Штампова сталь

Штампова сталь, що містить вуглець, азот, хром, марганець, нікель, ванадій та залізо, яка відрізняється тим, що вона додатково легована алюмінієм та молібденом при такому співвідношенні компонентів (мас %) вуглець 0,27-0,37 азот 0,24-0,37 хром 13,00-14,50 марганець 9,50-11,00 нікель 4,10-5,30 ванадій 1,10-2,00 молібден 2,20-3,00 алюміній 0,30-0,70 залізо решта Винахід стосується чорної металурги, а саме ХІМІЧНОГО складу сталей для штампового та пресового інструменту, які при експлуатації розігріваються до температур 750-850°С та може бути використаним при виготовленні матриць гарячого пресування та ізотермічного штампування сталей та сплавів Відома сталь [1] марки 5ХЗВЗМФС (ДИ 23) яка містить (в мас %) вуглець 0,45-0,52 кремній 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 0,80-1,10 ніобій 0,05-0,15 залізо решта Але інструмент з цієї сталі внаслідок її недостатньої теплостійкості та низького рівня високотемпературних властивостей при температурах експлуатації вище 750-850°С повністю втрачає працездатність Так сильно розігріваються, скажімо, робочі ділянки матриць, що використовуються при гарячому пресуванні різних виробів, наприклад фасонних профілів зі сталей, титанових сплавів та інших металевих матеріалів Найближчою до пропонованої за технічною суттю та отримуваним ефектом є сталь [2], що містить (в мас %) вуглець 0,23-0,30 азот 0,25-0,37 хром 16,00-18,00 3,50-4,50 нікель 14,00-16,00 марганець 1,20-1,80 ванадій не більше 1,00 кремній решта залізо Ця сталь і слугувала прототипом винаходу Недоліком вказаної сталі є недостатньо високий рівень характеристик МІЦНОСТІ при температурах 750-850°С В основу винаходу покладена задача шляхом додаткового легування сталі молібденом та алюмінієм і корегування вмісту інших легуючих елементів підвищити и високотемпературну МІЦНІСТЬ Вказана задача вирішується тим, що сталь, яка містить вуглець, азот, хром, нікель, марганець, ванадій та залізо додатково легована молібденом і алюмінієм при такому співвідношенні компонентів (мас %) вуглець 0,27-0,37 азот 0,24-0,37 хром 13,00-14,50 марганець 9,50-11,00 нікель 4,10-5,30 ванадій 1,10-2,00 молібден 2,20-3,00 алюміній 0,30-0,70 залізо решта Пропонована сталь, як і прототип, має стабільну аустенітну основу та належить до дисперсійно-твердіючих Структура стабільного аустеніту забезпечується в сталі за рахунок и легування в обраних межах марганцем, нікелем, хромом, азотом та вуглецем ю 42547 Вуглець та нікель також попереджають виникнення в структурі сталі s-мартенситу Хром та марганець є елементами, що забезпечують можливість введення до складу сталі необхідної КІЛЬКОСТІ азоту Дисперсійне твердіння сталі забезпечується такими фазоутворюючими елементами як вуглець, азот, ванадій, хром, молібден та алюміній На відміну від прототипу при старінні запропонованої сталі поряд з карбідами та нітридами хрому і ванадію виділяються більше теплостійкі частки карбідів і нітридів молібдену та нітридів алюмінію Саме це дозволяє підвищити рівень її високотемпературної МІЦНОСТІ Спробні плавки запропонованої сталі виплавляли у відкритій індукційній печі та розливали в злитки масою 40 кг ХІМІЧНИЙ склад плавок відомої та запропонованої сталі наведений утабл 1 Зразки для визначення механічних властивостей виготовляли з кованих дротиків квадратного перерізу зі стороною 35 мм Термічна обробка складалась з гартування від температури 1200°С (час витримки - 2 години) з охолодженням в оливі та наступного старіння при температурі 775°С на протязі 6 годин Термічну обробку відомої сталі здійснювали за прийнятим режимом, який забезпечує їй найбільшу МІЦНІСТЬ гартування від 1180°С у воду + старіння 675°С, 10 годин [2] Результати визначення механічних властивостей відомої та пропонованої сталей наведені в табл 2 З аналізу даних, наведених в табл 2 випливає, що пропонована сталь за характеристиками високотемпературної МІЦНОСТІ на 20-70% перевищує відому При цьому підвищення температури випробувань з 750 до 850°С робить вказану перевагу більш відчутною Вихід за пропоновані межі вмісту легуючих елементів є недоцільним Так при ВМІСТІ вуглецю, азоту, хрому, нікелю, марганцю, ванадію, молібдену та алюмінію нижче рівня, що пропонується (плавка 4) втрачаються переваги пропонованої сталі перед прототипом у високотемпературній МІЦНОСТІ Підвищення вмісту легуючих елементів вище за верхній рівень (плавка 5) призводить до катастрофічного падіння ударної в'язкості Це викличе втрату тріщиНОСТІЙКОСТІ, та, як наслідок, роботоздатності виготовленого зі сталі штампового і пресового інструменту, що працює в умовах циклічних температурносилових змін Джерела інформації 1 ГОСТ 5950-73 сталь 5ХЗВЗМФС 2 Приданцев Н В , Талов Н П , Левин Ф Л Высокопрочные аустенитные стали - М Металлургия, 1969 - С 248 Таблиця 1 ХІМІЧНИЙ склад досліджених сталей Плавка Вуглець Н2 0,27 1 2 3 0,27 0,33 0,37 4 5 0,21 0,52 Масова частка елементів, % МаргаМолібАЛЮМІАзот Хром Нікель Ванадій нець ден НІЙ Відома сталь 0,30 16,4 15,3 4,1 1,8 Пропонована сталь 0,24 13,0 9,5 4,1 2,2 1,1 0,3 0,29 13,7 10,5 4,5 2,6 1,8 0,4 0,37 14,5 11,0 5,3 3,0 2,0 0,7 Сталі з вмістом легуючих поза пропонованими межами 0,20 12,2 8,6 3,7 1,9 0,9 0,2 0,47 14,7 13,0 5,7 3,5 2,2 1,2 Кремній Залізо 0,70 решта * * * решта решта решта * * решта решта * ДОСЛІДНІ плавки кремнієм не легували Вміст цього елементу зумовлений технологією виробництва не перевищував 0,5% Таблиця 2 Властивості досліджених сталей 750°С Межа пласМежа тичності МІЦНОСТІ 800°С Межа Межа пластичності МІЦНОСТІ по 2, МПа Плавка Н2 1 2 3 4 5 ств, МПа по 2, МПа (Тв, МПа Межа пластичності (То 2, МПа 320 440 480 490 340 530 450 490 530 560 380 630 270 390 410 440 270 490 360 440 460 480 330 530 230 310 360 370 230 440 850°С Ударна в'язкість KCU, МІЦНОСТІ кДж/м2 (Тв, МПа 280 1900 360 720 410 420 480 410 280 1550 490 260 Межа 42547 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку Обсяг обл -вид арк 2002 р Формат 60x84 1/8 Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22