Високотеплостійка штампова сталь
Номер патенту: 10843
Опубліковано: 15.11.2005
Автори: Бабиченко Михайло Владиславович, Шипицин Сергій Якович, Кірчу Іван Федорович
Формула / Реферат
Високотеплостійка штампова сталь, яка характеризується тим, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, молібден, ванадій, азот, алюміній, яка відрізняється тим, що додатково, з метою підвищення технологічності сталі при електрошлаковому кокільному литті і термостійкості дифузійного шару, який формується при хіміко-термічному поверхневому зміцненні, містить титан і вольфрам при наступному співвідношенні компонентів, мас.% :
вуглець
0,2-0,4
марганець
1,2-1,5
кремній
0,01-0,15
хром
5,0-7,0
молібден
0,8-1,1
ванадій
0,5-1,5
азот
0,06-0,15
алюміній
0,005-0,02
титан
0,005-0,010
вольфрам
0,05-10,0
залізо
решта.
Текст
Високотеплостійка штампова сталь, яка характеризується тим, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, молібден, ванадій, азот, алюміній, яка відрізняється тим, що додатково, з метою підвищення технологічності сталі при електрошлаковому кокільному литті і термостійкості дифузійного шару, який формується при хіміко-термічному Корисна модель відноситься до галузі чорної металурги, ливарного і кувально-пресового виробництва, зокрема до сплавів на основі заліза, які застосовуються для виготовлення штампового інструменту і прес-форм лиття під тиском кольорових сплавів методами металургійного переділу і ливарною технологією електрошлакового кокільного лиття ВІДОМІ штампові сталі, які вміщують вуглець, кремній, марганець, нікель, ванадій, молібден, вольфрам та ІНШІ елементи Наприклад, сталь [авторське свідоцтво №522272] наступного ХІМІЧНОГО складу (мас частка, %) вуглець 0,4-0,5, кремній 0,4-0,6, марганець 0,5-0,9, хром 3,0-3,5, нікель 0,5-0,7, молібден 1,82,0, ванадій 0,6-0,8, алюміній 0,2-0,3, залізо - решта Сталь [патент Англії кл С7А №1098952] має наступний ХІМІЧНИЙ склад (мас частка, %) вуглець 0,1-1,2, марганець 0,2-2,0, кремній 0,005-2,0, молібден 0,03-1,0, нікель 0,03-3,0, хром 0,03-3,0, ванадій 0,005-0,3, алюміній 0,03-0,2, залізо - решта Сталь [авторське свідоцтво №1125283] має наступний ХІМІЧНИЙ склад (мас частка, %) вуглець 0,15-0,40, марганець 0,3-0,8, кремній 0,1-0,6, хром 4,0-8,0, молібден 1,2-2,0, вольфрам 0,05-0,5, ванадій 0,55-1,0, азот 0,055-0,12, цирконій 0,005 поверхневому зміцненні, містить титан і вольфрам при наступному співвідношенні компонентів, мас % вуглець 0,2-0,4 марганець 1,2-1,5 кремній 0,01-0,15 хром 5,0-7,0 молібден 0,8-1,1 ванадій 0,5-1,5 азот 0,06-0,15 алюміній 0,005-0,02 титан 0,005-0,010 вольфрам 0,05-10,0 залізо решта 0,05, ніобій 0,05-0,1, церій 0,005-0,01, алюміній 0,005-0,002, кальцій - 0,005-0,05, залізо - решта Вказані та ІНШІ сталі застосовуються для виготовлення литих та деформованих штампів для гарячого деформування і прес-форм лиття під тиском кольорових сплавів і не завжди відповідають вимогам виробництва за недостатньою технологічністю, теплостійкістю, термовтомлюваною витривалістю Найбільш наближена до тої, що заявляється, є сталь за авторським свідоцтвом №1548253 - прототип [С22С38/32, Б Ц №9, 1991], яка вміщує елементи в наступних кількостях (мас частка, %) вуглець 0,2-0,4, марганець 1,2-1,5, кремній 0,2-0,7, хром 5,0-7,0, молібден 0,8-1,1, ванадій 0,1-1,0, азот 0,07-0,10, алюміній 0,005-0,02, кальцій 0,0050,05, магній 0,003-0,008, бор 0,0005-0,003, залізо решта Вказана сталь має підвищені теплостійкість і термостійкість у сполученні з достатньою технологічністю при термічному і деформаційному обробленні Однак вона не достатньо технологічна при литті, особливо при електрошлаковому кокільному литті, і має недостатню термостійкість дифузійного шару при хіміко-термічному поверхневому зміцненні (азотуванні, нітроцементацп), яке, як відомо, суттєво підвищує експлуатаційний ресурс інструменту Це пов'язано з високим вмістом в сталі СО оо О) 10843 кремнію, який знижує розчинність азоту в розплаві і твердому металі, а також з низьким ефектом модифікування сталі кальцієм, магнієм і бором в умовах електрошлакового кокільного лиття. Задачею корисної моделі є підвищення технологічності сталі при електрошлаковому кокільному литті і термостійкості дифузійного шару, який формується при хіміко-термічному поверхневому зміцненні. Визначена задача досягається тим, що штампова сталь, яка вміщує вуглець, марганець, кремній, хром, молібден, ванадій, азот, алюміній, відрізняється тим, що вона додатково вміщує титан і вольфрам при наступному співвідношенні компонентів (мас. частка, %): вуглець 0,2-0,4; марганець 1,2-1,5; кремній 0,01-0,15; хром 5,0-7,0; молібден 0,8-1,1; ванадій 0,5-1,5; азот 0,06-0,15; алюміній 0,005-0,02; титан 0,005-0,010; вольфрам 0,05-10,0; залізо решта. Перераховані ознаки складають суть корисної моделі і забезпечують досягнення технічного результату. Порівняння рішення, що заявляється, з прототипом показує, що сталь за корисною моделлю відрізняється від відомої тим, що додатково вміщує титан, вольфрам і співвідношенням компонентів. Це дозволяє зробити висновок про його відповідність критерію "новизна". Відомі сталі зі співвідношенням основних компонентів, яке вони мають, не забезпечують необхідну технологічність при електрошлаковому литті і високу термостійкість дифузійного шару, який формується при поверхневому хіміко-термічному зміцненні. Тому склад за корисною моделлю, який забезпечує досягнення нового ефекту, відповідає критерію "суттєві відміни". Достатньо високий рівень основних експлуатаційних властивостей сталі, зокрема теплостійкості, термостійкості, гарячої зносостійкості, забезпечує вміст і співвідношення основних легуючих елементів: вуглецю, марганцю, хрому, молібдену, ванадію, азоту, алюмінію. Виключення зі складу сталі кальцію, магнію, бору пов'язано з тим, що в умовах електрошлакового кокільного лиття, тобто в умовах направленої кристалізації, їх модифікуючий вплив майже відсутній, а введення цих елементів в рідку ванну через шар флюсу практично неможливе. Новий діапазон вмісту в сталі кремнію, нижчий ніж в прототипі. Це пов'язане з тим, що кремній знижує розчинність азоту в розплаві і твердому металі. Останнє негативно впливає на структуру і властивості дифузійного шару при поверхневому азотуванні або нітроцементації. Зокрема зменшується його глибина і в ньому формуються великі нітридні і карбонітридні фази. Це суттєво зменшує термостійкість шару і експлуатаційний ресурс штампів і прес-форм. При вмісті кремнію 0,15% і нижче негативний вплив кремнію відсутній. Виведення із складу сталі кальцію, магнію, бору пов'язане з тим, що в умовах електрошлакового кокільного лиття, яке забезпечує низький вміст в сталі кисню і направлений характер кристалізації, ефективність модифікування цими елементами суттєво знижується, а їх наявність значно підвищує собівартість виливків і ускладнює технологію їх виготовлення. Метою введення до складу сталі титану є підвищення гарячої тріщиностійкості сталі при електрошлаковому литті. Особливо це необхідно при виготовленні найбільш економічних, з мінімальним об'ємом механічного оброблення заготовок, які наближені за геометричними параметрами до готових штампів і прес-форм. Наявність в цьому випадку жорстких металевих стрижнів призводить до значного браку виливків через гарячі тріщини. Підвищення гарячої тріщиностійкості, насамперед, можливо при диспергуванні дендритної структури, що уповільнює формування металевого каркасу у виливку і підвищує пластичність металу в температурному інтервалі крихкості за рахунок покращення міжзеренного ковзання. В умовах направленого характеру кристалізації модифікування поверхнево активними елементами неефективне. В той же час модифікування за рахунок створення додаткових центрів кристалізації вельми суттєве. Введення титану в сталь з азотом забезпечує формування в розплаві часток нітриду титану, які є ефективними зародками центрів кристалізації. При кількості титану менше ніж 0,005% ефективність модифікування низька і не впливає на гарячу тріщиностійкість, а при кількості більше ніж 0,01% формуються скупчення нітридних часток, що призводить як до зниження тріщиностійкості, так і для підвищення експлуатаційних властивостей. Це підтверджується наступними експериментальними даними. Введення до складу сталі вольфраму забезпечує суттєве підвищення її теплостійкості за рахунок твердо розчинного та дисперсійного (карбідами вольфраму) зміцнення. При кількості вольфраму менше 0,05% цей ефект відсутній, а при більше 10% сталь різко окрихчуєються. В установці електрошлакового кокільного лиття УШ-159А під флюсом Ан - 295 були виплавлені сталь прототип (№1 в табл.1), сталі складу, який заявляється (№2-4 в табл.1) і сталі із складами які виходять за межі складу, що заявляється (№5, 6 в табл.1). Сталі розливали в циліндричний металевий кокіль з внутрішнім металевим стрижнем, який знаходився вісі виливка. Кільцевий виливок мав такі розміри: діаметр зовнішній - 200мм, діаметр внутрішній - 140мм, висота - 100мм. Гарячу тріщиностійкість сталей визначали за наявністю і сумарною довжиною гарячих тріщин на боковій поверхні кільцевого виливка. Експериментальні дані по гарячій тріщиностійкості наведені в табл.2. З виливків вирізали сегменти розмірами ЗОхЗОхЗОмм. Лісля термообробки (гартуван 10843 ня+високий відпуск) на однакову твердість 4345НRC, сегменти проходили газове поверхневе азотування в атмосфері аміаку під надлишковим тиском 500мм водного стовпа при температурі 565±5°С протягом 5 годин. Ступінь дисоціації аміаку становила 35-40%. Параметри азотованого шару складали: глибина 0,15-0,17мм, мікротвердість 8400-8560МПа. Таблиця 1 Хімічний склад сталей № сталі С 1 2 1 прототип 0,31 2 0,30 3 0,32 4 0,30 5 0,35 0,37 6 Мп 3 1,3 1,2 1,4 1,3 1,5 1,2 Si 4 0,65 0,10 0,13 0,15 0,40 0,15 Сг 5 6,1 5,9 5,5 6,3 6,0 6,1 Мо 6 1,0 0,9 0,8 1,0 0,9 0,9 Масова частка V N 7 8 0,8 0,08 0,12 0,09 0.5 0,06 0,15 0,12 0,12 0,10 0,13 0,08 Випробовування на термостійкість проводили в автоматичній установці з радіаційним нагріванням зразків в печі опору і їх охолодження у водяній ванні. Температура нагрівання складала 650±10°С, час витримки в одному циклі - 5 хвилин. Температура води - 40±5°С, час охолодження в одному циклі - 0,5хв. Таблиця 2 Гаряча тріщиностій кість № сталі 1 2 3 4 5 Сумарна довжина гарячих тріщин на поверхні виливків, мм 190 22 0 7 130 елементів, % АІ Са 9 10 0,017 0,03 0,015 0,005 0,02 0,015 0,02 Мд 11 0,006 В 12 0,001 Ті 13 0,008 0,005 0,010 0,002 0,019 W 14 0,05 10,0 3,2 12,0 121 Термостійкість визначали за кількістю циклів 650°С*»40°С до виникнення сітки розгарних тріщин на поверхні зразків, інтенсивністю відшаровування і руйнування азотованого шару і глибиною проникнення розгарних тріщин в об'єм зразків (табл.З). Як видно з наведених експериментальних даних, сталь за корисною моделлю суттєво перевищує за ударною в'язкістю, гарячою тріщиностійкістю і термостійкістю азотованого дифузійного шару сталь прототип і сталі з хімічним складом, який виходить за межі корисної моделі. При цьому, сталь за корисною моделлю також переважає за основною експлуатаційною властивістю - теплостійкістю (табл.4), яку визначали за часом, в продовженні якого при витримці при температурі 600°С твердість зразків знижувалась з 45НRC до 40HRC. Таблиця З Термостійкість сталі № сталі Кількість циклів до формування тріщин в азотованому шарі Кількість циклів до початку відшаровування азотованого шару 1 2 3 4 5 6 350 750 775 760 380 320 555 935 943 925 585 490 Після 1325 циклів Поверхня зруйнованого азоМаксимальна глитованого шару, % до загальбина тріщин, мм ної поверхні зразка 70 0,200 15 0,010 0,008 13 0,012 15 5.0 0,210 55 0,180 10843 Таблиця 4 Теплостійкість сталі № сталі Ударна в'язкість KCU, Дж/см2 1 2 3 4 5 6 5,5 49,0 10,3 31,0 7,6 0,5 Комп'ютерна верстка Д. Шеверун Час витримки при 600°С до зниження з 45HRC до 40НRC, годин 10 15 29 22 12 13 Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюA highly heat-resistant die steel
Автори англійськоюShypytsyn Serhii Yakovych, Babychenko Mykhailo Vladyslavovych
Назва патенту російськоюВысокотеплостойкая штамповая сталь
Автори російськоюШипицин Сергей Яковлевич, Бабиченко Михаил Владиславович
МПК / Мітки
МПК: C22C 38/18
Мітки: штампова, сталь, високотеплостійка
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-10843-visokoteplostijjka-shtampova-stal.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Високотеплостійка штампова сталь</a>
Попередній патент: Система пожежно-охоронної сигналізації
Наступний патент: Похідні сульфонових кислот, фармацевтична композиція та спосіб лікування запалень та інших розладів імунної системи
Випадковий патент: Гідравлічний двигун