Конструкционная легированная сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к составу стали, применяемых при изготовлении ответственных азотируемых деталей, используемых в машиностроении. Конструкционная легированная сталь, содержащая углерод, кремний, хром, марганец, химический элемент, способствующий интенсификации процесса азотирования, ванадий и железо, дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,55 - 0,65; кремний 0,80 - 1,10; хром 1,60 - 1,90; марганец 0,40 - 0,70. Химический элемент, способствующий интенсификации процесса азотирования 0,40 - 0,80; ванадий 0,15 - 0,30; кальций 0,01 - 0,0025; железо - остальное. При условии, что отношение содержания кремния к содержанию химического элемента, способствующего интенсификации процесса азотирования, составляет 1,35 - 2,0. Кроме того, в качестве химического элемента, способствующего интенсификации процесса азотирования, используют медь или германий. 1 з.п. ф-лы, 6 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам, применяемым при изготовлении ответственных азотируемых деталей, используемых в машиностроении.

Известна сталь, содержащая, мас.

Углерод 0,27 0,34 Кремний 0,17 0,37 Марганец 0,30 0,60 Хром 2,30 2,70 Молибден 0,20 0,30 Ванадий 0,06 0,12 Железо Остальное (сталь марки 30х3МФ ГОСТ 4543-71. Сталь легированная, конструкционная, марки и технические требования).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является конструкционная легированная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, медь в качестве элемента, способствующего интенсификации процесса азотирования, ванадий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,35 0,45 Кремний 0,8 1,5 Марганец 0,5 0,8
Хром 1,5 2,2
Медь 0,4 0,8
Ванадий 0,10 0,35
Железо Остальное
при условии, что отношение содержания кремния к содержанию меди составляет 1,5 2,5 (авт.св. СССР N 1675379, кл. С 22 С 38/24, 1989).

Недостатком указанной конструкционной легированной стали является то, что при наличии высокой прочности и твердости в ней отсутствует пластичность по всему сечению изделия, изготовленного из этой стали, как после традиционных методов упрочнения (закалка, отпуск), так и после низкотемпературного азотирования, а также возникает опасность появления склонности к отпускной хрупкости, характерной для применяемых в настоящее время азотируемых сталей. Все вышеуказанные обстоятельства усложняет металлообработку изделий из этой стали на металлорежущих станках.

В основу изобретения поставлена задача обеспечения высоких физико-механических свойств стали с сочетанием высокой пластичности по всему сечению изделия, изготовленного из нее, как после традиционных методов упрочнения (закалка, отпуск) так и после низкотемпературного азотирования (470 520^oC) с минимальной склонностью к отпускной хрупкости, а также улучшения обрабатываемости изделий из стали на металлорежущих станках.

Сущность изобретения состоит в том, что в конструкционную легированную сталь, содержащую углерод, кремний, хром, марганец, химический элемент, способствующий интенсификации процесса азотирования, ванадий и железо, дополнительно введен кальций при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,55 0,65
Кремний 0,80 1,10
Хром 1,60 1,90
Марганец 0,40 0,70
Кальций 0,001 0,0025
Химический элемент, способствующий интенсификации процесса азотирования
0,40 0,80
Ванадий 0,15 0,30
Железо Остальное
при условии, что отношение содержания кремния к содержанию химического элемента, способствующего интенсификации процесса азотирования составляет 1,35 2,0.

Кроме того, в качестве химического элемента, способствующего интенсификации процесса азотирования, используют медь или германий.

Представленная выше совокупность существенных признаков направлена на достижение технического результата и находится в причинно-следственной связи с ним, так как позволяет:
обеспечить высокие прочностные и твердостные свойства стали с высокой пластичностью по всему сечению изделия, изготовленного из нее, за счет указанного химического состава стали;
обеспечить минимальную склонность к отпускной хрупкости, характерной для применяемых в настоящее время азотируемых сталей;
упростить режимы обработки на металлорежущих станках изделий, изготовленных из этой стали, за счет введения в ее состав химического элемента, способствующего интенсификации процесса азотирования (медь или германий), обеспечивающего высокую пластичность по всему сечению изделия, и кальция, разупрочняющего частично поверхностный слой, удаляемый при металлообработке.

Кроме того, изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано во многих отраслях народного хозяйства для изготовления ответственных деталей и узлов, используемых в машиностроении.

Для изготовления опытной партии конструкционной стали используют индукционную печь. Из опытной партии стали выполняют заготовки в виде прутков, которые затем подвергают закалке при температуре от 860^oC с выдержкой 20 мин в масле и отпуску при 180^oC, 500^oC и 650^oC с выдержкой в течение 3 ч и охлаждением на воздухе.

Определяют стандартные механические свойства: временное сопротивление разрыву σ_B предел текучести σ_0,2 относительное удлинение δ относительное сужение, ударную вязкость KCV⁺²⁰ и твердость по Бринелю поверхностного слоя H_в.

После термоулучшения и азотирования при 500^o в течение 48 ч определяют эксплуатационные свойства: поверхностную твердость, износостойкость, предел усталостной прочности, предел контактной выносливости, а также толщину азотированного слоя.

В табл. 1 приведен состав сталей с использованием меди в качестве химического элемента, способствующего интенсификации процесса азотирования.

В табл. 2 механические свойства сталей, приведенных в табл. 1, определенные на термически обработанных образцах.

В табл. 3 эксплуатационные свойства сталей, приведенных в табл. 1.

В табл. 4 состав сталей с использованием германия в качестве химического элемента, способствующего интенсификации процесса азотирования.

В табл. 5 механические свойства сталей, приведенных в табл. 4, определенные на термически обработанных образцах.

В табл. 6 эксплуатационные свойства сталей, приведенных в табл. 4.

Формула изобретения

1. Конструкционная легированная сталь, содержащая углерод, кремний, хром, марганец, химический элемент, способствующий интенсификации процесса азотирования, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,55 0,65
Кремний 0,80 1,10
Хром 1,60 1,90
Марганец 0,40 0,70
Химический элемент, способствующий интенсификации процессса азотирования
0,40 0,80
Ванадий 0,15 0,30
Кальций 0,001 0,0025
Железо Остальное
при условии, что отношение содержания кремния к содержанию химического элемента, способствующего интенсификации процесса азотирования, составляет 1,35 2,0.

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве химического элемента, способствующего интенсификации процесса азотирования, используют медь или германий.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5