Ливарна штампова сталь

Ливарна штампова сталь, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, молібден, ванадій, рідкоземельні елементи та кальцій, яка Пропонований винахід стосується металурги, а саме розроблення складів для вилитого штампового інструменту До матеріалу вилитого штампового інструменту для холодного та теплого (до 600°С) деформування на операціях вирублення, пробивання, пресування, чеканки висуваються високі вимоги щодо ЗНОСОСТІЙКОСТІ, опору малому пластичному деформуванню, опору втомній пошкоджуваності Використання «класичних» штампових сталей ледебуритного класу (Х12.Х12М), а також швидкоріжучих сталей Р6М5, Р6М5ФЗ (для питомих зусиль 2000-2300МН/мм2) не забезпечує необхідної СТІЙКОСТІ штампового оснащення внаслідок незадовільних значень ударної в'язкості та МІЦНОСТІ, особливо в вилитому варіанті ВІДОМІ комплекснолеговані сталі 8Х4ВЗМЗФ2 [1], Х5М2ГСФ [2], 8Х4В2С2МФ [3], котрі маючи підвищені характеристики МІЦНОСТІ, поступаються сталям ледебурітного класу в ЗНОСОСТІЙКОСТІ, не мають достатніх ливарних властивостей й не стали використовуватись в якості матеріалу для вилитого штампового інструменту Прототипом пропонованого виробу є сталь 6ХЗМФГС [4], що використовується Для вилитих штампів холодного та гарячого деформування Сталь містить, % мас вуглець 04-0,6 відрізняється тим, що до неї додатково введені вольфрам, ніобій та азот при такому співвідношенні елементів, мас % вуглець 0,55-0,80 кремній 0,80-1,60 марганець 0,15-0,60 хром 3,55-5,00 вольфрам 1,05-1,45 молібден 0,30-0,85 ванадій 0,81-1,45 ніобій 0,05-0,55 азот 0,02-0,05 кальцій 0,05-0,10 рідкоземельні метали разом 0,01-0,12 залізо решта кремній 0,4-1,2 марганець 0,5-1,2 хром 2,5-3,5 молібден 0,9-1,2 ванадій 0,4-0,8 алюміній 0,01-0,10 титан 0,01-0,30 бор 0,005-0,100 кальцій 0,005-0,100 Рідкоземельні метали 0,02-0,2 Недоліками прототипу є низькі значення опору зминанню та ЗНОСОСТІЙКОСТІ Задачею винаходу є підвищення опору зминанню та ЗНОСОСТІЙКОСТІ, при збереженні необхідного рівня характеристик МІЦНОСТІ та технологічних (ливарних) властивостей Вказана задача досягається тим, що до складу сталі, яка містить вуглець, кремній, марганець, хром, молібден, ванадій, кальцій та рідкоземельні елементи додатково введені вольфрам, ніобій та азот при такому співвідношенні елементів, %мас вуглець 0,55-0,80 кремній 0,80-1,60 марганець 0,15-0,60 хром 3,55-5,00 вольфрам 1,05-1,45 молібден 0,30-0,85 ванадій 0,81-1,45 CO Ю 00 48534 ніобій 0,05-0,55 азот 0,02-0,05 кальцій 0,05-0,10 рідкоземельні метали разом 0,01-0,12 залізо Решта Сталі дослідного складу виплавляли в відкритій основній індукційній печі ИСТ-0,06 шляхом переплавлення ВІДХОДІВ, розливання здійснювалось до дослідних форм, виготовлених по витопним моделям, розмір заготовки 40х40х200мм Паралельно для вивчення властивостей деформованого металу здійснювали розливання в злитки масою 40кг, котрі кували на квадрат 40мм Після відпалення при 860°С з ізотермічною витримкою при 700-720°С протягом 4 годин з заготовок обох типів вирізали зразки для дослідження механічних властивостей та ЗНОСОСТІЙКОСТІ ХІМІЧНИЙ склад досліджених сталей наведений в табл 1, механічні властивості та ЗНОСОСТІЙКІСТЬ ливарні властивості в табл 2 Аналіз наведених даних свідчить, що обрана схема легування, вміст вуглецю та легуючих елементів в пропонованих межах забезпечують суттєве підвищення опору малому пластичному деформуванню та ЗНОСОСТІЙКОСТІ порівняно з прототипом Підвищення опору зминанню досягнено дякуючи введенню вольфраму та підвищеному вмісту вуглецю і кремнію Висока ЗНОСОСТІЙКІСТЬ досягнена дякуючи сумісному впливу карбідоутворюючих елементів ванадію, вольфраму, ніобію (склади 3-5) Варто зауважити, що спільний вплив кремнію, вольфраму та молібдену забезпечив отримання опору зминанню на рівні швидкоріжучої сталі марки Р6М5, яка в окремих випадках використовується для вставок чеканочних штампів при отриманні лопаток з жароміцних сплавів (аналог, склад 2) Введення азоту дозволило додатково підвищити теплостійкість сталі Введення кремнію, рідкоземельних металів та кальцію переслідувало мету забезпечити необхідні ливарні властивості, нейтралізувати негативний вплив сірки та фосфору на механічні властивості сталі в стані експлуатування Підвищення вмісту вуглецю та легуючих елементів та модифікуючих додатків не викликає суттєвого підвищення ні ЗНОСОСТІЙКОСТІ, ні опору зминанню внаслідок різкого збільшення КІЛЬКОСТІ та розмірів первинних карбідів (склад 6), зниження вмісту вуглецю та основних легуючих елементів призводить до зниження показників шуканих характеристик (межі пружності при стисненні та ЗНОСОСТІЙКОСТІ) При ВМІСТІ рідкоземельних елементів та кальцію нижче пропонованих, їх позитивний ефект розкислювачів та модифікаторів в наведеній трупі сталей не виявляється Отже, поставлена мета підвищення опору зминанню та ЗНОСОСТІЙКОСТІ досягнена завдяки встановленню раціональних співвідношень між вуглецем та карбідоутворюючими елементами та додатковому легуванню сталі- прототипу вольфрамом, ніобієм та азотом На пропоновані сталі розроблені технологія виплавлення, виливання, обрані оптимальні режими термооброблення інструменту Таблиця 1 ХІМІЧНИЙ склад пропонованих сталей (склади 3-5) прототипу (склад 1) та аналогу (склад 2) Масова частка елементів,% №№ складу Вуглець Марганець Кремній Хром Вольфрам Молібден Ванадій Ніобій Титан Нікель Кальцій РЗМ АЛЮМІНІЙ Бор Азот сума 1 0,58 1,12 2 0,88 0,25 3 4 5 0,55 0,64 0,80 0,15 0,42 0,60 6 7 0,50 0,92 0,10 0,79 1,16 3,45 1,17 0,72 0,14 0,03 Аналог(сталь Р6М5,ГОСТ 19265-73) 0,31 4,12 6,05 5,19 1,72 0,17 Пропоновані склади 0,80 3,55 1,05 0,30 0,81 0,05 0,01 0,005 1,41 4,12 1,24 0,54 1,15 0,44 0,14 0,009 1,60 5,00 1,45 0,85 1,45 1,00 0,25 0,10 Склади з вмістом елементів вище та нижче пропонованих 0,54 3,12 0,44 0,21 0,64 0,03 0,001 1,65 6,12 1,55 1,21 1,90 0,020 1,2 0,54 0,12 0,04 0,005 0,01 0,10 0,12 0,02 0,04 0,05 0,20 0,10 48534 Таблиця 2 Механічні властивості та ЗНОСОСТІЙКІСТЬ пропонованих складів (3-5), прототипу (1) та аналогу (чисельник-властивості вилитого металу, знаменник-деформованого) 1 №№ скла 3 4 5 Межа пружності Межа текучості НРСе при стисканні при стисканні ст 2 СТ оодН/ММ ст 02н/мм 2 Режим термооброблення ДУ 1 2 3 4 5 6 7 Гартування з 1020°С в оливі, 500°СЗх1год° Гартування з 1200°С в оливі, 560°СЗх1год° Гартування з 1080°С в оливі, 520°СЗх1год° Гартування з 1090°С в оливі, 530°СЗх1год° Гартування з 1050°С в оливі, 530°СЗх1год° Гартування з 1020°С в оливі, 500°СЗх1год Гартування з 1050°С в оливі, 550°СЗх1год Відпуск 7 6 МІЦНІСТЬ при згинанні стз2 н/мм2 Відносна ЗНОСОСТІЙКІСТЬ 59-60 1580/1600 1890/1920 3450/3900 1,0/1,0 1,0/1,0 62-64 2200/2250 2800/2900 1800/3200 1,4/1,35 1,7/1,6 62-63 2180/2200 2750/2800 3800/4100 1,35/1,30 1,7/1,55 62-64 2200/2750 2800/2850 3000/3800 1,45/1,40 63-64 2150/2260 2700/2800 2900/3700 1,55/1,50 1,21/2,2 58-60 1580/1600 1890/1900 3500/3900 62-64 1900/2000 2250/2450 1900/2800 1,05-1,05 1,1/1,0 1,35/1,4 1,4/1,4 5 Відпуск Відпуск Відпуск Відпуск Відпуск Відпуск Джерела інформації 1 А с СРСР№ 187314 кл 40В 39/14 2 А с СРСР № 320550 кл С22с39/41 3 А с СРСР № 358410 кл С22с39/14 4 А с СРСР № 1129266 кл С22с38/32 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 1,8/1,6