SU1507843A1 - Лигатура дл выплавки, раскислени , легировани и модифицировани вольфрамомолибденкобальтовой стали дл режущего инструмента - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к черной металлургии , в частности, к производству лигатур дл  выплавки, легировани , раскислени  и модифицировани  сталей, и может быть использовано при выплавке износостойких быстрорежущих инструментальных сталей повышенной производительности, используемых дл  изготовлени  режущих инструментов при обработке труднообрабатываемых материалов. Целью изобретени   вл етс  повышение механической прочности, твердости, технологической пластичности и износостойкости режущего инструмента, изготовленного из быстрорежущей стали, полученной с использованием предлагаемой лигатуры. Цель достигаетс  тем, что в известную лигатуру, содержащую углерод, хром, вольфрам, молибден, кобальт, ванадий, кремний, алюминий, железо, дополнительно ввод т азот, цирконий, гольмий, теллур, висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,5-2,5

хром 0,5-5,0

вольфрам 5,0-25,0

молибден 2,0-15,0

кобальт 0,5-15,0

ванадий 0,5-5,0

кремний 0,3-2,0

алюминий 0,3-1,2

азот 2,5-3,5

цирконий 1,0-2,5

гольмий 0,5-8,0

теллур 1,0-10,0

висмут 0,5-10,0

железо остальное. 5 табл.

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии , в частности к производству лигатур дл  вьтлавки, легировани , раскислени  и модифицировани  сталей, и может быть использовано при выплавке износостойких быстрорежущих инструментальных сталей повьшенной производительности , используемых дл  изготовлени  режущих инструментов при обработке труднообрабатьшаемых материалов

Цель изобретени  - повьппение механической прочности, твердости, технологической пластичности и износостойкости режущего инструмента

Предлагаема  лигатура дл  выплавки , раскислени , легировани  и модифицировани  быстрореж тцей вольфрамо-- молибденкобальтовой стали, содержа- ща  углерод, хром, вольфрам,молибден, кобальт ванадий, кремний, алюминий, железо, дополнительно содержит азот, цирконий, гольмий, теллур и висмут при следующем соотношении компонентов , %:

О9

31507843

0,5 - 2,5 0,5 - 5,0 5,0 - 25,0 2,0 - 15,0 5 0,5 - 15,0 0,5 - 5,0 0,3 - 2,0 0,3 - 1,2 2,5 - 3,5 10 1,0 - 2,5 0,5 - 8,0 1,0 - 10,0 0,5 - 10,0 Остальное 15

Наличие азота в стали приводит к образованию большого количества мелкодисперсных карбонитридов, которые служат центрами кристаллизациИоАзот образует износостойкие нитриды и карбонитриды ванади , равномерно расположенные в матрице сплава, которые  вл ютс  упрочн ющими фазами, что ведет к повьшению твердости стали после лить  на 2-3 едо HRC, а также уменьшению склонности к перегреву при закалке. Кроме того, часть азота идет на образование нитридов циркони ,  вл ющихс  ультраднсперсионкой упрочн ющей фазой, котора  в отличие от карбонитридов ванади  не раствор етс  в стали при температурах закалки 1220-1230°Со

При остаточном содержании азота 0,09-0,25 получают тонкое и равномерное распределение эвтектики, что после деформации обеспечивает более однородное распределение карбидной фазы и приводит к повьшению механических и технологических свойств Содержание азота менее 0,09 мас.% не приводит кобразрванию упрочн ющих нитридньпс фаз и поэтому не оказьшает существенного вли ни  на повышение механических свойств стали, а содер- жание его сверх 0,25 масо% вызывает охрупчивание сплавао

Цирконий  вл етс  активным карби- дообразующим элементом, и при введении его в быстрорежущую сталь обра зуютс  мелкодисперсные карбиды циркони , практически не раствор ющиес  в аустените, что приводит к обеднению твердого раствора углеродом.

Остаточное соде ржание циркони  в стали, выплавленной с использованием предлагаемой лигатуры, составл ет 0,15-0,35 мас.%. Испытани  показали, что остаточное содержание циркони 

в стали менее 0,15 мас.% не оказывает заметного вли ни  на свойства стали . При остаточном содержании циркони  в выплавленной стали, не превышающем 0,35 мас.%, усиливаетс  эффект дисперсионного твердени  при отпуске стали (возрастает вторична  твердость). При этом зерно мелкое и имеет место возрастание краскостой- кости. Такой результат обеспечиваетс  тем, что цирконий, сохран  сь в форме субмикроскопических нитридов по границам зерен, придает значительную устойчивость мартенситу против действи  нагревао Остаточное содержание циркони  в выплавленной стали сверх 0,35 маСр% снижает прочность и ударную в зкость сталио

Гольмий имеет большое сродство к кислЪроду, сере, азоту, фосфору.Введение его в сталь способствует удалению кислорода в виде окислов из стали, что уменьшает чувствительность стали к окислению, а также обеспечивает образование сульфидов., нитридов , карбидов и равномерное распределение их в объеме зерен аустенита, чтб приводит к увеличению межатомной св зи и, следо.вательно, к повьшению износостойкости, механической прочности и технологической пластичности стали, выплавленной с использованием предлагаемой лигатуры. Кроме того, гольмий,, концентриру сь на зерна кристаллитов, закрепл ет дефекты на местах, что приводит к увеличению сопротивлени  деформации - твердости

Введение гольми  разбивает карбидную сетку, измельчает зерно,оказьшает модифицирующее действие на структуру стали, про вл ющеес  в снижении карбидной неоднородности,способствует сфероидизации нитридных фаз и их равномерному распределению по всему объему сплава, что повышает разгаро- стойкость, теплостойкость и ударную в зкость стали.

Теллур в количестве 0,15-0,40 маСо взаимодействует с марганцем и железом , что приводит к по влению в стали раздробленных и равномерно распределенных глобул рных включений типа оксителлуридоВо Одновременно наблюдаетс  очищение границ зерен. Образующиес  включени   вл ютс  источ- НИКОМ по влени  на режущей кро мке обрабатьшающего элемента защитной пленки, выполн ющей функцию сухой

смазки. Теллуриды создают резерв внутренней смазки, а обособленные те лурвды, выход  на поверхность,сбеспе чивают хороший и прочный слой смазки , которьй в случае разрушени ,например при заточке инструмента,автоматически восстанавливаетс . Слой теллуридов хорошо противостоит схва- тьшанию контактирующих металлов,под- держива  коэффициент трени  на уровне ниже единицы, Теллуриды способствуют равномерному распределению неметаллических теллуридньгх включений в виде глобулейо Все это уменьшает си- лу трени  на рабочих поверхност х, улучшает гор чую обработку стали,увеличивает износостойкость изготовленного из нее инструмента.

Наличие в стали висмута приводит к измельчению структуры и вызывает благопри тное перераспределение основных легирующих элементов между твердым раствором и карбидной фазой, что обеспечивает повьш1ение ударной в зкости стали,

Остаточное содержание висмута в вып,павленной стали с использованием предлагаемой лигатуры составл ет 0,05-0,40 маСо%. Испытани  -показали, что остаточное содержание висмута в стали менее 0,05 мас„% не оказывает существенного вли ни  на режущие свойства изготовленного из этой стали инструмента.

При выплавке быстрорежущей стали с использованием предлагаемой лигатуры при остаточном содержании висмута в количестве 0,05-0,40 маСо% и комплексном легировании стали с голь мием приводит к измельчению структуры и вызьшает благопри тное перераспределение основных легирзпощих элементов между твердым раствором и карбидной фазой

Висмут как сильный поверхностно- активньй элемент, располага сь при кристаллизации по границе раздела жидкой и твердой фаз, преп тствует росту первичных зерено Вследствие размельчени  дендритной структуры твердого раствора эвтектические колонии эвтектических систем .станов тс  меньших размеров, образующие их карбиды дисперсны и стрем тс  к округ- лой форме Нар ду с этим оба элемента оказывают рафинирующее вли ние на сталь, уменьша  количество и размеры неметаллических включений,и переводит их в устойчивую глобул рную форму. Все это в совокупности способствует повышению ударной в зкости и улучшает износостойкость стали вследствие смазывающего эффекта, уменьшающего коэффициент трени  в контактной зоне.

Из сплавов (смотабл,2) каждого состава изготовл ли партии образцов по ГОСТу 1524-42 проходных резцов и од- нозубых фрез о

Затем проводили испытани  на определение- ударной в зкости, ударно-ус- талЛтной прочности, гор чей пластичности при кручении, технологической пластичности, жидкотекучести

Определение ударной в зкости проводили на образцах без надреза 10 х X 10x55 мм на ма тниковом копре типа М-15 с энергией удара 50 Дж,,

Ударно-усталостную прочность определ ли на вертикальном копре на образцах 10x10x55 без надреза по числу циклов до полного разрушени  образца при энергии единичного удара 5,1 кгс/см.

Испытани  на гор чую пластичность при кручении проводили при 1140 и IISO C на образцах типа К-1 по ГОСТу 3565-68,

Испь1тани  технологической пластичности проводили в состо нии закалки при 2 О с.

Исследование жидкотекучести определ ли по длине-спирали, мм, при температуре заливки 1530±10°Со

Результаты испытаний приведены в табл,1.

Как видно из табл,1, ударна  в зкость , ударно-усталостна  прочность, гор чай пластичность при кручении, . технологическа  пластичность,жидко- текучесть стали, легированной азотом, цирконием, гольмием, теллуром,висмутом , вьш1е в пределах указанных добавок , мас.%: азот 0,09-0,25; цирконий 0,15-0,35; гольмий 0,05-0,30; теллур 0,15-0,40; висмут 0,05-0,40.

Комплексное легирование стали висмутом и гольмием приводит к измельчению структуры и вызывает благопри тное перераспределение основных легирующих элементов между тве.рдым раствором и карбидной фазой о Висмут - сильный поверхностно-активный элемент располага сь при кристаллизации по границе раздела жидкой и твердой фаз,

преп тствует росту первичных зереНо Вследствие размельчени  дендритной структуры твердого раствора эвтектические колонии эвтектических систем станов тс  меньших размеров,образующие их карбиды дисперсны и стрем тс  к округлой форме Нар ду с этим оба элемента оказывают рафинирующее вли ние на сталь, уменьша  количество не металлических включений, их размеры и перевод т их в устойчивую глобул рную форму.

Комплексное легирование гольмием и цирконием способствует снижению чувствительности стали к перегреву при высоких температурах нагрева, чт позвол ет повысить почти на 50 С температуру закалки и перевести в твердый раствор аустенита значительно больше труднорастворимых в нем карбидов ванади , молибдена, вольфрама,- хрома, участвующих в повьшении износостойкости и режущих свойств

При комплексном легировании стали гольмием и теллуром образуютс  теллу ридные включени , представл ющие собой твердый раствор о Внутри теллури- дов наход тс  окислы гольми , выполн ющие функцию затравки при кристап- лизации включений. При этом работа образовани  зародышей критических размеров уменьщаетс , число центров кристаллизации растет, микроструктура измельчаетс , понижаетс  поверх- ностное нат жение, повышаетс  растворимость фаз о

Предлагаемую лигатуру получают в опьпчго-промышленньпс услови х путем , сплавлени  вольфрамомолибденкобальто вых отходов, феррохрома и феррованади  с содержанием азота и циркони  в однотонной индукционной электропечи .

Изготавливают 6 предлагаемых сое тавов лигатур с различным содержанием инградиентов и .один известный,,

Содержание легирующих элементов в составах приведено в табло2,

Лигатуру в количестве 3% от веса

плавки присаживают в печь в жидкий металл в восстановительньм период при 1700±20°С. Недостающее количество легирующих элементов ввод т в печ из соответствующих ферросплавов.

Остаточное содержание легирующих элементов в составах быстрорежущей стали, выплавленной с использованием

предлагаемой лигатуры, приведено в табл.3 о

При испытани х на кручение при 1140 и 1180 С число оборотов до разрушени  образцов (тип К-1 .по ГОСТу 3565-68) из предлагаемой стали в 1,5 раза больще по сравнению с образцами из известной стали. Это обеспечивает более высокий выход годного металла при металлургическом переделе с использованием предлагаемой лигатуры .

Далее на машине ИМ-ЧА проводили испытани  изделий из опытной стали на изгиб и прогиб в закаленном и отпущенном состо ни хо

Твердость опытной стали определ л также в двух состо ни х: закаленном и отпущенномо

Результаты испытаний приведены в табл,4о

Анализ результатов испытаний . опытной стали, выплавленной с использованием предлагаемой лигатуры, н а изгиб и прогиб в закаленном и отпущенном состо ни х показал, что сама  высока  прочность стали,легированной азотом,цирконием, гольмием, теллуром, висмутом,достигаетс  в пределах этих добавок, маСо%: азот 0,09-0,25; цирконий 0,15-0,35; гольмий 0,05-0,30; теллур О,15-0,40;вис- мут 0,05-0,40

Анализ результатов испытаний опытной стали на твердость показал увеличение твердости выплавленной стали с использованием предлагаемой лигатуры . Это значительно улучшает износостойкость инструмента, особенно при повышенной твердости обрабатьшаемого материала Кроме того, оценивали износостойкость инструментов из стали 12Х18Н10Т и титанового сплава ВТ5, выплавленных с использованием предлагаемой лигатуры

Результаты испытаний представлены в таблоЗ (V - скорость резани ,м/мин t - глубина рез.ани ,мм; S - подача на 1 оборот, мм/об, мм/зуб)

Результаты испытаний показали, что износостойкость, а следовательно , режущие свойства инструментов, изготовленных из стали, выплавленной с использованием предлагаемой лигату91507

ры, выше в пределах добавок,мае„%: азот 0,09-0,25; цирконий 0,15-0,35; гольмий 0,05-0,30; теллур 0,15-0,40; висмут 0,05-0,40„

Как показали испытани , износостойкость инструментов, изготовленных из стали, выплавленной с использованием предлагаемой лигатуры, легированной азотом, цирконием, гольмием, теллурбм, висмутом5 значительно выше износостойкости инструментов без этих добавок.

Твердость инструментальной стали, выплавленной с использованием предла- гаемой лигатуры, выше твердости стали , выплавленной с использованием известной лигатурЫо

Аналогичные результаты получены при испытании опытной стали, выплавленной с использованием предлагаемой лигатуры, на изгиб, прогиб, ударную в зкость,ударнс-усталостнуто прочность гор чую пластичность при кручении технологическую пластичность, жидко текучесть.

При испытани х на кручение при 114 и 1180 С число оооротов дО разрушени 

образцов (тип К-1 по ГОСТу 3565-68) из стали, выплавленной с ис пользова- нием предлагаемой лигатуры в 1,5 ра за больше по сравнению с образцами из стали с использованием известной лигатурЫо Это обеспечивает более вы

З

10

5 ,

0

20

25

30

10

сокий выход годного металла при- металлургическом переделе предлагаемой лигатурЫо

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Лигатура дл  выплавки, раскислени , легировани  и модифицировани  вольфрамомолибденкобальтовой стали дл  режутдего инструмента,содержаща  , углерод, хром, вольфрам,молибден, кобальт, ванадий, кремнгаЧ,алюминий, железо5 отличающа с  тем, что,с целью повышени  прочности, твердости, технологической пластичности , износост - йкости режущего инструмента , она дополнительно содержит азот, цирконий, гольмий,теллур, висмут при следующем соотношении компонентов 5 мае о%:

   Углерод

   Хром

   Вольфрам

   Молибден

   Кобальт

   Ванадий

   Кремний

   Алюминий

   Азот

   Цирконий

   Гольмий

   Теллур

   Висмут

   Железо Остальное

   Таблица 1

   2,6 3,5 4,2 4,6 4,8 4,7 3,8

   55 84 90 93 95 94 85

   1,7х1ГЗ 2,6 X10- ,73x10- 1,63 X10- ,76x10 2,65 X10

   ,78x10 2,70 X10

   ,77х10г 2,71 X10-3

   ,75x10- 2,68 X10

   ,74x10 2,64 X10Таблица 2

   Таблица4

   68,0

   68,3

   68,5

   69,0

   69,5

   69,3

   68,4

   60,0 60,5 61,0 61,3 61,5 61,4 60,8

   13

   V V - 12,5 м/мин

   17 м/мин

   S ,14 мм/об 0,25 мм/

   /зуб ,5 мм ,5 мм

   Среднее значение свойств по 7 опытам

   Редактор AlOrap

   Составитель И.Бекренева Техред и. Верес

   Заказ 5522/32

   Тираж 576

   ВНИИПИ Государственного комитета ло изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   1507843

   14 ТаблицаЗ

   Корректор В.Гирн к

   Подписное