Інструментальна сталь

Інструментальна сталь, що містить вуглець, нікель, хром, вольфрам, алюміній, молібден та залізо, яка відрізняється тим, що додатково легована марганцем та ванадієм при такому співвідношенні компонентів (в мас %) вуглець 0,25 - 0,33 нікель 16,1 -17,9 марганець 12,5 -14,0 хром 14,0-16,0 вольфрам 3,6 - 4,4 алюміній 1,8 - 2,2 молібден 4,1 - 4,9 ванадій 1,2-1,8 залізо решта Винахід стосується чорної металурги, а саме складу сталей для пресового інструменту, які при експлуатації розігріваються до температур вище 700°С, та може бути використаним при виготовленні матриць і прес-шайб гарячого пресування мідних та титанових сплавів, сталевих профілей, іншого подібного інструменту Відома сталь [1] марки 5ХЗВЗМФС(ДИ 23) такого складу(мас ,%) вуглець 0,45 - 0,52 кремінь 0,50-0,80 марганець 0,30 - 0,60 хром 2,50-3,20 вольфрам 3,00 - 3,60 ванадій 1,50-1,80 молібден 0,80-1,00 ніобій 0,05-1,15 залізо решта Недоліками вказаної сталі є недостатня теплостійкість та низький рівень високотемпературної МІЦНОСТІ, що робить малоефективним виготовлення з неї інструменту, який в процесі експлуатації розігрівається вище 700°С Найближчою за технічною суттю та отримуваним ефектом є сталь ХНЗОВМЮУ [1], яка містить(в мас %) вуглець 0,12-0,20 нікель 29,0-31,0 хром 14,0-16,0 вольфрам 5,5 - 6,5 алюміній 1,0-1,4 молібден 4,5 - 5,5 залізо решта Недоліком вказаної сталі є низький рівень твердості, що негативно впливає на и ЗНОСОСТІЙКІСТЬ Задачею винаходу є покращення ЗНОСОСТІЙКОСТІ сталі шляхом підвищення її твердості Вказана задача вирішується завдяки додатковому легуванню сталі марганцем та ванадієм і збільшенню вмісту алюмінію при такому співвідношенні компонентов мас %) вуглець 0,25 - 0,33 нікель 16,1 -17,9 марганець 12,5 -14,0 хром 14,0-16,0 вольфрам 3,6 - 4,4 алюміній 1,8 - 2,2 молібден 4,1 - 4,9 ванадій 1,2-1,8 залізо решта Пропонована сталь, як і прототип, після повної термічної обробки(гартування + старіння) має структуру стабільного аустеніту, зміцненого дисперсними частками карбідів та штерметалідів Структура стабільного аустеніту забезпечується в сталі за рахунок и легування в обраних межах вуглецем, нікелем, марганцем та хромом Зміцнення сталі карбідними фазами відбувається завдяки присутності в ній вуглецю, вольфраму, мо 00 со ю 54938 лібдену, ванадію та хрому, штерметалідами фази Лавесу - вольфраму і молібдену та у фази - нікелю і алюмінію Часткова заміна нікелю на марганець викликає зміцнення аустенітної матриці сталі Більша КІЛЬКІСТЬ алюмінію дозволяє підвищити частку у фази На відміну від сталі - прототипу пропонована сталь додатково зміцнюється карбідом ванадію, що дає можливість зменшити вміст в ній більш коштовного вольфраму Спробні плавки пропонованої сталі виплавляли в відкритій індукційній печі, розливали в злитки масою 40кг та проковували на дротики перерізом 35 х 35мм, з яких виготовляли зразки для досліджень ХІМІЧНИЙ склад плавок відомої та пропонованої сталі наведений в таблиці 1 Таблиця 1 № плавки 1 Вуглець Хром Нікель 0,16 15,0 30,0 2 3 4 0,25 0,30 0,33 14,0 15,0 16,0 5 6 0,22 0,38 13,0 18,0 Масова частка елементів, % Марганець Вольфрам Молібден Сталь-прототип 0,5 5,9 АЛЮМІНІЙ 4,9 Залізо решта 1,3 Пропонована сталь 16,1 12,5 3,6 4,1 17,0 13,0 4,0 4,4 17,9 14,0 4,4 4,9 Сталі з вмістом легуючих поза пропонованими межами 14,0 13,0 3,2 3,5 19,0 15,0 5,0 5,5 Зразки сталі - прототипу(плавка 1) та дослідних сталей(плавки №2 - 6) для визначення механічних характеристик піддавали термічній обробці за Ванадій 1,8 2,0 2,2 1,2 1,6 1,8 решта решта решта 1,3 2,5 1,0 2,0 решта решта режимом гартування від 1225°С(витримка 2 години) в оливі + старіння 780°С, 20 годин Отримані результати наведені в таблиці 2 Таблиця 2 № плавки HRC 1 2 3 4 5 6 Температура випробувань 750°С 20°С 22,0 29,0 32,0 33,0 22,0 34,0 О\у, МПа 420 430 450 460 410 480 З даних таблиці 2 випливає що обрана схема легування дозволила значно підвищити твердість сталі при збереженні її високотемпературної МІЦНОСТІ Наведення в таблиці значень ударної в в'язкості зумовлене тією роллю, яку відіграє ця характеристика в тріщиностійкості сталі в умовах змінного температурно-силового навантаження Згідно ДОСЛІДНИМ даним для попередження дострокового виходу з ладу гарячепресового інструменту внаслідок розтріскування вона повинна бути не нижчою за 200кДж/м2 При ВМІСТІ в сталі вуглецю, хрому, марганцю та нікелю нижче за заявлені межі виникає загроза нестабільності аустенітної матриці Окрім того, низький вміст вуглецю, вольфраму, молібдену, ванадію та хрому негативно впливає на карбідне зміцнення сталі, вольфраму та молібдену - на зміцнення фазою Лавеса, а алюмінію та нікелю - у фазою(Плавка 5) Підвищення вмісту легуючих до рівня вище заявленого викликає появу значної КІЛЬКОСТІ пер 850°С KCU, кДж/м2 О\у, МПа KCU, кДж/м2 440 350 300 280 500 190 290 290 300 310 280 320 440 280 240 220 450 160 винних надлишкових(нерозчинних) карбідних(вуглець, вольфрам, молібден, ванадій, хром) та нітридних(алюмшій) часток Наявність останніх заважає протіканню пластичного деформування, що викликає концентрацію напружень та крихке руйнування сталей До таких же наслідків призводить і надмірне легування матриці марганцем Все це викликає зниження ударної в'язкості до неприпустимо низького рівня(плавка 6) Подальше легування сталі нікелем не виявляє позитивного впливу на механічні властивості сталі, водночас здорожуючи и