре испытания 470°С твердости, работы зарождения трещины, предела текучести при сжатии, а также высокие уровни после действия циклических нагрузок сжатия при температуре 470°С термической усталости, релаксационной стойкости, износостойкости превышают механико-технологические свойства ранее известных инструментальных сталей. 2 з.п. ф-лы. СО с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 22 С 38/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0,01 — 4,0

0,001 — 0,5

0,001 — 0,5

0,001 — 0,5 несколько элементов из

Вольфрам

Титан

Цирконий

Ниобий а также один или следующих:

Никель

Кобальт

Медь меньше

Бор

0,25 — 1,0

0,05 — 4,0

3,0

0,0005 — 0,010 и (или) один или следующих

Кальций

Редкоземельн металлы

Железо несколько элементов из, 0,0005 — 0,010 и

ые

0,0005 — 0,20

Остальное (21) 4900634/02 (22) 11.11,90 (46) 23.09,92; Бюл, ¹ 35 (71) Орский механический завод (72) А.Г, Глазистов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1525227, кл, С 22 С 38/48, 1989. (54) СТАЛ Ь (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к стали, которая может быть использована для изготовления штампов диаметром до 225 мм, высотой 300 мм горячего деформирования, имеющих разогрев рабочей поверхности до 470 С, для прессования деталей типа конуса из высокопрочновязкой стали. Предлагаемая сталь содержит, мас, %: 0,44 — 0,65 углерода, 0,17—

0,37 кремния, 0,7 — 1,0 марганца, 0,7 — 1,2 хрома, 0,9 — 1,5 никеля, 0,25 — 0,40 молибдена, 0,20 — 0,34 меди, 0,40 — 0,60 тантала, 0,16-0,22

Изобретение относится к области металлургии, в частности к области производства сталей, которые могут быть использованы для изготовления штампов диаметром до 225 мм и высотой 300 мм горячего деформирования, имеющий разогрев рабочей поверхности до 470 С для прессования деталей типа конуса из высокопрочновязкой стали. Известна сталь, содержащая, мас. %:

Углерод 0,15 — 0,45

Кремний <2,0

Марганец <1,0

Хром 2,6 — 4,5

Молибден 0,5-3,5 один или несколько элементов из следующих;

Ванадий 0,01 — 2,0, . Ы„„1763510 А1 ниобия, 0,10 — 0,17 карбидов церия, 0,070,14 дисилицидов тантала, 1,22 — 1,95 рения, 0,04 — 0,06 таллия, 0,08-0,14 иттербия, 0,05—

0,11 натрия, железо — остальное, при условии, что суммарное содержание иттерия и таллия должно составлять 0,11 — 0,18, а отношение суммарного содержания молибдена, тантала, ниобия, рения к содержанию углерода должно составлять 3,75 — 6,29. Механотехнологические свойства предлагаемой стали; высокие уровни при температуре испытания 4700С твердости, работы зарождения трещины, предела текучести при сжатии, а также высокие уровни после действия циклических нагрузок сжатия при температуре 470 С термической усталости, релаксационной стойкости, износосгойкости превышают механико-технологические свойства ранее известных инструментальных сталей. 2 з.п. ф-лы.

1763510 отклонениями по размерам. Из-за низких значений работы зарождения трещины, низкой термической усталости после действия при температуре 470 С циклических нагрузок сжатия инструмент выходит из строя по причине разрушения, что отрицательно сказывается на производительности пресса. Поэтому данная сталь может найти только ограниченное применение в машиностроении.

Известна сталь, содержащая, мас. 7;:

55 (см. заявку hL 57 — 23048, Япония, заявлена

14.07.80 r., Кл. МКИ С 22 С 38/20: реферат стали опубликован в реферативном журнале "Металлургия, 15И, Металловедение и термическая обработка", М 1, 1983 г., M.: 5

ВИНИТИ, с. 150, 1И822П).

Эта сталь может быть использована для изготовления штампов диаметром до 225 мм и высотой 300 мм горячего деформирования, имеющий разогрев рабочей поверх- 10 ности до 470 С для прессования деталей типа конуса из высокопрочновязкой стали, т.к. композиция по углероду и легирующим элементам может обеспечить при температуре испытания 470 С удовлетворительным 15 уровнями работы зарождения трещины, предела текучести при сжатии,а также может обеспечить после действия циклических нагрузок сжатия при температуре

470 С высокими уровнями термической ус- 20 талости. Однако на таком широком диапазоне содержания углерода и легирующих элементов обнаруживаются ряд составов, которые в одном случае будут иметь низкие значения притемпературе470 Ствердости, 25 предела текучести при сжатии,а также низкой износостойкостью после действия при температуре 470 С циклических нагрузок сжатия; в другом — недостаточные уровни работы зарождения трещины, термической 30 усталости после действия при температуре

470 С циклических нагрузок сжатия а также низкой релаксационной стойкостью после действия при температуре 470 С циклических нагрузок сжатия. Из-за низкой вязко- 35 сти при температуре испытания 470 С и низкой износостойкости после действия при 470 С циклических нагрузок сжатия происходит интенсивный износ гравюры.

40 инструмента,в результате чего детали получаются бракованными с отклонениями по размерам: из-за низкого предела текучести при сжатии при температуре

470 С и низкой релаксационной стойкости после действия циклических нагрузок сжатия при температуре 470 С происходит потеря геометрических размеров инструмента,в результате чего детали получаются бракованными с

Углерод 0,5-0,6

Кремний 0,15-0,35

Марганец 0,5 — 0,8

Хром 0,5-0,8

Никель 1,4-1,8

Молибден 0,15 — 0,30

Медь 0,01-0,30

Тантал 0,05-0,50

Ниобий 0,05 — 0,30

Железо Остальное

Эта сталь обладает удовлетворительной закаливаемостью, работой зарождения трещины и поэтому может быть использована для изготовления штампов диаметром до

225 мм высотой 300 мм горячего деформирования, имеющий разогрев рабочей поверхности до 470 С для прессования деталей типа конуса. Однако эта сталь после действия при температуре 470 С циклических нагрузок сжатия имеет низкие уровни релаксацион ной стойкости, термической усталости, что в совокупности отрицательно сказывается на эксплуатационной стойкости инструмента: инструмент преждевременно соответственно выходит из строя по причине потери геометрических размеров либо по разрушению. Кроме того, данная сталь имеет низкий предел текучести при сжатии, а также низкую после действия при температуре 470 С циклических нагрузок сжатия износостойкость, что в совокупности отрицательно влияет на изменение геометрических размеров инструмента, в результате чего прессование детали получаются бракованными с отклонениями по размерам. Поэтому ее применение ограничено для штампов диаметром до 225 мм высотой

300 мм горячего деформирования имеющий разогрев рабочей поверхности до 470 С для прессования деталей типа конуса из высокопрочновязкой стали. Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков. В основу изобретения поставлена задача создать сталь с таким составом входящих в нее компонентов и их соотношением, которые обеспечивали бы ей при сохранении на достаточно высоких уровнях после действия при температуре

470 С циклических нагрузок сжатия релаксационной стойкости, термической усталости, износостойкости, высокие уровни при температуре испытания 470 С твердости, работы зарождения трещины, предела текучести при сжатии по сравнению со сталями аналогичного назначения. Для достижения указаннной цели в сталь, в состав которой входят углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, тантал, ниобий, железо, согласно изобретению, дополнительно вводят карбиды церия, дисилициды

1763510

10 тантала, рений, таллий, иттербий, натрий (физическое состояние их — твердое), при этом названные ингредиенты должны быть в ней в следующих соотношениях, мас. %:

Углерод 0,44-0,65 5

Кремний 0,17 — 0,37

Марганец 0,7-1,0

Хром 0,7 — 1,2

Никель 0,9-1,5

Молибден 0,25 — 0,40

Медь 0,20 — 0,34

Тантал 0,40 — 0,60

Ниобий 0,16 — 0,22

Карбиды церия 0,10-0,17

Дисилициды тантала 0,07-0,14 15

Рений 1,22-1,96

Талл ий 0,04 — 0,06

Иттербий 0,05 — 0,14

Натрий 0,05 — 0,11

Железо остальное, 20 при условии, что суммарное (в мас. О ) иттербия и таллия должно составлять 0,11 — 0,18, а также отношение суммарного содержания молибдена, тантала, ниобия, рения, к содержанию углерода должно составлять 3,75-6,29. 25

Предлагаемая сталь отличается от известной:

1. Дополнительным содержанием карбидов церия от 0,10 до 0,17 мас,, Карбиды церия, введенные в указанных количествах 30

) обеспечивают в стали при литье при повышенных температурах 1590 — 1890 С равномерное распределение карбидов церия, которые являются зародышами для дальнейшего выделения дисперсных карбидов 35 хрома, молибдена, тантала, ниобия, рения и получения в последующем после ковки и термической обработки структуры с равномерным распределением дисперсных карбидов, что в итоге повышает твердость при 40 температуре 470 С и повышает после дейст-. вия при 470 С циклических нагрузок сжатия износостойкость. Уменьшение содержания карбидов церия менее 0,10 вес. снижает их эффективность в стали по измельчению карби- 45 дов хрома, молибдена, тантала, ниобия, рения и равномерность их распределения в стали, что отрицательно сказывается на снижении твердости при температуре испытания 470ОС и на снижении после дейст- 50 вия при 470ОС циклических нагрузок сжатия износостой кости, Увеличение содержания карбидов церия более 0,17 мас. приводит в стали к крупным скоплениям карбидов церия и 55 вследствие этого к образованию неравномерного распределения карбидов хрома, молибдена, тантала, ниобия, рения, которые слабо связаны с матрицей и быстро выкрашиваются, что отрицательно сказывается на снижении после действия при 470 С циклических нагрузок сжатия износостойкости. Кроме того, из-за крупных скоплений карбидов церия, при содержании в стали карбидов церия более 0,17 мас. и вследствие этого образовавшихся с неравномерным распределением карбидов хрома, молибдена, тантала, ниобия, рения снижается предел текучести при сжатии.

2, Дополнительным содержанием дисилицидов тантала в пределах от 0,07 до

0,14 мас. . Дисилициды тантала, введенные в указанных количествах создают в стали инертные со слабой реакционной способностью к коагуляции при эксплуатации стали в режиме циклического нагружения сжатия при температуре 470ОC дисперсные упрочняющие частицы а также придает стали комбинированное карбидносилицидноинтерметаллидное упрочнение, что в совокупности приводит к повышению после действия при 470 С циклических нагрузок сжатия релаксационной стойкости и приводит к повышению предела текучести при сжатии при температуре

470 С. Уменьшение содержания дисилицидов тантала менее 0,07 мас. уменьшает в стали количество инертных со слабой реакционной способностью в коагуляции при эксплуатации стали в режиме циклического нагружения сжатия йри" температуре 470ОС дисперсных упрочняющих частиц и снижает эффект комбинированного карбидносилицидноинтерметаллидного упрочнения, что приводит к снижению предела текучести при сжатия при 470 С и снижению после действия при температуре 470 С циклических нагрузок сжатйя релакеационной стойкости. Увеличение содержания дисилицидов тантала более 0,14 мас. % приводит к образованию сложных молибденотанталониобийсилицидных окислов в виде хрупких окислов, пленок по границам зерен, в результате чего снижается работа зарождения трещины и снижается после действия циклических нагрузок сжатия при температуре

470 С термической усталости.

3:Дополнительным содержанием рения от 1,22 до 1,96 мас. О . Рений, введенный в указанном количестве, образует стойкие к коагуляции при эксплуатации стали в режиме циклического нагружения сжатия при температуре 470 С мелкодисперсные карбиды рения, что приводит к повышению при температуре 470 С твердости, предела текучести при сжатии и повышению после действия циклических нагрузок сжатия износостойкости. Уменьшение содержания рения менее 1,22 мас. приводит к небольшому количеству мелкбдисйерсных стойких

1763510 к коагуляции при эксплуатации стали в режиме циклического нагружения сжатия при температуре 470 С мелкодисперсных карбидов рения, что отрицательно сказывается на снижении при температуре 470 С твер- 5 дости, предела текучести при сжатии, а также приводит к снижению после действия циклических нагрузок сжатия при 470 С износостойкости. Увеличение содержания рения более 1,96 мас.; приводит к крупным 10 скоплениям карбидных фаз и образованию карбидной неоднородности, что в итоге отрицательно сказывается на снижении работы зарождения трещины и на снижении способности сохранять после действия цик- 15 лических нагрузок сжатия при 470 С высокой износостойкости. Кроме того, увеличение содержания рения более 1,96 мас. приводит к перелегированию стали из-за чего образу1 ется повышенное количество остаточного 20 аустенита, приводящий к снижению при темпера гуре испытания 470 С твердости.

4. Дополнительным содержанием иттербия от 0,05 до 0,14 мас. . Иттербий, введенный в указанном количестве„изменя- 25 ет природу, форму и распределение суль-, фидных включений: сульфидные включения становятся более тугоплавкими и глобулярными: границы зерен очищаются от сульфидных включений не только по границам, 30 но и в теле зерен. Все это в совокупности повышает работу зарождения трещины.

Кроме того, иттербий, введенный в указанном количестве, образует сложные окислы иттербия с хромом, марганцем, ниобием ти- 35 па шпинели, что повышает после действия циклических нагрузок сжатия при 470 С термическую усталость. Уменьшение содержания иттербия менее 0,05 мас, неэффективно, т.к. снижение содержания иттербия 40 уменьшает его роль как глобуляризатора сульфидных включений; незначительно очищает зерна от сульфидных включений как по границам, так и по телу зерен, уменьшает количество сложных окислов иттербия с 45 хромом, марганцем, ниобием типа шпинели, что приводит соответственно к снижению работы зарождения трещины и снижению после действия при 470 С цикли-. ческих нагрузок сжатия термической уста- 50 лости. Увеличение содержания иттербия более 0,14 мас, также нежелательно, т.к. будет иметь место загрязнение металла сложными многофазными включениями, при этом за счет увеличения остаточного 55 иттербия в расплаве заметно возрастает склонность стали к повторному окислению и загрязненность стали неметаллическими включениями увеличивается, в результате чего снижается работа зарождения трещины, а также снижается после действия при

470 С циклических нагрузок сжатия термическая усталость.

5, Дополнительным содержанием таллия от 0,04 до 0,06 мас. . Таллий, введенный в указанном количестве усиливает

1 общую десульфурацию стали, уплотняет структуру вблизи зерен, очищая границы зерен от обогащения фосфором и карбидного выделения, что в совокупности положительно сказывается на повышении работы зарождения трещины и на повышении после действия циклических нагрузок сжатия при

470 С релаксационной стойкости. Уменьшение содержания таллия менее 0,04 мас. неэффективно, т.к. снижение содержания таллия повышает рыхлость структуры вблизи зерен, не очищает границы зерен от обогащения фосфором и карбидных выделений, что отрицательно влияет на снижение работы зарождения трещины и на снижении после действия циклических нагрузок сжатия при температуре 470 С релаксационной стойкости. Увеличение содержания таллия более 0,06 мас. также нежелательно, т,к, будет иметь место загрязнение металла сложными многофазными включениями таллия. Кроме того, при увеличении содержания таллия более 0,06 мас. происходит увеличение остаточного таллия в расплаве, в результате чего возрастает склонность стали к повторному окислению и загрязненность стали окислами таллия увеличивается: все это в совокупности приводит к снижению работы зарождения трещины и снижению после действия циклических нагрузок сжатия при температуре 470 С релаксационной стойкости.

6. Дополнительным содержанием натрия от 0,05 до 0,11 мас. . Натрий, введенный в указанном количестве, образует низкоплавкие комплексные эвтектоиды типа x(NazO) y(MnO) г(СщО),которые выполняют роль смазки при эксплуатации стали, имещий разогрев рабочей поверхности до 470 С, что положительно сказывается на повышении после действия при 470 С циклических нагрузок сжатия износостойкости, термической усталости. Уменьшение содержания натрия менее 0,05 мас. приводит к образованию в небольших количествах низкоплавких комплексных эвтектоидов типа х(йагО) у(МпО) (СигО), которые недостаточно выполняют роль смазки при эксплуатации стали, имеющий разогрев рабочей поверхности до температуры о

470 С, что отрицательно сказывается на снижении после действия циклических нагрузок сжатия при температуре 470 С изно1763510

10 состойкости, термической усталости. Увеличение содержания натрия более 0,11 мас. также нежелательно, т.к. будет иметь место загрязнение металла в большом количестве легкоплавкими комплексными эвтектоида- 5 ми типа х(йагО) у(МпО) z(Cu20), в результате чего снижается при температуре

470 С предел текучести при сжатии, а также снижается после действия циклических нагрузок сжатия при 470 С релаксационная 10 стойкость.

7. Суммарное содержание таллия и иттербия в стали должно составлять 0,11 — 0,18 мас. . При этом содержание в стали таллия и иттербия должно быть в пределах состава 15 заявляемой стали, т.е. таллия в пределах

0,04-0,06 мас., иттербия в пределах 0,05—

0,14 мас. . Суммарное содержание таллия и иттербия в пределах 0,11 — 0,18 мас. обеспечивает образование равновесных 20 сфероидальныхс кругленными гранями карбидов хрома, молибдена, тантала, ниобия с преимущественным распределением карбидов хрома, молибдена, тантала, ниобия и карбонитридных частиц тантала, ниобия IlQ 25 телу зерен, в результате чего повышается после действия при 470 С циклических нагрузок сжатия термическая усталость, релаксационная стойкость. Суммарное содержание в стали таллия и иттербия ме- 30 нее 0,11 мас, приводит к образованию в небольших количествах равновесных сфероидальных с кругленными гранями карбидов хрома, молибдена, тантала, ниобия с исчезновением преимущественного рас- 35 пределения карбидов хрома, молибдена, тантала, ниобия и карбонитридных частиц тантала, ниобия по телу зерен, в результате чего снижается после действия при 470 С циклических нагрузок сжатия термическая 40 усталость, релаксационная стойкость. Суммарное содержание в стали таллия и иттербия более 0,18 мас. приводит к увеличению в расплаве остаточного таллия и иттербия, в результате чего возрастает склонность стали 45 к повторному окислению и загрязненность границ зерен стали окислами таллия и иттербия увеличивается; все это в совокупности приводит к снижению после действия циклических нагрузок сжатия при 470 С 50 термической усталости, релаксационной стойкости, 8, Содержание молибдена, тантала, ниобия, рения, углерода в стали должно отвечать отношению суммарного содержания 55 молибдена, тантала, ниобия, рения к содержанию углерода 3,75 — 6,29. При этом содержание в стали молибдена, тантала, ниобия, рения, углерода должно быть в пределах состава заявляемой стали, т.е, молибдена в пределах 0,25 — 0,40 мас., тантала в пределах 0,40-0,60 мас., ниобия в пределах

0,16 — 0,22 мас., рения в пределах 1,220,96 мас., углерода в пределах 0,44 — 0,65 мас. . Отношение суммарного содержания молибдена, тантала, ниобия, рения к содержанию углерода в пределах 3,75 — 6,29 обеспечивает высокое обогащение мартенсита углеродом, в результате чего повышается при 470 С твердость, предел текучести при сжатии. Отношение суммарного содержания молибдена, тантала, ниобия, рения к содержанию углерода менее 3,75 приводит к переобогащению мартенсита углеродом, из-за чего образуется большое количество остаточного аустенита, что отрицательно сказывается на снижении при 470 С твердости, предела текучести при сжатии. Отношение суммарного содержания молибдена, тантала, ниобия, рения к содержанию углерода более 6,29 приводит к снижению степени обогащения мартенсита углеродом, в результате чего снижается при температуре испытания 470 С твердость и предел текучести при сжатии. Кроме того, отношение суммарного содержания молибдена, тантала, ниобия, рения к содержанию углерода более 6,29 приводит к крупным скоплениям по границам зерен карбидов молибдена, тантала, ниобия, рения, а также карбонитридов тантала, ниобия, в результате чего снижается после действия циклических нагрузок сжатия при 470 С релаксационная стойкость. Приведенное содержание углерода (0,44 — 0,65 мас. ) обеспечивает стали высокие уровни при температуре 470 С твердости, предела текучести при сжатии.

Указанное содержание кремния (0,17 — 0,37 мас, ) обеспечивает стали полное раскисление и получение плотной отливки, а также повышение термической усталости после действия циклических нагрузок сжатия при

470 С. Введение в сталь марганца в преде- лах от 0,7 до 1,0 мас. g„xpo a от 0,7 до 1,2 мас. обеспечивает стали после действия циклических нагрузок сжатия при 470 С высокие уровни релаксационной стойкости.

Введение в сталь молибдена в пределах от

0,25 до 0,40 мас., тантала от 0,40 до 0,60 мас. o ниобия от 0,16 до 0,22 мас. обеспечивает стали после действия при 470 С циклических нагрузок сжатия высокие уровни износостойкости. Введение в сталь никеля в пределах от 0,9 до 1,5 мас., меди от

0,20 до 0,34 мас. повышает работу зарождения трещины. Основным компонентом стали является железо, но кроме указанных легирующих элементов в ней содержатся примеси в мас. : серы до 0,03, фосфора до

0,03, Наиболее эффективно сталь, согласно

1763510

12 заготовокк штампа диаметром 225 мм и высотой 300 мм. Поверхностный упрочненный слой в образце создавался цементацией в газовой печи цементации Ц-105 по режиму: нагрев по мощности печи от 500 до 930 С при расходе осветительнго керосина (ГОСТ

55 изобретению, может быть использована для изготовления штампов диметром до 225 мм и высотой 300 мм горячего деформирования, имеющий разогрев рабочей поверхности до 470 С для прессования деталей типа 5 конуса из высокопрочновязкой стали. Для пояснения изобретения ниже описаны примерные составы сталей со ссылками на прилагаемую таблицу, Сталь, согласно изобретению, выплавляют в электропечах 10 по известным способам выплавки инструментальных сталей на обычных шихтовых материалах с соответствующим содержанием ингредиентов, Для подтверждения того, что заявленная сталь в соответствии с фор- 15 мулой изобретения обеспечивает достижение поставленной цели приводом для сравнения плавки hb 6 — 8 конкретного выполнения с граничными и оптимальным значениями всех ингредиентов, входящих в 20 состав известной стали (прототипа) с полученными по каждому из них механико-технологическими свойствами в процессе их испытания на образцах того же типа и при тех же одинаковых условиях их изготовле- 25 ния и испытания, что и заявляемой стали (плавки hb 1-5).

Химический состав сталей плавок 1 — 8 приведен в таблице 1.

Состав плавки 1 (см. табл, 1) не обеспе- 30 чивает стали высокой твердости: твердость на шлифованных, с параметром шероховатости Я = 0,32 мкм по ГОСТ 2789 — 73, образцах размером 15х15х15 мм, вырезанных электроэрозионным способом с поверхно- 35 сти заготовок диаметром 225 мм и высотой

300 мм, прошедшие закалку (закалка от температуры аустенитизации 870 С с выдержкой 3,5 ч и охлаждения в масле) и отпуск при температуре 470 С продолжительностью 5 40 ч, охлаждение на воздухе до-температуры

20 С, составляет при температуре испытания

470 С 47,0 ед. HRC. Сталь указанного состава имеет низкую работу зарождения трещины, равную 4,37 кгс м/см . Работу зарождения 45 трещины определяли на образцах размером

10х10х55 мм с поверхностно-упрочненным слоем и без него. Образцы размером

10х10х55 мм и образцы-свидетели диаметром 10 мм и длиной 55 мм вырезались с 50 поверхности, где должна быть приложена циклическая нагрузка сжатия при эксплуа-, тации инструмента, отожженных (в состояниУ"-после механической обработки) 4753 — 68) 70 капли/мин, выдержка при температуре 930 С в течение 2,5 ч при расходе осветительного керосина 165 капли/мин: охлаждение образца производили от 930 до

500 С в закрытом муфеле с отключенным вентилятором при расходе осветительного керосина 60 капли/мин. Нагрев образца до температуры насыщения и выдержку при этой температуре производили с включенным вентилятором печи. При достижении температуры 500 С печь открывали, вынимали из муфеля образцы и охлаждали до

20 С на спокойном воздухе. Глубину цементованного слоя определяли на образцахсвидетелях диаметром 10 мм и длиной 55 мм, прошедшие цементацию в газовой печи цементации Ц-105 по режиму: нагрев по мощности печи от 500 до 930 С при расходе осветительного керосина 70 капли/мин, выдержка при температуре 930 С в течение 2,5 ч при расходе осветительного керосина 165 капли/мин: охлаждение образца-свидетеля производили с печью от 930 до 500 С в закрытом муфеле с отключенным вентилятором при расходе осветительного керосина

60 капли/мин. Нагрев образца до температуры насыщения и выдержку при этой температуре производили с включенным вентилятором печи. При достижении температуры 500 С печь открывали, вынимали из муфеля орбразцы и охлаждали до 20 С на спокойном воздухе. За глубину цементованного слоя принимали расстояние от поверхности до зоны, содержащий углерода 0,755 мас. . Содержание углерода определяли в стружке, которую снимали послойно глубиной 0,05 мм с цементированного образца диаметром 10 мм, длиной 55 мм (методика определения глубины цементованного слоя описана в книге И.С. Козловского "Химикотермическая обработка шестерен", М. Машиностроение, 1970, с. 16). После цементации образцы подвергали упрочняющей термической обработке по режиму: аустенитизация в течение 6 мин при температуре 870 С в соляной ванне (состав ванны в мас.; : хлористого натрия 22, хлористого бария 78) и охлаждения в масле и отпуска при температуре 470 С продолжительностью 22 мин.

Образцы без упрочненного слоя подвергали ложной цементации (т.е. нагреву до 930 С в течение 10 ч) и термической обработке. по режиму: аустенитизация в течение 6 мин при температуре 870 С в соляной ванне (состав ванны в мас. : хлористого натрия 22, хлористого бария 78) и охлаждения в масле и отпуска при температуре 470 С продолжительностью 22 мин. Для предотвращения науглероживания ложноцементированные образцы омедняли и изготавливали с припу13

1763510

35 поверхности заготовок диаметром 225 мм и высотой 300 мм, прошедшие закалкуоттемпературы аустенитизации 870 С с выдержкой 3,5 ч и охлаждения в масле и отпуск при температуре 470 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе, Образцы шлифовали до параметра шероховатости P = 0,32 мкм по ГОСТ 2789 — 73 и испытывали при температуре 470 С на машине ИМ вЂ” 12А с записью диаграммы нагружения при скорости нагружения 1,2 мм/мин. Сталь указанного состава после термической обработки и действия циклических нагрузок сжатия при 470 С имеет низкую релаксационную стойкость (Лт), равную 16,3 кгс/мм2. Ис40

45 пытания на релаксационную стойкость осуществляли на кольцевых образцах равного сечения: диаметр наружный 56 - 0,1 мм: внутренний диаметр 50 + 0,1 мм, толщина кольца 4,5 + 0,1 мм, ширина прорези кольца 3 - 0,1 мм, Образцы для определения

50 релаксационной стойкости вырезались электроэрозионным способом с поверхно-. сти штампа диаметром 225 мм и высотой

300 мм, прошедшие закалку оттемпературы аустенитизации 870 С с выдержкой 3 5 ч и 55 охлаждения в масле и отпуск при температуре 470 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе и действия циклических нагрузок сжатия, нормально приложенных ском на шлифовку после термической обработки. Образцы без цементованного слоя (ложноцементированные) и в цементованном слое шлифовали до параметра шероховатости Rg = 0,32 мкм по ГОСТ 2789 — 73. На 5 ложноцементированных образцах по сре-. дине поперек длины на поверхности параллельной торцовой поверхности заготовок штампа, где должна быть приложена циклическая нагрузка сжатия при эксплуатации 10 инструмента, наносили надрез Менаже (Ч— вид концентратора, R = 1 0,07 мм). Цементированные образцы испытывали без надреза. Испытания производили на копре с запасом работы маятника 147 Дж. при 15 температуре 470 С, Методика испытания описана в книге М.П. Брауна "Экономнолегированные стали для машиностроения", Киев, Наукова думка, 1977 г, с. 170 — 172.

Работа зарождения трещины определялась 20 как разность значений ударной вязкости ложноцементированных и цементированных образцов стали. Сталь указанного состава имеет при температуре испытания

470 С низкий предел текучести при сжатии, 25 равный 1570 МПа. Предел текучести при сжатии определялся на образцах диаметром 5 мм, высотой 8 мм/образцы электроэрозионным способом вырезались с к плоской поверхности штампа (циклирования). Циклирование штампов (приложение циклических нагрузок сжатия) производили на гидравлическом прессе путем циклического нагружения сжатия при нормальном напряжении 180 кгс/мм в количестве 2600 циклов. Общая продолжительность одного цикла 31 с., в том числе: время для достижения напряжения 180 кгс/мм составляло 8 с., активное время нажатия 4,5 с., время на перемещение штока пресса для производства следующего цикла составляло 18,5 с. Усилие пресса замеряли манометром; время определялось секундомером. Следует отметить, что нормальное напряжение, равное

180 кгс/мм, — это минимальное напряжение, необходимое для прессования деталей, а число циклов, равное 2600, —. это средняя стойкость штампов, изготовленных из стали прототипа. Штампы во время циклирования имели температуру 470 С. Образцы для определения релаксационной стойкости шлифовали до параметра шероховатости

R> = 0,32 мкм по ГОСТ 2789 — 73. Методика испытания на релаксационную стойкость описана в книгах В.С. Золотаревского "Механические испытания и свойства металлов", M. Металлургия, 1974 г, с. 272-273, С.А. Довнара "Термомеханика упрочнения и разрушения штампов объемной штамповки", M.;Ìàøèíoñòðîåíèå, 1975 r, с. 142, МЛ.

Хенкена, И.Х. Локшина "Размерная стабильность металлов и сплавов в точном машиностроении и приборостроении", М.:

Машиностроение, 1974 г, с. 17. Величину создания напряжения в кольце определяли толщиной клина, которая больше ширины прорези. При этом клин вводили в прорезь кольца с таким расчетом, чтобы начальная деформация кольца соответствовала напряжению в кольце 42 кгс/мм, Кольца с клиньями выдерживали в электрической печи при температуре 470 С в течение 50 ч, После выдержки в печи при указанных режимах, его вынимали из печи, охлаждали, удаляли клин из прорези и измеряли ширину прорези. Изменение размеров прорези контролировали компоратором ИЗА-2. Величину релаксации напряжения (h,o ) определяли по формулам.

1o = t а; сто = EAlo; пост = Е А h,l; Π— — напряжение при начальных деформациях lo, кгс/мм, Š— модуль нормальной упругости, кгс/мм .

А — коэффициент., связанный с перемещением концов кольца в процессе деформации, равный 0,0004 мм. аост — величина остаточных напряжений кольца, прошедшего термический цикл при температуре 470 С в 5 течение 50 ч, Л! — разница между 4 и получаемой после испытания деформацией. Lcr— величина релаксации напряжения, кгс/мм .

Сталь указанного состава после термической обработки и действия циклических 10 нагрузок сжатия при 470 С имеет низкую термическую усталость, равную 7210 циклов, Термическую усталость определяли на образцах диаметром 20 мм и длиной 55 мм, вырезанных электроэрозионным способом 15 с поверхности штампа диаметром 225 мм и высотой 300 мм, прошедшие закалку ат температуры аустенитизации 870 С с выдержкой 3,5 ч и охлаждения в масле и отпуск при температуре 470 С продолжительностью 5 20 ч, охлаждение на воздухе и действия циклических нагрузок сжатия, приложенных нормально к плоской поверхности штампа (циклирования). Циклирование штампов (приложение циклических нагрузок сжатия) 25 производили на гидравлическом прессе путем циклического нагружения сжатия при нормальном напряжении 180 кгс/мм в количестве 2600 циклов, Общая продолжительность одного цикла 31 с: в том числе 30 время для достижения напряжения 180 кгс/мм составляло 8 с, активное время нажатия 4,5 с, время на перемещение штока пресса для производства следующего цикла составляло 18,5 с, Усилие пресса замеряли 35 манометром: время определялось секундомером. Следует отметить, что нормальное напряжение, равное 180 кгс/мм, — это мини2 мальное напряжение, необходимое для прессования деталей, а число циклов„рав- 40 ное 2600, — это средняя стойкость штампов, изготовленных из стали прототипа, Штампы во время циклирования имели температуру

470 С. Образцы для определения термической усталости шлифовали до параметра 45 шероховатости Ra = 0,32 мкм, Методика испытания на термическую усталость описана в книге Ю.А,Геллера "Инструментальные стали", М,; Металлургия, 1983 г., с; 67 — 69, Для определения термической усталости 50 образцы нагревали токами высокой частоты на установке ЛПЗ вЂ” 67В при частоте тока 60—

74 кгц на глубину 1,2 — 1,5 мм, Термический цикл включал: нагрев образцов до температуры 470 С в течение 5 сек и охлаждения в 55 масле до температуры 20 С. Через каждые

10 термических циклов образцы зачищали и исследовали на наличие трещин, Термическая усталость определялась по числу термических циклов до образования первой трещины. Сталь указаного состава после термической обработки и действия циклических нагрузок сжатия при температуре

470 С имеет низкую износостойкость,равную 12,0 г. Испытания HG износостойкость производили на образцах диаметром 28 и высотой 23 мм, вырезанных электроэрозионным способом с поверхности штампа диаметрам 225 мм и высотой 300 мм, прошедшие закалку от температуры аустенитизации 870 С с выдержкой 3,5 ч и охлаждения в масле и отпуск при температуре

470 С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе и действия циклических нагрузок сжатия, нормально приложенных к плоской поверхности штампа (циклирования). Циклирование штампов (приложение циклических нагрузок сжатия) производили на гидравлическом прессе путем циклического нагружения сжатия при нормальном напряжении 180 кгс/мм в количестве 2600 цик2 лов, Общая продолх<ительность одного цикла 31 с, в том числе время для достижения напряжения 180 кгс/мм составило 8 с, 2 активное время нажатия 4,5 с, время на перемещение штока пресса для производства следующего цикла составило 18,5 с, Усилие пресса замеряли манометром: время определялось секундомером. Следует отметить, что нормальное напряжение, равное 180 кгс/мм >-это минимальное напряжение, необходимое для прессования деталей, а число циклов, равное 2600, — это средняя стойкость штампов, изготовленных из стали прототипа, Штампы во время циклирования имели температуру 470 С. Образцы для onрере ее износостойкости шлифовали до параметра шероховатости R> = 0,32 мкм по

ГОСТ 2789 — 73. Методика испытания на износостойкость описана в книге В.H.Êàùååва "Процессы в зоне фрикционного контакта металлов", M.: Машиностроение, 1978 г., 213 с.). Испытания на износ производили при 470 С в абразивной массе зерна электрокорунда белого ЗБ твердостью 2000 даН/мм крупностью 500 мкм, при малой

2 частоте вращения абразивного резервуара

8,1 об/мин. Глубина слоя зерна в резервуаре 70 мм, глубина погружения нижнего торца образцов 60 мм. Минимальное расстояние боковой поверхности образца от боковой поверхности абразивного резервуара 10 мм, длительность испытания при температуре 470 С 90 мин. Образец и абразивная масса при испытании имела 470 С, Нагрев и поддержание образца и абразивной массы до температуры 470ОС осуществляли с помощью электрической печи.

Износостойкость(износ) определялся по по1763510

18 тере массы на аналитических весах ВЛА-200 г-м. При испытаниях верхние и нижние торцы образцов прикрывались шайбами соответствующих размеров и не изнашивались.

Состав плавки 2, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия обеспечивает стали при температуре испытания 470 С высокие уровни твердости (48,2 ед, HRC), работы зарождения трещины (5,96 кгсlмм), предела текучести при сжатии (1635 МПа) а также

7 высокими уровнями после действия при о

470 С циклических нагрузок сжатия термической усталости (9144 циклов), релаксацион ной стойкости (17,22 кгс/мм ), износостойкости (9,2 г). Состав плавки 3, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия обеспечивает стали при температуре испытания 470 С высокие уровни твердости (50,4 ед. HRC), работы зарождения трещины (3,32 кгсlмм ), предела текучести при сжатии (1710 МПа) а

) также высокими уровнями после действия при 470 С циклических нагрузок сжатия термической усталости (8840 циклов), релаксационной стойкости (12,6 кгс/мм ), износостойкости (8,4 r). Состав плавки 4, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия обеспечивает стали при температуре испытания 470 С высокие уровни твердости (52,1 ед. HRC), работы зарождения трещины (2,98 кгс/мм ), предела текучести при сжатии (1795 МПа) а также высокими уровнями после действия

У при 470 С циклических нагрузок сжатия на высоком уровне термической усталости (8316 циклов), релаксационной стойкости (9,66 кгс/мм ), износостойкости (7,4 г), Состав плавки 5, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия не обеспечивает стали при температуре 4 испытания 470 С высокие уровни твердости (47,8 ед. HRC), работы нарождение трещины (2,06 кгс/мм ), предела текучести при сжатии (1605 МПа) а также не обеспечивает высокими уровнями после действия при 470 С 5 циклических нагрузок сжатия термической усталости (6960 циклов), релаксационной стойкости (21,42 кгс/мм), износостойкости (11,6 г). Состав плавки 6, при рассмотренных. выше методах испытаний, режимах терми- 5 ческой обработки и циклического нагружения сжатия не обеспечивает стали при температуре испытания 470 С высокие уровни твердости (36,7 ед, HRC), оаботы зарождения трещины (1,96 кгс/мм, предела текучести при сжатии (1420 МПа) а также не обеспечивает высокими уровнями после действия при 470 С циклических нагрузок сжатия термической усталости (6010 цик5 лов), релаксационной стойкости (39,48 кгс/мм ), износостойкости (15,3 г). Состав

2 плавки 7, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия не

10 обеспечивает стали при температуре испытания 470 С высокие уровни твердости (40,1 ед. HRC), работы зарождения трещины (1,64 кгс/мм ), предела текучести при сжатии (1485 МПа), а также не обеспечивает высо15 кими уровнями после действия при 470 C циклических нагрузок сжатия термической усталости (8730 циклоа1, релаксационной стойкости (36,12 кгс/мм ), износостойкости (13,7 г). Состав плавки 8, при рассмотренных

20 выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия не обеспечивает стали при температуре испытания 470 С высокие уровни твердости 43,9 ед. HRC), работы за25 рождения трещины (1,21 кгс/мм), предела текучести при сжатии (1510 МПа),а также не обеспечивает высокими уровнями после действия при 470 С циклических нагрузок сжатия термической усталости (5195 цик30 лов), релаксационной стойкости (33,432 кгс/мм ), износостойкости (12,8 г), Механи2 ческие свойства заявляемой стали согласно изобретению представлены в прилагаемой таблице 2 в сопоставлении со сталью изве35 стного состава.

Приведенные в таблице данные подтверждаются актом испытаний (приложение к материалам заявки). Заявляемая сталь для штампов горячего деформирования, как

40 видно иэ таблицы, состава планок 2, 3, 4 при высоких значениях при температуре испытания 470 С твердости, работы зарождения трещины, предела текучести при сжатии, обладает способностью сохранять после дей5 ствия при температуре 470 С циклических нагрузок сжатия на высоком уровне термической усталости, релаксационной стойкости, износостойкости. Применение заявляемой стали для штампов горячего деформирования

0 приводит к увеличению стойкости инструмента и позволяет получить ожидаемый годовой экономический эффект на одном виде инструмента в размере 7423,5 руб, Заявляемая сталь прошла испытания на

5 Орском механическом заводе и рекомендована руководством завода к внедрению.

Формула изобретения

1. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, тантал, ниобий и железо, о т л и ч а ю щ а я1763510

0,40 — 0,60

0,16 — 0,22

0,10 — 0,17

0,07-0,14

1,22-1,95

0,04 — 0,06

0,05 — 0,14

0,05 — 0,11

Остальное

Тантал

Ниобий

Карбиды церия

Дисилициды тантала

Рений

Таллий

Иттербий

Натрий

Железо

Таблиц а1

Содержание элементов, мас.3

1Г пла в ки ниобий карбиды церия молибден медь танта марга- хром нец никель креиний углерод

0,55 0,45

0,70 0,7о

0,85 0,95

1,0 l,2

1,15 1,45

0,5 0,5

0,65 0,65

0,8 0,8

0,6

0,90

1,2

1,5

1,8

1,4

1,6

1,8

0,065

0,10

0,135

0,17

0,205

1 0,335 о,44

3 0,545

4 0,65

5 0,755

6 0,5

7 0,55

8 0,6

0,07

0,17

0,27 о,37

0,47

0,15

0,25

0,35 о,175

0,25

0,325

0, 4O о,475

0,15

0,225

0,30

0,13

О,го

0,27

0,34

0,41

О, 01 о,155

0,30

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,05

0,275 о,5о

0,13

0,16

0,19

0,22

0,25

О., 05

0,!75

0,30, Продолжение табл.1

Содержание элементов, мас.Ф

Н плавки

Суммарное содержание иттербия и таллия

Отношение суммарного содержания молибдена, тантала, ниобия,рения к углероду натрий таллий рений иттербий железо дисили циды тантал

8,76

6,29

4,77

3.75

1,68

0,185

0,14

0,095

0,05

0,005

0,215 о,18 о,145

0,11

0,075

0,02

0,05 о,о8 о,»

0,14

Остальное то же

2,33 0,03

1,96 0,04

1,59 0,05

1,22 0,06

0,85 0,07

О, 035

0,07

0,105

0,14

0,175

II

l1

«I I

II

lI

Il с я тем, что, с целью повышения при температуре испытания 470 С твердости, работы зарождения трещины, предела текучести при сжатии, после действия при 470 С цик-. лических нагрузок сжатия термической усталости, релаксационной стойкости, износостойкости, она дополнительно содержит карбиды церия, дисилициды тантала, рений, таллий, иттербий, натрий при следующм соотношении компонентов, мас, g,:

Углерод 0,44 — 0,65

Кремний 0,17 — 0,37

Марганец O,7 — 1,0

Хром 0,7 — 1,2

Никель 0,9 — 1,5

Молибден 0,25 — 0,40

Медь 0,20 — 0,34

2. Сталь по и. 1, отличающаяся тем, что суммарное содержание таллия и иттербия составляет 0,11 — 0,18.

3. Сталь по п. 1, отличающаяся

15 тем, что отношение суммарного содержания молибдена, тантала, ниобия, рения к содержанию углерода составляет 3,756,29.

1763510

Таблица 2

Износостойкость

/потеря массы/ г амм

Твердость

HRC

Плавки

Термическая усталость иклов

Релаксационная стойкость кгс/мм до циклирования до циклирования до цикл ирования

Составитель А.Глазистов

Техред М.Моргентал Корректор М.ПетРова

Редактор

Заказ 3431 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

47,0

48,2

50,4

52,1

47,8

36,7

40,1

43,9

Работа зарождения трещины, кгс/см

2,57

3,96

3,32

2,96

2,06

1,98

1,64

1,21

9446

6632

6274 после наработки

2600 циклов

9144

8316

5195

25,2

15,12

10,92

8,4

18,48

33,6

30,912

28,644 после наработки

2600 циклов

29,4

17,22

12,6

9,66

2142

39,48

36,12

33,432

10,6

8,7

7,6

6,2

9,8

12,8

11,6

10,4 после наработки

2600 иклов

12,0

9,2

8,4

7,4

1 1,6

15,3

13,7

12,8

Предел текучести при сжатии, МПа

1510