SU1749306A1 - Штампова сталь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и св зано с получением высококачественных штамповых сталей, примен ющихс  дл  гор чего деформировани  цветных металлов, в частности дл  пресс-форм лить  под давлением алюминиевых сплавов. Штампова  сталь содержит, мас.%: углерод 0,46-0,53; кремний 0,20-0,50; марганец 0,40-0,70: хром 1,50-2,00; молибден 0.80-t,10; ванадий 0,30-0.50; никель 1,20-1.60; медь 0,05- 0,3; ниобий 0,05-0.10: кальций 0.005-0,05: тантал 0,05-0,10; РЗМ 0,05-0.10; железо - остальное. Сталь имеет повышенные прочностные свойства, жидкотекучесть, жаростойкость и эрозионную стойкость 2 табл

Description

Изобретение относитс  к металлургии, касаетс  изыскани  высококачественных штамповых сталей, работающих с высоким удельным давлением (до 100-120 кг/м ) при относительно плавном нагружении и значительном разогреве поверхностных слоев, примен ющихс  дл  пресс-форм лить  под давлением алюминиевых сплавов

Известно, что дл  повышени  теплостойкости в штамповые стали рекомендуетс  вводить в качестве микролегирующих добавок тантал, ниобий, церий, а также отдельные редкоземельные элементы или их сумму.

Известны штампова  сталь и жаропрочна  сталь. Недостатком штамповой стали  вл етс  высока  скорость разупрочнени  при изменении температурных режимов, а также относительно быстрое снижение твердости, что приводит к изменению геометрических размеров пресс-форм и снижению стойкости инструмента

Недостатком жаропрочной стали  вл етс  низка  механическа  прочность при гор чем деформировании.

Наиболее близка по целевому назначению и предлагаемому техническому решению сталь (1) состава, мас.%:

Углерод0.46-0,53

Кремний0,20-0,50

Марганец0.40-0.70

Хром1.50-2,00

Молибден0.80-1,10

Ванадий0,30-0,50

Никель1.20-1,60

МедьДо 0,30

ЖелезоОстальное

Длительна  промышленна  эксплуатаци  пресс-форм под давлением показала ее недостаточную жаропрочность и эрозионную стойкость Существенным недостатком данной стали  вл етс  относительно невысокие литейные свойства, особенно жидкотекучесть .

Целью изобретени   вл етс  повышение жидкотекучести стали и эксплуатационсл С

2

о со

о lo

ной стойкости лить  штамповых инструментов за счет повышени  прочности, жаропрочности и эрозионной стойкости стали.

Эта цель достигаетс  тем, что штампо- ва  сталь, содержаща  углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, никель , медь и железо, дополнительно содержит ниобий, кальций, тантал и редкоземельные элементы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,46-0,53

Кремний0,20-0,50

Марганец0,40-0,70

Хром1,50-2.00

Молибден0,80-1,10

Ванадий0,30-0,50

Никель1,20-1,60

Медь0.05-0,30

Ниобий0,05-0,10

Кальций0,005-0,05

Тантал0,05-0,10

РЗМ0,05-0,10

ЖелезоОстальное

Сталь содержит примеси: фосфор до 0,03%, сера до 0,03%. Содержание лигиру- ющих элементов выбрано таким, чтобы материал при рысоких температурах и больших удельных давлени х про вил структурную и размерную стабильность, обеспечива  высокую работоспособность литых пресс-форм. Введение ниоби  и тантала улучшает прочностные свойства штам- повой стали, повышает жаропрочность и эрозионную стойкость. Добавки ниоби  и тантала меньше 0,05% каждого неэффективны , а при содержании свыше 0,1 % обра- зуютс  термически стойкие карбиды, которые не перераспредел ютс  в процессе, термообработки, что приводит к снижению механических свойств.

Редкоземельные элементы оказывают модифицирующее вли ние на процесс кристаллизации , то есть уменьшают химическую неоднородность, измельчают дендритную структуру, что приводит к повышению прочности и жаропрочности стали. Содержание РЗМ менее 0,05% неэффективно. При содержании РЗМ более 0,1 % происходит выделение грубых фаз по границам зерен , что уменьшает прочность и жаропрочность . Введение кальци  улучшает жидкоте- кучесть стали за счет ее очищени  от вредных примесей. Добавка кальци  менее 0,005% неэффективна, а при содержании свыше 0,1% происходит выделение неметаллических включений по границам зерен, что ухудшает свойства стали.

Присутствие меди в сплаве оказывает положительное вли ние на увеличение про- каливаемости стали ввиду ее высокой теплопроводности . При содержании медг менее 0,05% в сплаве наблюдаетс  снижение прокаливаемости. Верхний предел содержани  меди 0,30% выбран исход  из того. что при содержании меди выше 0,30% сплав склонен к образованию поверхностных трещин при гор чей обработке давлением.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что не имеетс  0 составов штамповых сталей, идентичных предлагаемому составу. Данный состав компонентов придает литой штамповой стали более высокую жидкотекучесть и эксплуатационную стойкость, что позвол ет 5 сделать вывод о соответствии предлагаемого решени  критерию существенное отличие .

Пример. Дл  экспериментальной проверки были проведены плавки предлага- 0 емой стали с содержанием элементов на нижнем, среднем и верхнем уровн х и одна плавка стали-прототипа 5x3 МНФ (ДИ-32). мас.%:

Углерод0,50

5 Кремний0,35

Марганец0,60

Хром1,80

Ванадий0.45

Молибден0,95

0Никель1,40

Медь0,21

ЖелезоОстальное

В лабораторных услови х по стандартным методикам был проведен анализ хими- 5 ческого состава каждой плавки, приведенной в табл. 1.

Учитыва , что содержание всех лигиру- ющих элементов кроме тантала, ниоби , кальци , РЗМ соответствует диапазону их 0 концентраций 5х2МНФ (ДИ-32), то исследование проводилось только дл  плавок с варьированием концентрацией дополнительных элементов. Плавки проводились в открытых индукционных печах с магнезито- 5 вой футеровкой. Перед кажой плавкой проводилась замена футеровки на новую с целью избежани  загр знени  образцов ниобием , танталом, кальцием и РЗМ от предыдущих плавок. Полученные образцы 0 подвергались испытанию на определение механических свойств в лабораторных услови х . Заготовки проходили закалку от 900°С и отпуск 550°С. Жидкотекучесть определ лась заливкой металла в песчаные формы по 5 ГОСТ 16438-70, а жаропрочность - в соответствии с ГОСТ 6130-71.

Эрозионна  стойкость испытуемых материалов определ лась следующим образом: испытуемый образец (цилиндр диаметром 5 мм, высотой 30 мм) помещалс 

в рас ллав алюмини  при 700°С таким образом , чтобы половина образца оставалась в воздушной атмосфере. Эрозионна  стойкость определ лась как величина, обратно пропорциональна  скорости коррозии образца . За результат испытаний во всех случа х бралось среднее значение по п ти образцам от каждой плавки. Результаты ис- пытаний приведены в табл. 2.

Из приведенных в табл. 2 данных видно, что совместное введение ниоби , кальци , тантала и РЗМ повышает жидкотекучесть, прочность, жаропрочность и эрозионную стойкость стали.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение увеличивает жидкотекучесть на 50%, прочность на 10%, а жаропрочность и эрозионную стойкость - в 1,7-2,0 раза, что значительно повышает стойкость штампового инструмента, изготовленного из предлагаемой стали.

0

Claims (1)

1. Формула изобретени  Штампова  сталь, содержаща  углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден , медь, ванадий и железо, отличающа с  тем, что, с целью повышени  жидкотекучести, прочности, жаростойкости и эрозионной стойкости, она дополнительно содержит ниобий, кальций, тантал и РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.%4

   5

   0

   Углерод

   Кремний

   Марганец

   Хром

   Молибден

   Ванадий

   Никель

   Медь

   Ниобий

   Кальций

   Тантал

   РЗМ

   Железо

   5

   0,46-0,53

   0.20-0,50

   0,40-0,70

   1,50-2,00

   0.80-1.10

   0,30-0,50

   1,20-1.60

   0,05-0.3

   0,05-0.10

   0,005-0,050

   0,05-0,10

   0.05-0,10

   Остальное

   Таблица 1

   Таблица 2