RU2235797C1

RU2235797C1 - Stamp alloy

Info

Publication number: RU2235797C1
Application number: RU2003114964/02A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Бутыгин (RU); В.Б. Бутыгин
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-09-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to instrumental materials with high heat resistance used for cast and forged stamps for hot deformation working without intensive cooling. Invention proposes stamp alloy comprising carbon, chrome, aluminum, molybdenum and nickel wherein components are taken in the following ratio, wt.-%: carbon, 0.1-0.12; chrome, 13.0-15.0; aluminum, 3.0-6.0; molybdenum, 4.5-6.5; nickel, 72.5-79.5. Alloy provides enhancing exploitation stability of tool made of the proposed stamp alloy.

EFFECT: improved and valuable properties of alloy and tool.

1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к инструментальным материалам высокой теплостойкости, используемых для литых и кованных штампов горячего деформирования, работающих без интенсивного охлаждения.The invention relates to metallurgy, in particular to instrument materials of high heat resistance, used for cast and forged dies of hot deformation, working without intensive cooling.

Известен штамповый сплав, содержащий углерод, хром, вольфрам, молибден, кобальт, железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:Known die alloy containing carbon, chromium, tungsten, molybdenum, cobalt, iron, in the following ratio of components, wt.%:

Углерод 0,24-0,26Carbon 0.24-0.26

Хром 6,0-6,2Chrome 6.0-6.2

Вольфрам 7,0-8,0Tungsten 7.0-8.0

Молибден 1,5-2,0Molybdenum 1.5-2.0

Кобальт 7,5-8,0Cobalt 7.5-8.0

Железо ОстальноеIron Else

(см. Сагодеева Т.Г. Исследование штамповых сталей высокой теплостойкости. М.: автореферат, 1971, с. 15-21).(see. Sagodeeva TG Research of stamp steels of high heat resistance. M: abstract, 1971, p. 15-21).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является штамповый сплав, содержащий углерод, хром, титан, алюминий, молибден, кобальт, никель, при следующем соотношении компонентов, мас.%:Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result (prototype) is a die alloy containing carbon, chromium, titanium, aluminum, molybdenum, cobalt, nickel, in the following ratio of components, wt.%:

Углерод 0,1-0,12Carbon 0.1-0.12

Хром 18,0-19,0Chrome 18.0-19.0

Титан 3,0-3,2Titanium 3.0-3.2

Алюминий 1,3-1,6Aluminum 1.3-1.6

Молибден 10,0-10,5Molybdenum 10.0-10.5

Кобальт 10,0-11,0Cobalt 10.0-11.0

Никель ОстальноеNickel Else

(см. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983. с. 461-465).(see Geller Yu.A. Tool steel. M: Metallurgy, 1983. S. 461-465).

Недостатком описанных штамповых сплавов является низкая эксплуатационная стойкость штампового инструмента, обусловленная не высокой твердостью и теплостойкостью штамповых сплавов, применяемых для его изготовления.A disadvantage of the described die alloys is the low operational stability of the die tool, due to the low hardness and heat resistance of the die alloys used for its manufacture.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной стойкости инструмента за счет увеличения твердости и теплостойкости штампового сплава.The task of the invention is to increase the operational stability of the tool by increasing the hardness and heat resistance of the die alloy.

Это достигается тем, что штамповый сплав содержит углерод, хром, алюминий, молибден и никель в следующем соотношении, мас.%:This is achieved by the fact that the stamped alloy contains carbon, chromium, aluminum, molybdenum and nickel in the following ratio, wt.%:

Углерод 0,1-0,12Carbon 0.1-0.12

Хром 13,0-15,0Chrome 13.0-15.0

Алюминий 3,0-6,0Aluminum 3.0-6.0

Молибден 4,5-6,5Molybdenum 4.5-6.5

Никель 72,5-79,5Nickel 72.5-79.5

Введение в состав штампового сплава углерода в количестве 0,1-0,12 мас.% является оптимальным, т.к. способствует образованию карбидов хрома или С₂С₆, которые принимают участие в процессе дисперсионного твердения. При содержании углерода более 0,12 мас.% происходит уменьшение количества упрочняющей фазы типа Ni₃Аl, что снижает твердость штампового сплава при старении.Introduction to the composition of the stamped carbon alloy in an amount of 0.1-0.12 wt.% Is optimal, because promotes the formation of chromium carbides or C ₂ C ₆ , which are involved in the process of dispersion hardening. When the carbon content is more than 0.12 wt.%, The amount of the hardening phase of the Ni ₃ Al type decreases, which reduces the hardness of the die alloy during aging.

Введение в состав штампового сплава хрома в количестве 13,0-15,0 мас.% является оптимальным, т.к. при таком содержании хрома увеличивается сопротивление штампового сплава окислению при высоких температурах и повышается его способность к дисперсионному твердению без участия титана. При содержании хрома ниже 13,9 мас.% снижается количество карбидов хрома, которые принимают участие в процессе дисперсионного твердения. При содержании хрома более 15,9 мас.% происходит резкое снижение теплостойкости и жаропрочности штампового сплава.Introduction to the composition of the stamped chromium alloy in an amount of 13.0-15.0 wt.% Is optimal, because at this chromium content, the resistance of the die alloy to oxidation at high temperatures increases and its ability to dispersion hardening without the participation of titanium increases. When the chromium content is below 13.9 wt.%, The amount of chromium carbides that are involved in the process of dispersion hardening is reduced. When the chromium content of more than 15.9 wt.% There is a sharp decrease in heat resistance and heat resistance of the stamp alloy.

Введение в состав штампового сплава алюминия в количестве 3,0-6,0 мас.% является оптимальным, т.к. при этом достигается максимальное количество упрочняющей фазы, что приводит к получению максимальной твердости после старения. При содержании алюминия ниже 3,0 мас.% не обеспечивается требуемая твердость штампового сплава за счет малого количества упрочняющей фазы. При содержании алюминия более 6,0 мас% происходит снижение пластичных свойств штампового сплава и как следствие - затруднения при ковке.Introduction to the composition of the stamped aluminum alloy in an amount of 3.0-6.0 wt.% Is optimal, because this achieves the maximum amount of hardening phase, which leads to the maximum hardness after aging. When the aluminum content is below 3.0 wt.%, The required hardness of the die alloy is not ensured due to the small amount of the hardening phase. When the aluminum content is more than 6.0 wt%, the ductile properties of the die alloy are reduced and, as a result, forging difficulties.

Введение в состав штампового сплава молибдена в количестве 4,5-6,5 мас.% является оптимальным, т.к. повышает температуру рекристаллизации γ-твердых растворов и замедляет их разупрочнение, и кроме этого способствует увеличению пластичности и прочности штампового сплава. При содержании молибдена ниже 4,5 мас.% происходит понижение температур старения, что, в свою очередь, снижает теплостойкость штампового сплава. Содержание молибдена более 6,5 мас.% не целесообразно, т.к. не оказывает влияния на повышение твердости и прочности штампового сплава.Introduction to the composition of the stamped alloy of molybdenum in an amount of 4.5-6.5 wt.% Is optimal, because increases the temperature of recrystallization of γ-solid solutions and slows down their softening, and in addition helps to increase the ductility and strength of the die alloy. When the molybdenum content is below 4.5 wt.%, The aging temperature decreases, which, in turn, reduces the heat resistance of the die alloy. A molybdenum content of more than 6.5 wt.% Is not advisable, because does not affect the increase in hardness and strength of die alloy.

Пример конкретного выполнения. Предлагаемый штамповый сплав выплавлялся в открытой индукционной печи. Масса слитков составляла от 4 до 50 кг. Слитки ковались на прутки сечением 12×12 мм. Степень деформации - 76%. Температура ковки составляла 1050-1150°С. Охлаждение после ковки выполнялось на воздухе. Структура штампового сплава представлена аустенитом с мелкими равномерно распределенными интерметаллидными частицами.An example of a specific implementation. The proposed die alloy was smelted in an open induction furnace. The weight of the ingots ranged from 4 to 50 kg. Ingots were forged on bars with a cross section of 12 × 12 mm. The degree of deformation is 76%. The forging temperature was 1050-1150 ° C. The cooling after forging was carried out in air. The structure of the die alloy is represented by austenite with small uniformly distributed intermetallic particles.

Штамповый сплав исследовался на механические свойства в холодном и горячем состоянии после закалки и отпуска.The stamp alloy was investigated for mechanical properties in the cold and hot state after quenching and tempering.

Закалка осуществлялась при температуре 1180-1200°С с выдержкой до 14-16 с на 1 мм сечения прутка для полного прогрева изделия и последующим охлаждением в масле. Твердость после закалки составила HRC 30-31.Quenching was carried out at a temperature of 1180-1200 ° C with exposure to 14-16 s per 1 mm of the bar cross-section for complete heating of the product and subsequent cooling in oil. Hardness after hardening was HRC 30-31.

Отпуск осуществлялся нагревом до температуры 700-850°С. При температуре 800°С после 10 ч выдержки твердость составила HRC 45-46.Vacation was carried out by heating to a temperature of 700-850 ° C. At a temperature of 800 ° C after 10 hours of exposure, the hardness was HRC 45-46.

Для сравнительной оценки использовался штамповый сплав ХН53К11МЮТ (прототип) известного состава.For a comparative assessment, a stamped alloy KhN53K11MYuT (prototype) of known composition was used.

Теплостойкость предполагаемого штампового сплава оценивалась по температуре длительного нагрева, после которого сохранялось твердость HRC45. Данная температура равнялась 880°С, что на 80°С выше, чем у штампового сплава прототипа.The heat resistance of the proposed die alloy was evaluated by the temperature of prolonged heating, after which the HRC45 hardness was maintained. This temperature was 880 ° C, which is 80 ° C higher than that of the die alloy of the prototype.

Определение механических свойств проводилось после обработки по приведенным ранее температурам, обеспечивающим получение твердости HRC45-46.The determination of the mechanical properties was carried out after processing at the previously given temperatures, providing HRC45-46 hardness.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый состав штампового сплава обладает оптимальными свойствами, он обеспечивает лучшую теплостойкость и механические свойства по сравнению с составом штампового сплава-прототипа твердого HRC 45-46, относительным удлинением 12% и относительным сужением 19%.The tests showed that the proposed composition of the stamped alloy has optimal properties, it provides better heat resistance and mechanical properties compared to the composition of the stamped alloy prototype solid HRC 45-46, a relative elongation of 12% and a relative narrowing of 19%.

Исследования показали увеличение в 2-3 раза стойкости инструмента, в частности, концевых фрез, выполненных из предлагаемого штампового сплава, по сравнению со стойкостью инструмента, выполненного из штампового сплава-прототипа. Это позволяет применять предлагаемый штамповый сплав для изготовления прессовых инструментов, например мелких вставок окончательного штампового ручья, матриц и пуансонов выдавливания, а также штампов горячего деформирования, рабочая поверхность которых нагревается до 800-900°С.Studies have shown a 2-3 times increase in tool life, in particular, end mills made of the proposed die alloy, compared with tool life made of the die alloy prototype. This allows us to use the proposed die alloy for the manufacture of pressing tools, for example, small inserts of the final die stream, dies and extrusion punches, as well as hot deformation dies, the working surface of which is heated to 800-900 ° C.

Таким образом, использование предлагаемого штампового сплава повышает эксплуатационную стойкость инструмента вследствии увеличения твердости и теплостойкости штампового сплава.Thus, the use of the proposed die alloy increases the operational stability of the tool due to the increase in hardness and heat resistance of the die alloy.

Claims

A stamp alloy containing carbon, chromium, aluminum, molybdenum and nickel, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:

Carbon 0.1-0.12

Chrome 13.0-15.0

Aluminum 3.0-6.0

Molybdenum 4.5-6.5

Nickel 72.5-79.5