Інструментальна сталь

Інструментальна сталь, яка містить вуглець, кремній, марганець, хром, нікель, алюміній, яка відрізняється тим, що вона додатково легована Винахід стосується металурги, а саме складів сталей для деревооброблюючих інструментів пили різного призначення(дискові, вертикальних лісопиляльних рам, стрічкові пили), стружкові ножі, ножі фрезування деревини, рубильні та ІНШІ НОЖІ) Внаслідок особливостей експлуатації та причин виходу з ладу до сталей, що використовуються для цієї групи інструментів, висовуються високі вимоги щодо МІЦНОСТІ, пластичності ударної в'язкості(в тому числі при від'ємних температурах), опору зминанню, а також ЗНОСОСТІЙКОСТІ Вуглецеві інструментальні сталі У7-У10 та сталі 65Г, 55С2, що ІНОДІ використовуються для цього, при масовому виробництві внаслідок невідповідності фізико-механічних властивостей умовам експлуатації інструменту не забезпечують необхідної СТІЙКОСТІ Більш ВИСОКИЙ рівень характеристик властивий сталі 9ХФ(ГОСТ 5950-73), [1] яка містить(мас ,%) вуглець 0,8 - 0,9 марганець 0,3 - 0,6 кремній 0,15 - 0,35 хром 0,4-0,7 ванадій 0,15-0,3 залізо решта Відрізняючись відносно невисоким рівнем ле молібденом, ванадієм, ніобієм, рідкоземельними елементами (церій, ітрій, лантан) та кальцієм при такому співвідношенні компонентів (мас %) вуглець 0,65 - 0,80 марганець 0,3 - 0,8 кремній 0,15-0,90 хром 0,30-0,75 нікель 0,30-0,65 молібден 0,15 - 0,50 ванадій 0,15-0,35 ніобій 0,05-0,25 рідкоземельні елементи (церій, ітрій, лантан) разом 0,01 - 0,08 кальцій 0,005 - 0,05 алюміній 0,03-0,08 залізо решта гування дефіцитними елементами, сталь отримала доволі широке застосування на деревообробних підприємствах Водночас, підвищення ресурсу та надійності інструментів стримується низькими значеннями ЗНОСОСТІЙКОСТІ, ударної в'язкості(особливо при від'ємних температурах), опору утомній пошкоджуваності при циклічному навантаженні, що призводить до зародження утомних тріщин, викришення ріжучих окрайків, аварійного руйнування та, як наслідок, загальної незадовільної СТІЙКОСТІ інструменту Певною мірою вказаних недоліків позбавлена сталь типу 6Х2Н [ас СРСР 829715], [2] що міст и т ь ^ мас %) вуглець 0,62 - 0,78 кремній 0,15 - 0,35 марганець 0,20 - 0,40 нікель 1,20-1,50 хром 1,30-1,48 алюміній 0,01 - 0,04 залізо решта Вказана сталь слугувала прототипом винаходу Вона відрізняється задовільними ударною в'язкістю, ХОЛОДОСТІЙКІСТЮ, опором утомній пошкоджуваності, и недоліки - низькі ЗНОСОСТІЙКІСТЬ та опір зминанню, що обмежує або й виключає и широке використання СО (О (О Ю 56631 Задачею винаходу є підвищення опору утомній пошкоджуваності, ЗНОСОСТІЙКОСТІ, опору зми нанню в порівнянні з аналогом та прототипом Вказана задача вирішується тим, що сталь яка містить вуглець, кремній, марганець, хром, нікель, алюміній додатково легована молібденом, ванадієм, ніобієм, кальцієм, рідкоземельними елементами, при такому співвідношенні компонентов мас %) вуглець 0,65 - 0,80 марганець 0,3 - 0,8 кремній 0,15-0,90 хром 0,30-0,75 нікель 0,30-0,65 молібден 0,15 - 0,50 ванадій 0,15-0,35 ніобій 0,05-0,25 РЗМ (церій, ітрій, лантан) разом 0,01 -0,08 кальцій 0,005 - 0,05 алюміній 0,03-0,08 залізо решта ДОСЛІДНІ склади пропонованої групи сталей, аналогу та прототипу виплавляли в відкритій індукційній печі ИСТ 0 06, розливання здійснювали в злитки масою 50кг Після відпалювання злитки деформували на штанги квадрат 35мм та смугу 20 х 60мм, які використовували для зразків ХІМІЧНИЙ склад дослідних сталей, наведений в таблиці 1, механічні властивості, ЗНОСОСТІЙКІСТЬ та опір утомній пошкоджуваності після оптимальних режимів термообробки - в таблиці 2 Механічні властивості - МІЦНІСТЬ при згинанні - на зразках 6 х 6мм, база випробувань 40мм на машині ЦЦ10, ударна в'язкість при кімнатній та ВІД'ЄМНІЙ(-60°С) температурах визначалась на зразках 10 х 10мм з надрізом Менаже Утомлювальна пошкоджуваність(довговічність) визначалась на машині МУИ 6000 при згинаючій навантазі бООМПа на зразках з розрахунковим діаметром 6мм ЗНОСОСТІЙКІСТЬ при динамічному навантаженні з абразивним збиранням, визначались згідно викладеної в [3] Аналіз наведених даних свідчить, що обрана схема легування, вміст вуглецю та карбідоутворюючих елементів в межах, що заявляються, (сталі 3 - 5) забезпечує значне підвищення опору зминанню, ЗНОСОСТІЙКОСТІ та утомлювальної пошкоджуваності порівняно з прототипом(сталь 1) та аналогом (сталь 2) Підвищення цих характеристик досягнено завдяки введенню молібдену, ванадію, ніобію, підвищеному вмісту кремнію та марганцю Введення алюмінію, кальцію, рідкоземельних елементів здійснювали з метою отримати мінімальну КІЛЬКІСТЬ та сприятливий розподіл неметалевих включень, а також нейтралізувати(зменшити) негативний вплив сірки та фосфору на пластичні характеристики сталей, що заявляються Підвищення вмісту вуглецю та карбідоутворюючих елементів(РЗМ, кальцію та алюмінію) не призводить до підвищення ЗНОСОСТІЙКОСТІ та опору зминанню внаслідок значного підвищення КІЛЬКОСТІ первинних карбідів, знижуючі водночас пластичні характеристики сталі(ударна в'язкість), (сталь №7) Зменшення вмісту вуглецю та легуючих елементів нижче за рівень, що заявляється, не дозволяє вирішити задачу винаходу - підвищення ЗНОСОСТІЙКОСТІ та опору зминанню(сталь №6) При зниженні вмісту алюмінію, рідкоземельних елементів та кальцію нижче за наведені в заявці їх позитивний ефект як розкислювачів не виявляється Отже, поставлена задача підвищення опору зминанню, утомлюваної пошкоджуваності та ЗНОСОСТІЙКОСТІ вирішується завдяки обраній схемі легування, встановленню оптимальних співвідношень між вуглецем та карбідоутворюючими елементами, додатковому легуванню молібденом, ванадієм, ніобієм та введенню РЗМ На пропоновані сталі розроблена технологія виплавлення та деформування, обрані оптимальні режими термічної обробки, досліджені механічні властивості та ЗНОСОСТІЙКІСТЬ Отримані результати дозволяють припустити суттєве підвищення експлуатаційних показників інструменту в порівнянні з прототипом та аналогом Таблиця 1 ХІМІЧНИЙ склад сталі, що заявляється(сталі 3 - 5), прототипу(сталь 1) та аналога (сталь 2) №№ Масова частка елементів, % сталі Вуглець | кремній марганець хром молібден ванадій ніобій нікель кальцій | РЗМ(сума) алюміній прототип (а с СРСР 829715) 1 0,68 0,28 0,35 1,58 1,50 0,04 аналог (сталь 9ХФ, ГОСТ 5950-73) 2 0,82 0,28 0,54 0,65 0,24 сталь, що заявляється 3 0,65 0,15 0,30 0,30 0,15 0,15 0,25 0,30 0,005 0,01 0,05 4 0,72 0,64 0,52 0,55 0,38 0,25 0,18 0,44 0,02 0,06 0,07 5 0,80 0,90 0,80 0,75 0,50 0,35 0,05 0,65 0,05 0,08 0,08 6 сталі з вмістом елементів поза межами, що заявляються 0,52 0,13 0,25 0,15 0,08 0,10 0,04 0,25 0,003 0,008 0,03 7 1,12 1,05 1,03 1,15 0,62 0,70 0,45 1,24 0,06 0,10 0,09 В усіх сталях вміст сірки, менше 0,025%, фосфору менше 0,030% 56631 Таблиця 2 Механічні властивості, ЗНОСОСТІЙКІСТЬ та ДОВГОВІЧНІСТЬ сталі, що заявляються (сталі 3 - 5), прототипу (сталь 1) та аналогу(сталь 2) Термообробка, °С №№ сталі Гартування в ОЛИВІ 1 840 2 860 3 860 4 850 5 850 6 860 7 840 відпалу 180 450 220 480 200 480 220 500 220 520 160 400 240 560 Ударна в'язкість Межа KCU, при темпера- пружності Відносна ДОВГОВІЧНІСТЬ 2 Твердість при а і = турі, КДж/м при стис- ЗНОСОСТІЙ при згину 11 2 HRC кість, бООМПа цикканні ав, МПа 31 лів 20°С -60°С С7 005, МПа 60 3800 25 20 1350 0,8 80000 45 ЗО 28 0,8 60 3100 10 6 1500 1,0 70000 45 15 10 1,0 60 4800 45 3,0 1550 1,0 120000 45 55 45 1,0 60 5400 55 35 1650 1,2 160000 45 60 45 1,2 60 5500 50 35 1700 1,3 110000 45 55 40 1,3 58 3300 20 18 1300 0,7 55000 45 ЗО 22 0,7 60 4200 22 18 1350 1,0 70000 45 28 25 1,0 МІЦНІСТЬ 1 Верхній рівень твердості - найбільш поширений для промислових ножів, нижній - деревообробні дискові та рамні пили 2 ЗНОСОСТІЙКІСТЬ НОЖІВ при рубанні електроте хнічної сталі з покриттям типу "карліт", база випробувань 25000 циклів, за еталон взяті показники сталі 9ХФ 3 Машина МУИ 6000, зразки циліндричні діа метром 6 мм Джерела інформації 1 ГОСТ 5950-73 Сталь инструментальная легированная 2 АС СССР 829715 "Сталь" 3 Скрынченко Ю М , Кованько Г Н , Ковальчук А В Заводская лаборатория, 1979г, №2 С 161 - 1 6 3 Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24