RU2001155C1 - Лита аустенитна сталь - Google Patents

Abstract

Лита  аустенитна  ааль содержит, мас.% углерод - 0,03 - 0.10; марганец - 15 - 30; азот - 0,05 - 0.40; хром - 5 - 15; ванадий - 0,1 - 1.5; церий - 0,005 - 0.05. кальций - 0.001 - 0.01; железо - остальное. Предложенна  ааль обладает хорошей обрабатываемостью резаниеч жидкоте- кучестью и в зкостью при криогенных температурах. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к легированным стал м, а именно к литой аустенитной стали, примен емой дл  работы при криогенных температурах.

Известна сталь хромоникельмарганце- вой системы легировани , предназначенна  дл  работы при криогенных температурах. Эта сталь содержит до 4 мас.% дефицитного никел , обладает высоким , до 450 МПа, пределом текучести при комнатной температуре и пластичностью до 60%. однако имеет низкую в зкость при температуре -196°С и обладает неудовлетворительной обрабатываемостью резанием .

Известна лита  аустенитна  сгаль, содержаща , мас.%: углерод - более 0,10; марганец 26-30; азот более 0,05; хром менее 1,0; аанадий 0.1; железо остальное.

Высокое содержание марганца (26-30 мас.%) в этой стали  вл етс  причиной очень плохой обрабатываемости ее резанием , что требует увеличени  расхода режущего инструмента.

В основу изобретени  положена задача создать такую литую аустенитную сталь, котора  за счет введени  в ее состав дополнительных элементов, позвол ет улучшить обрабатываемость ее резанием.

Дл  этого лита  аустенитна  сталь, содержаща  углерод, марганец, азот, хром, ванадий, железо, котора , согласно изобретению дополнительно содержит также церий и кальций при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%: углерод О 03-0,10; марганец 15-30; азот 0,05-0,40; хром 5-15; ванадий 0,1-1,5; церий 0,005- 0,05: кальций 0,001-0,01; железо остальное .

Введение микродобавок цери  и кальци  в состав литой аустенитной стали юзв.ол ет улучшить обрабатываемость стали резанием. Таким образом увеличива  стойкость режущего инструмента примерно в 2,5 раза по сравнению с прототипом.

Способ получени  предлагаемой литой аустенитной стали осуществл етс  следующим образом.

Сталь, предложенного состава выплавл ют в открытой индукционной печи известным способом.

Исследование стали провод т в литом состо нии после аустенитизации от 1050°С, выдержки в течение 1 ч и охлаждени  в воде.

Указанное содержание углерода (0,03- 0,10 мас.%) обеспечивает высокие в зкие и пластические свойства стали.Количество углерода менее 0,03 мас.% требует специальных методов выплавки стали, а также применени  при ее производстве исходных шихтовых материалов высокой частоты, что значительно удорожает сталь. Содержание

углерода более 0,1 мас.% снижает ударную в зкость литой аустенитной стали, а также коррозионную стойкость, особенно сопротивление межкристаллитной коррозии.

Содержание марганца менее 15 мас.% приводит к по влению в структуре стали второй фазы - феррита, что резко снижает пластические и в зкие свойства, особенно при криогенных температурах. Легирование стали марганцем в количестве более 30 мас.% неэкономично и, кроме того, сильно ухудшает обрабатываемость стали резанием и давлением.

Содержание хрома ниже 5 мае. % замет Н (э снижает сопротивл емость стали атмосферной к.оррозии, а выше 15 мас.% приводит к по влению в структуре стали нар ду с аустенитом феррита, что значительно снижает в зкость и пластичность литой аустенитной стали при криогенных температурах.

Ванадий  вл етс  элементом, который ввод т в сталь дл  измельчени  микроструктуры . Содержание его в указанных количествах (0,1-1,5 мас.%)повышает и прочность, и пластичность стали. Легирование стали ванадием в меньших количествах неэффективно , а в больших неэкономично и, кроме того, оказывает охрупчивающее воздействиеАзот - элемент, способствующий снижению температуры ликвидуса и повышению жидкотекучести. Введение его менее

0,05 мас.% неэффективно. Добавление азота более 0,4 мас.% приводит к повышению пористости отливок, пленкообразованию и заметному снижению пластических и в зких свойств стали. Кроме того, така  сталь

требует применени  специальных способов выплавки под давлением, что значительно удорожает сталь.

При введении в сталь 0,005-0,05 мас.% цери  и 0,01-0,01 мас.% кальци , улучшение обрабатываемости стали резанием происходит за счет активного участи  в зоне резани  образующихс  сложных глобул рных неметаллических включений с кальцием , церием, марганцем.

Легирование стали церием и кальцием

в количествах, меньших 0,005 и 0,001 мас.% соответственно, неэффективно. Введение цери  и кальци  более 0,05 и 0,01 мас.% соответственно снижает качество обрабатываемой поверхности детали из предлагаемой стали и, кроме того, может привести к заметному охрупчиванию стали при криогенных температурах.

Указанные неметаллические включени  оказывают вли ние на процессы деформации и разрушени  металла, как инициаторы мозаичных (безнагрузочных) напр жений, то есть играют роль внутреннего надреза. В зонах расположени  неметаллических включений возникают дефектные участки (сгустки вакансий, колонии дислокаций), взаимодействующие с потоком дислокаций, образующимс  в процессе разрушени  стали .

Неметаллические включени , окруженные полем мозаичных напр жений и дефек- тных участков,  вл ютс  как бы внутренними надрезами, вызывающими образование трещин и облегчающими процесс резани .

Повышение стойкости режущего инструмента происходит также и за счет защитно-смазывающего эффекта. Сущность смазывающего действи  неметаллических включений с церием.кальцием и марганцем состоит в том, что под действием высоких температур, возникающих в зоне резани , указанные неметаллические включени  разрушаютс  и переход т в плазменную среду, состо щую из частиц атомов и радикалов, вступающих во взаимодействие с контактными участками резца, на которых образуетс  тверда  смазывающа  пленка.

Этот процесс оказывает благопри тное вли ние на стойкость режущего инструмента , так как снижаетс  коэффициент трени , а следовательно, и температура в зоне резани , что в итоге улучшает процесс резани .

Пример.В открытой индукционной печи емкостью 150 кг выплавл ют аустенит- ную сталь следующего состава, мас.%: С 0.03; Мп- 5;Сг-5; V-0.1.-N-0,05; Се-0,005; Са - 0,001; Fe - остальное.

Из полученной стали изготавливают цилиндрические литые заготовки диаметром 100 мм и высотой 500 мм. Дл  контрол  делают такие же заготовки из известной стали.

Заготовки из предлагаемой и известной стали испытывают на обрабатываемость ре0

5

занием на универсальном токарном станке при следующих режимах резани : скорость 80 м/мин, шаг резани  2 мм, шаг вращени  0,2 мм/об., частота вращени  400 .

В качестве режущего инструмента используют твердый сплав ВК8 по ГОСТ 3882- 74 при следующей геометрии режущих элементов: передний угол резца - 10°; главный задний угол резца - 10°; главный угол в плане - 45°; радиус при вершине резца - 0,5 мм.

За критерий обрабатываемости принимают износ режущего инструмента на задней поверхности резца, характеризуемый периодом стойкости (г , мин).

Электроразр дным спектральным микроанализом исследуют состав поверхности резца после обработки им указанной стали. Q Режущую поверхность резца обрабатывают плавиковой кислотой. Отбор проб дл  анализа провод т по поверхности режущей кромки резца.

На спектрограмме, полученной при ана- 5 лизе поверхности резца были обнаружены аналитические линии цери  и кальци . Это свидетельствует об изменении состава включений, а также защитного СЛОР на поверхности резца, что повышает стойкость режущего инструмента.

Результат испытаний представлен в таблице.

Примеры 2-5. Сталь получают и испытывают аналогично примеру 1.

Содержание компонентов в стали и результаты испытаний представлены в таблице .

Результаты исследований показали, что стойкость резцов при обработке резанием сталей с добавками цери  и кальци  заметно выше, процесс резани  при точении предлагаемой стали более устойчивый, стружкообразование заметно лучше. Дл  всех сталей, за исключением стали по примеру 5, индекс шероховатости находитс  примерно на одном уровне и составл ет 3,2 мкм.

0

5

0

5

сп (56) Выложенна  за вка Японии № 60- 63317, кл. С 27 С 38/24. 1985.

Claims (1)

1. Формула изобретени  ЛИТАЯ АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ, содержаща  углерод , марганец, азот, хром, ванадий и железо , отличающа с  тем, что она дополнительно содержит церий и кальций при следующем соотношении компонентов , мас.%: Углерод0,03-0,10

   Марганец

   Азот

   Хром

   Ванадий

   Церий

   Кальций

   Железо

   15-30

   0,05 - 0,40

   5- 15

   0,1 - 1,5

   0.005 - 0,05

   0.001 -0,01

   Остальное