EA031666B1

EA031666B1 - Инструментальная сталь

Info

Publication number: EA031666B1
Application number: EA201650076A
Authority: EA
Inventors: Владимир Николаевич Федулов
Original assignee: Белорусский Национальный Технический Университет
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2019-02-28
Also published as: EA201650076A1

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, в частности к инструментальным сталям, используемым для изготовления рабочих частей пресс-форм литья алюминиевых изделий сложной формы, когда их эксплуатация происходит под воздействием температуры нагрева поверхности до 700°C. Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является сохранение твердости и повышение теплостойкости стали с целью увеличения стойкости инструмента в сложных условиях эксплуатации. Решение задачи достигается тем, что инструментальная сталь, содержащая в своем составе углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и железо, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод - 0,4-0,5, кремний - 0,6-1,2, марганец - 0,3-0,8, хром - 1,5-2,0, никель - 1,5-3,0, вольфрам - 3,5-4,5, молибден - 0,2-0,5, ванадий - 0,5-1,0, железо - остальное.

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к инструментальным сталям, используемым для изготовления рабочих частей пресс-форм литья алюминиевых изделий сложной формы, когда их эксплуатация происходит под воздействием температуры нагрева поверхности до 700°С. Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является сохранение твердости и повышение теплостойкости стали с целью увеличения стойкости инструмента в сложных условиях эксплуатации. Решение задачи достигается тем, что инструментальная сталь, содержащая в своем составе углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и железо, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод - 0,4-0,5, кремний - 0,6-1,2, марганец - 0,3-0,8, хром -1,5-2,0, никель -1,5-3,0, вольфрам - 3,5-4,5, молибден - 0,2-0,5, ванадий 0,5-1,0, железо - остальное.

031666 Bl

031666 В1

Изобретение относится к области металлургии, в частности к инструментальным сталям, используемым для изготовления рабочих частей пресс-форм литья алюминиевых изделий сложной формы, когда их эксплуатация происходит под воздействием температуры нагрева поверхности до 700°C.

Известна инструментальная сталь 4Х4ВМФС [1] следующего состава (мас.%): углерод - 0,37-0,44, кремний - 0,6-1,0, марганец - 0,2-0,5, хром - 3,2-4,0, никель - не более 0,25, вольфрам - 0,8-1,2, молибден 1,2-1,5, ванадий - 0,6-0,9, железо - остальное.

Данная сталь имеет после нагрева под закалку при 1060°C, охлаждения в масле и отпуска при 640650°C недостаточную теплостойкость, что часто приводит к повышенному износу рабочих частей прессформ при горячем формообразовании изделий из алюминиевых сплавов при разогреве поверхности уже до 650°C.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по химическому составу и достигаемому эффекту является сталь 4Х2В2МФС [2] следующего состава (мас.%): углерод - 0,42-0,5, кремний - 0,3-0,6, марганец - 0,3-0,6, хром - 2,0-2,5, никель - не более 0,25, вольфрам - 1,8-2,4, молибден - 0,8-1,1, ванадий - 0,60,9, железо - остальное.

Указанная сталь после закалки в масло с 1080-1100°C и отпуска при 645-655°C имеет все же недостаточную теплостойкость, что приводит к быстрому выходу из строя рабочих частей пресс-форм при горячем формообразовании изделий сложной формы из алюминиевых сплавов с разогревом поверхности до 650°C и выше.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является сохранение твердости и повышение теплостойкости стали с целью увеличения стойкости инструмента в сложных условиях эксплуатации.

Решение задачи достигается тем, что инструментальная сталь, содержащая в своем составе углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и железо, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

углерод	0,4 - 0,5
кремний	0,6-1,2
марганец	0,3 - 0,8
хром	1,5-2,0
никель	1,5-3,0
вольфрам	3,5-4,5
молибден	0,2 - 0,5
ванадий	0,5-1,0
железо	остальное.

В табл. 1 приведены результаты выплавки апробированных сталей при проведении исследований, а в табл. 2 - механических свойств заготовок 0 90x100 мм новых сталей в той же последовательности после термического упрочнения: закалка с предварительным нагревом при 850°C в течение 0,5 ч, затем подъем температуры до 1220°C, выдержка 1 ч, охлаждение в масле и отпуск при температуре 700°C.

Таблица 1

№№		Содержание легирующих элементов,:	мас.%
п. п.	С	Si	Мп	Сг	Ni	W	Мо	V	Fe
1 (прототип)	0,42	0,6	0,3	2,0	0,25	2,4	1,0	0,8	92,23
2	0,40	1,2	0,60	2,0	1,5	4,5	0,2	1,0	88,60
3	0,46	0,9	0,80	1,65	2,0	4,0	0,3	0,65	89,24
4	0,50	0,6	0,30	1,5	3,0	3,5	0,5	0,5	89,60
5	0,55	1,35	0,95	1,3	3,5	3,0	0,6	0,3	88,45
6	0,35	0,4	0,16	2,25	1,25	5,0	0,1	1,3	89,19

Таблица 2

№№ п/п	Значение твердости после закалки с 1220°С в масло и отпуска при 700°С, 1,5 ч, HRC (замер у поверхности)
1	44-46*
2	45-46
3	46-47
4	47-48
5	44-46
6	44-44,5

для стали № 1 - закалка с 1090°C, отпуск - при 645-655°C.

Легирование стали, взятой в качестве прототипа, с дополнительным количеством кремния, марганца, вольфрама и никеля при снижении содержания молибдена (до 0,2-0,5%) и хрома (до 1,5-2%) позволи

- 1 031666 ло повысить температуру нагрева при закалке до 1200°C и температуру отпуска до 700°C. За счет этого повысилась теплостойкость, а, следовательно, удалось увеличить износостойкость стали заявляемого состава. Стало возможным использовать её для изготовления высоконагруженного инструмента горячего формообразования изделий сложной формы из алюминиевых сплавов с разогревом их поверхности до 700°C.

Проведенная корректировка химического состава инструментальной стали способствует получению после закалки и отпуска инструмента требуемой структуры, обеспечивающей выигрыш его в стойкости. Закалка с температурой нагрева 1200°C вместо 1090°C у прототипа и охлаждением в масле позволяют получить в поверхностном слое стали мелкозернистую структуру, состоящую на достаточной глубине из тонкодисперсного теплостойкого мартенсита и равномерно распределенных износостойких первичных карбидов типа МС.

При этом заслуга одновременного увеличения содержания вольфрама, кремния, марганца и никеля в составе состоит в повышении закаливаемости стали. После закалки образовалась супер структура, содержащая большее количество отпускоустойчивых карбидов типа MC, M₆C и М₃С₇, равномерно распределенных в пределах микрозерна, и пластичная основа в виде сложно-легированного мартенсита закалки. Отпуск в течение 1,5 ч при 700°C обеспечивает эффективное упрочнение закаленной структуры и, соответственно, повышает теплостойкость стали за счет образования твердого и пластичного мартенсита отпуска. Высокие значения твердости и теплостойкости структуры стали в целом способствуют использованию инструмента во время горячего формообразования изделий из алюминиевых сплавов сложной формы.

Общим итогом создания заявляемого состава инструментальной стали явилось повышение стойкости инструмента. Проведение сравнительных испытаний показало, что стойкость инструмента из стали заявленного состава при указанном выше испытании в 1,5-2 раза выше, чем у стали-прототипа.

Источники информации, использованные при оформлении изобретения.

1. Позняк Л.А., Скрынченко Ю.М., Тишаев С.И. Штамповые стали: М., Металлургия, 1980, с. 17.

2. Позняк Л.А., Скрынченко Ю.М., Тишаев С.И. Штамповые стали: М., Металлургия, 1980, с. 17.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Инструментальная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и железо, отличающаяся тем, что содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод - 0,4-0,5, кремний - 0,6-1,2, марганец - 0,3-0,8, хром - 1,5-2,0, никель - 1,5-3,0, вольфрам - 3,5-4,5, молибден - 0,2-0,5, ванадий - 0,5-1,0, железо - остальное.