SU1724723A1

SU1724723A1 - Штампова сталь

Info

Publication number: SU1724723A1
Application number: SU904839794A
Authority: SU
Inventors: Михаил Семенович Колесников; Эрнст Николаевич Корниенко; Людмила Васильевна Трошина; Михаил Семенович Кенис; Анатолий Германович Жданов; Олег Юрьевич Столяр
Original assignee: Камский политехнический институт
Priority date: 1990-04-17
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1992-04-07

Abstract

Изобретение относитс к металлургии, а именно к штамповой стали дл т желонагруженных штампов гор чего деформировани и пресс-форм лить под давлением. Сущность изобретени : сталь содержит, мае. %: углерод 0,17-0,23; хром 14-16; никель 17-19; титан 2-3; бор 0,002-0,02; ванадий 0,9-1,5; молибден 0,8-09; алюминий 1,2-1,5; ниобий 0,1-0,5; церий 0,04-0,05; железо остальное. 4 табл.

Description

Изобретение относитс к металлургии и машиностроению, а именно к получению и использованию материалов дл т желонагруженных штампов гор чего деформировани и пресс-форм лить под давлением.

Известны штамповые стали дл гор чего деформировани типа 4Х5МФС, ЗХ2В8Ф, 2Х5МНФСЛ, 5Х2НМФ, 45ХЗВЗМФСД (ДИ-23). 4ХЗВ2М2СЛ и другие , используемые как в литом состо нии, так и после пластической деформации.

Недостаток сталей - низка теплостойкость , в зкость и пластичность (особенно в литом состо нии). Поэтому их использование в р де случае, когда на гравюре развиваютс температуры выше 600-650°С и действуют интенсивные нагрузки, малоэффективно . Отдельные элементы поверхности штампов: выступающие бобышки, щели, каналы сжимаютс и быстро изнашиваютс . Так, например, при применении штзмповой стали ЗХ2В8Ф в качестве матриц дл прессовани автомобильных клапанов из стали Х9СЗ стойкость инструмента составл ет в среднем две-три тыс чи прессовок.

Кроме того, область применени перечисленных и других известных штамповых сталей мартенситного класса дл литого инструмента существенно ограничена. Их нельз примен ть из-за возникновени холодных литейных трещин, например при ускоренном охлаждении формы в процессах получени биметаллических штампов методом направленной кристаллизации.

Известна аустенитна сталь 10X11Н20ТЗР (состав, % С 0,1; Сг 11,0; Ni 20,0; Ti 2,6; В 0,02), у которой максимальна рабоча температура Тмах. 700°С, Тра3упр.

850°С, 400 МПа. Эта сталь обладает относительно высокими эксплуатационными свойствами при невысоких контактных давлени х (Р 150 МН) и технологична при термической и механической обработке. Низкое содержание углерода позвол ет проводить охлаждение отливок и закалку заготовок с любой скоростью. Устойчива она и к знакопеременным нагрузкам.

Наиболее близкой к изобретению вл етс жаростойка сталь состава, мас.%: углерод 0,1-0,4; кремний 1,5-2; марганец

Х| N3 XI Ю GJ

1-2; хром 16-20; никель 9-11; алюминий 0,01-0,05; титан 0,01-0,1; ванадий 0,05- 0,15; ниобий 0,05-0,25; кальций 0,005-0,05; РЗМ 0,01-0,08; бор 0,005-0,01; железо остальное.

Недостаток этой стали - низка теплостойкость .

Цель изобретени - повышение теплостойкости .

Поставленна цель достигаетс тем, что в известной жаропрочной стали, содержащей углерод, титан, бор, никель, хром, ванадий , алюминий, ниобий, церий и железо, дополнительно введен молибден в следующем количестве, мас.%: углерод 0,17-0,23; хром 14,0-16.0; никель 17,0-19,0; титан 2,0- 3,0; бор 0,002-0,02; ванадий 0,9-1,5; молибден 0,8-0,9; алюминий 1,2-1,5; ниобий 0,1-0,5; церий 0,04-0,05; железо остальное .

Содержание углерода в указанных пределах позвол ет получить необходимую пластичность дл предотвращени холодных литейных трещин и трещин при термообработке , а также обеспечить необходимую твердость стали при эксплуатации 42-45 HRC путем карбидообразова- ни .

Многие жаропрочные сплавы не вл ютс окалиностойкими и поэтому, если не прин ть специальных мер, быстро превращаютс в окалину. Большинство тугоплавких металлов и их жаропрочные сплавы, сохран ющие достаточную жаропрочность при температуре выше 1100-1200°С (молибден , ниобий и др.), легко окисл ютс .

Хром обладает особыми антикоррозионными свойствами, входит в качестве леги- рующего элемента в большинство легированных, и высоколегированных сталей . Его концентраци зависит от назначени и предъ вл емых требований к стали и измен етс от дес тых долей процента до 30-40%.

Введение в состав инструментальной стали 14,0-16,0 мас.% хрома способствует достижению необходимой окалиностойко- сти жаропрочного сплава с сохранением технологичности (возможность проведени всех технологических операций в услови х массового производства).

Сталь аустенитного класса в отличие от обычных хромоникелевых сталей, содержащих менее 0,1 мас.% С, содержит углерод до 0,55 мас.%.

Повышенное содержание углерода (0,17-0,23 мас.%) по сравнению с известными позволит избежать их существенные недостатки , а именно получить необходимую пластичность дл предотвращени холодных литейных трещин и трещин при термообработке , а также обеспечить необходимую твердость стали при ее эксплуатации 42-45 HRC.

Содержание 17,0-19,0 мас.% никел в аустенитных стал х с добавками бора повышает жаропрочность стали до 650°С при длительных сроках службы (до 10000 ч и более). Дальнейшее повышение жаропрочности и длительной прочности аустенитных сталей достигаетс за счет карбидного и особенно интерметаллического упрочнени .

Наиболее часто в качестве упрочн ющих фаз дл сталей аустенитного класса используютс карбиды титана, ванади и ниоби , которые раствор ютс в аустените. Нар ду с этими основными упрочн ющими фазами в структуре стали всегда присутствует Сг2зСе. Их примен ют в стал х как элементы стабилизаторы, св зывающие углерод в прочные карбиды и преп тствующие образованию карбидов хрома.

Введение в состав сплава ванади в количестве 0,9-1,5 мас.% приводит к образованию упрочн ющих карбидных фаз и уменьшает склонность стали к старению. При содержании в стали менее 0,9 мас.% ванади указанный эффект достигатьс не

будет из-за незначительности содержани ванади в сплаве. Содержание ванади в металле более 1,5 мас.% экономически нецелесообразно .

Содержание в сплаве 2,0-3,0 мас.% титана приводит не только к образованию упрочн ющих карбидных фаз титана, но приводит также к дополнительному упрочнению стали, типа М1з(П,А1). При содержании в сплаве менее 2 мас.% титана указанный эффект достигатьс не будет. Содержание титана в металле более 3,0 мас.% экономически нецелесообразно.

Дл сложнолегированных хромистых

сталей необходимо комплексное легирование карбидообразующими элементами, такими как ванадий, молибден, ниобий и титан в различных сочетани х с малыми добавками бора, цери . Такие стали упрочн ютс при повышенных температурах за счет образовани дисперсных выделений карбидных фаз типа TiC, VC, NbC, интерметаллических фаз типа FeMo и интерметаллидными фазами типа Nis(TIAI).

Поэтому дл достижени этого эффекта в предлагаемом сплаве содержитс , мас.%: титан 2-3; ванадий 0,9-1,5; молибден 0,8- 0,9; ниобий 0,1-0,5; церий 0,05; бор до 0,002.

Кроме того, наличие в сплаве указанно- го количества РЗМ приводит к дополнительному дроблению мартенситных игл, что в свою очередь упрочн ет полученную сталь.

Наличие в сплаве 1,2-1,5 мас.% алюмини сводитс к увеличению количества и дисперсности интерметаллидов типа NiafTi.AI) при термической обработке-старении .

Структура предлагаемой стали после лить состоит из дисперсных включений карбидов 2-3%, мартенсита 15% и аусте- нитной матрицы. Введение ниоби и цери нар ду с модифицирующими их вли нием обеспечивает стабилизацию мартенсита при высоких температурах эксплуатации.

В табл.1 приведены данные дл трех сталей по жаропрочности и склонности к по влению трещин при охлаждении в масле с температурой 1100°С после завершени кристаллизации.

Из представленных в табл.1 данных видно, что из всех сталей наиболее высокими жаропрочными свойствами обладает предлагаема сталь 20Х15Н18ТЗФМОБР. Нова сталь технологична с точки зрени сохранени износостойкости при литье и термообработке.

В табл.2 приведены данные по теплостойкости сравниваемых сталей.

Все стали, приведенные в табл.2, испытывают на теплостойкость (4 ч выдержки при различных температурах) в литом состо нии без предварительной термической обработки .

Как видно из табл.2, все стали за счет дисперсионного твердени в процессе ис- пытаний увеличивают твердость с повышением температуры, а затем ее снижают. Из этих сталей предлагаема сталь 20Х15Н18ТЗФМОБР обладает более высокой теплостойкостью, т.е. обладает более

высокими характеристиками сопротивлени микропластической деформации при 700-800°С.

Составы стали даны в табл.3.

В табл. 4 приведены данные по теплостойкости (оцениваемые по твердости, HRC при 4 ч выдержке при 750°С), ударной в зкости и относительной стойкости штампов дл гор чего деформировани из сталей, приведенных в табл.3.

Анализ полученных характеристик, опытных сталей (табл.4) показывает, что наилучшим сочетанием механических свойств (технологичностью и стойкостью) обладает сплав состава 3.

Учитыва высокую стойкость литых штампов из новой стали и возможность изготовлени из нее литых металлических конструкций при расходе в них дл поверхностного сло не более 30% высоколегированной стали, а также применением дл нее простейшей термической обработки , заключающейс в старении при 750°С, затраты на изготовление штамповой оснастки из стали 20Х15Н18ТЗМОБР уменьшаютс в 3-4 раза в сравнении со сталью 2Х5МНФСЛ.

Claims

Формула изобретени

Штампова сталь, содержаща углерод, хром, никель, титан, бор, ванадий, алюминий , ниобий, церий и железо, отличающа - с тем, что, с целью повышени теплостойкости , она дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мае.%: углерод 0,17-0,23; хром 14,0-16,0; никель 17,0-19,0; титан 2,0- 3,0; бор 0,002-0,02; ванадий 0,9-1,5; алюминий 1,2-1,5; ниобий 0,1-0,5; церий 0,04-0,05; молибден 0,8-0,9; железо остальное .

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4