Сталь

1 Сталь, що містить вуглець, вольфрам, молібден, хром, ванадій, азот і залізо, яка відрізняється тим, що додатково містить бор і алюміній Винахід відноситься до металурги, а саме до сталей, застосовуваних для переточуваємого ріжучого інструменту, працюючого в режимі сухого різання і може бути використаний на інструментальних, трубних і інших спеціалізованих заводах Відома сталь наступного ХІМІЧНОГО складу, мас % Вуглець 0,70-0,80 Вольфрам 17,0-18,5 Хром 3,80-4,40 Ванадій 1,0-1,40 Залізо решта (ГОСТ 19265-73 Сталь инструментальная быстрорежущая - М Изд-во стандартов -с 2) До недоліків даної сталі варто віднести високий вміст дефіцитного вольфраму і недостатньо високі МІЦНІСТЬ і в'язкість, зв'язані з наявністю кутастих великих надлишкових карбідів до 20-22мкм, при наступному мас % вуглець вольфрам молібден хром ванадій азот співвідношенні бор компонентів, 0,75-0,90 5,0-7,0 4,50-6,0 3,50-4,50 1,70-2,10 0,06-0,09 0,0075-0,10 0,05-0,10 решта алюміній залізо 2 Сталь по п 1, яка відрізняється тим, що ((V+A1)/N)+A1/B=19,9-48,7 20мас % зростає параметр решітки карбіду МєС Це не дозволяє використовувати дану сталь для виготовлення ріжучого інструмента з тонкою робочою кромкою, призначеного для обробки виробів, що входять у контакт з інструментом на робочій Молібден 5,0-5,50 Хром 3,80-4,40 Ванадій 1,70-2,10 Азот 0,06-0,09 Залізо решта (ГОСТ 19265-73 Сталь инструментальная быстрорежущая - М Изд-во стандартов 1979-с 2) Введення в сталь молібдену в КІЛЬКОСТІ 5,05,5мас %, азоту 0,06-0,09мас %, вольфраму 5,56,5мас % і ванадію 1,7-2,1 мас % сприяє одержанню дрібного зерна аустеніту, округлих дрібнодисперсних карбідів розміром до 10-14мкм і тонкої сітки евтектики в литому стані У сталі даного складу затримується ріст зерна в процесі нагрівання під гартування, зменшується різнозернистість і підвищується вторинна твердість Недоліком відомої сталі є низька ЗНОСОСТІЙКІСТЬ Це ускладнює використання даної сталі для виготовлення інструмента, що працює з підвищеними ударними навантаженнями й у режимі сухого різання наприклад, для інструмента який входить у контакт з оброблюваною заготівлею, що рухається на робочій швидкості, що знижує в остаточному підсумку відновлюваний термін служби інструмен ШВИДКОСТІ та і його сумарну СТІЙКІСТЬ Найбільш близьким аналогом по технічній сутні і досягнутому результату, є сталь наступного Ознаки найближчого аналога, що збігаються з суттєвими ознаками заявленої сталі, є вміст вуглецю, вольфраму, молібдену, хрому, ванадію, азоту і заліза В основу пропонованого винаходу поставлена тому що при ВМІСТІ вольфраму в КІЛЬКОСТІ 18 ХІМІЧНОГО складу, мас % Вуглець Вольфрам 0,80-0,88 5,50-6,50 00 о (О 60784 задача удосконалення сталі, у якій за рахунок оптимізацм ХІМІЧНОГО складу забезпечується підвищення ЗНОСОСТІЙКОСТІ сталі для інструмента працюючого в режимі сухого різання Поставлена задача вирішується тим, що сталь, що містить вуглець, вольфрам, молібден, хром, ванадій, азот і залізо, ВІДПОВІДНО ДО винаходу містить бор і алюміній при наступному співвідношенні компонентів, мас % Вуглець 0,75-0,90 Вольфрам 5,0-7,0 Молібден 4,5-6,0 Хром 3,50-4,50 Ванадій 1,70-2,10 Азот 0,06-0,09 Бор 0,0075-0,1 АЛЮМІНІЙ 0,05-0,1 Залізо решта І крім того доцільно, щоб ((V+A1)/N)+A1/B=19,9-48,7 При введенні в сталь алюмінію в КІЛЬКОСТІ 0,05-0,1мас% і бора 0,0075-0,1 мас % утворяться дрібнодисперсні карбонітриди і нітриди цих елементів, які при затвердінні металу служать додатковими центрами кристалізації У результаті в сталі виходять більш дрібні макроструктура і зерно аустеніту рівномірного складу з тонкою межзеренною прошаркою, що краще пручаються зносу і забезпечують литому металу більш високу ЗНОСОСТІЙКІСТЬ ВМІСТ вуглецю в сталях у межах 0,750,80мас % обумовлено тим, що для забезпечення високої твердості необхідно досить високий вміст карбідної фази без збідніння аустеніту і мартенситу і погіршення загартовування При ВМІСТІ вуглецю менш 0,75мас % аустеніт, а потім і мартенсит містять мало розчиненого вуглецю, що погіршує загартовування сталі Підвищення вмісту вуглецю вище 0,90мас % приводить до більш інтенсивного виділення карбідів і разом з тим до погіршення МІЦНОСТІ і в'язкості, крім того, підвищення вмісту вуглецю приводить до утворення карбіду МзС, що знижує теплостійкість Оптимальний вміст хрому складає 3,54,5мас % При меншому ВМІСТІ хрому не спостерігається ефекту зміцнення, при ВМІСТІ хрому більше 4,5мас % підвищується здатність карбідів до коагуляції, що знижує теплостійкість сталі У сталь уводиться також ванадій у КІЛЬКОСТІ 1,7-2,1 мас % Ванадій в основному є присутнім у карбідах МєС и ІУЬзСє При відпуску він виділяється у виді карбіду МС, що підвищує вторинну твердість і теплостійкість При ВМІСТІ ванадію більшому 2,1мас% сильно зростає КІЛЬКІСТЬ нерозчиненого карбіду МС що різко знижує шліфуємість сталі після відпуску Основними легуючими елементами сталі є вольфрам і молібден їх вводять у сталь для підвищення теплостійкості У виді дефіцитності і високої вартості вольфраму в сталь уводиться його ХІМІЧНИЙ аналог молібден Вольфрам і молібден беруть участь в утворенні карбіду МєС (Fe4M2C), як осно вної карбідної фази При ВМІСТІ вольфраму менш 5,0мас % і молібдену менш 4,5мас % сталь недостатньо теплостійка Уведення вольфраму більш 7,0мас % і молібдену більш 5,0мас % приводить до подорожчання сталі Вміст азоту в пропонованій сталі повинний бути 0,06-0,09мас % тому що при цьому досягається краще співвідношення властивостей Азот вводиться в сталь для затримки росту зерна при нагріванні під гартування Найбільш сильно цей ефект з'являється, якщо в сталь вводиться алюміній, тому що в цьому випадку алюміній і частково присутній у сталі ванадій, що, будучи сильними нітридоутворюючими елементами, зв'язують азот При введенні алюмінію в КІЛЬКОСТІ 0,05-0,10мас % спостерігається підвищення ударної в'язкості і ЗНОСОСТІЙКОСТІ При ВМІСТІ алюмінію менш 0,05мас % у сполученні з бором не виявляється ефект здрібнювання зерна в сталі Підвищення вмісту алюмінію більш 0,10мас% ускладнює розливання сталі через утворення включень корунду і знижує загартовування сталі Бор у пропонованій сталі міститься в КІЛЬКОСТІ 0,0075-0,Юмас % Введення його в таких кількостях сприяють підвищенню ударної в'язкості, ЗНОСОСТІЙКОСТІ і теплостійкості (збереженню високої вторинної твердості до температур (620-630°С) Бор знижує схильність до обезвуглецьовуванню, що так само підвищує ЗНОСОСТІЙКІСТЬ швидкорізальної сталі Вміст бора менш 0,0075мас % не робить впливу на зазначені властивості При введенні бора в КІЛЬКОСТІ більш 0,1 мас % виникає крихкість, знижується гаряча деформація Оптимальне співвідношення суми ванадію й алюмінію до азоту й алюмінію до бора ((V+AI)/N)+AI/B=19,9-48,7 При меншому співвідношенні, чим 19,9 у сталі недостатньо ванадію і алюмінію або зайво багато азоту і бора, що знижує ЗНОСОСТІЙКІСТЬ сталі При співвідношенні більшому, ніж 48,7 у сталі зайво багато ванадію і алюмінію або недостатньо азоту і бора, що знижує СТІЙКІСТЬ різців, які працюють у режимі сухого різання Приклад В умовах досвідченого виробництва виплавлені ВІДОМІ і пропоновані сталі Сталі виплавляли на установці ЭШП типу А-550 у водоохолоджувачем кристалізаторі діаметром 110мм Основне легування проводимо за відпрацьованою технологією виплавки швидкорізальної сталі Додаткове легування бором і алюмінієм здійснювали уведенням феробору і чушкового алюмінію рівномірно на глибині розплаву У табл 1 приведен состав пропонованої сталі в заявлених співвідношеннях (плавка №2-4), склади сталей за пропонованими співвідношеннями компонентів (плавка №1, 5), а також состав сталі, обраної як найближчий аналог (плавка №6) Злитки масою 5кг проковували на ковальському молоті на смугу 30х40мм Зі смуги виготовляли ріжучі пластинки для експлуатаційних ІСПИТІВ І зразки для ІСПИТІВ на ЗНОСОСТІЙКІСТЬ при терті об закрі плені абразивні частки в режимі сухого різання 60784 Таблиця 1 ХІМІЧНИЙ склад сталі і результати ІСПИТІВ різців Сталь Плавка Пропонована Відома 1 2 3 4 5 6 Зміст елементів, мас % С W Mo Cr V N В Al Fe 0,70 0,75 0,82 0,90 0,93 0,86 4,5 5,0 6,0 7,0 7,5 5,8 4,0 4,50 5,30 6,0 6,50 5,20 3,30 3,50 4,0 4,50 4,80 4,20 1,6 1,7 1,8 2,1 1,7, 1,7 0,03 0,06 0,08 0,09 0,09 0,08 0,006 0,0075 0,05 0,10 0,12 0,03 0,05 0,08 0,10 0,003 ((V+AI)/N)+AI/B ЗНОСОСТІЙКІСТЬ, 59,33 36,31 25,10 25,44 18,9 1,64 1,32 1,49 1,44 1,03 1,00 інше Інше Інше Інше Інше Інше Як видно з таблиці, введення в сталь бора й алюмінію в заявлених межах (плавки 2-4) підвищує СТІЙКІСТЬ різців при обробці високов'язких сталей з 287 до 396-440 хв , ЗНОСОСТІЙКІСТЬ при терті об закріплені абразивні частки - у 1,32-1,49 рази При ЗМІСТІ елементів менше заявленого рівня (плавка 1) СТІЙКІСТЬ різців не перевищує СТІЙКОСТІ різців зі сталі найближчого аналізу Введення основних легуючих елементів у КІЛЬКОСТІ більше верхнього заявленого рівня не збільшує ЗНОСОСТІЙКІСТЬ І СТІЙ Комп'ютерна верстка А Ярославцева СТІЙКІСТЬ відн од різців, хв 292 415 440 396 322 287 КІСТЬ Якщо співвідношення елементів менш, ніж 19,9 (плавка 5), то спостерігаємо зниження ЗНОСОСТІЙКОСТІ І СТІЙКОСТІ ріжучих пластин через сильну крихкість сталі (бор введений у КІЛЬКОСТІ 0,12мас %, а алюміній -тільки О.ООЗмас %) Пропонований винахід забезпечує високу ЗНОСОСТІЙКІСТЬ сталі для інструмента, що працює з підвищеними ударними навантаженнями в режимі сухого різання Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119