SU1733497A1 - Инструментальна сталь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к экономнолегированной инструментальной стали, и может быть использовано в качестве материала штамповочного и режущего инструмента нормальной производительности. Цель изобретени  - повышение шлифуемости при сохранении уровн  твердости, прочности, теплостойкости и ударной в зкости. Сталь дополнительно содержит цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, мае.%: углерод 0,8-1,3; хром 3,5-9,0; молибден 1,5-4,0; ванадий 1,1-3,1; кремний 0,3- 1,5; марганец 0,4-1,5; алюминий 0,02-1,0; цирконий 0,1-0,6; кальций 0,005-0,1; редкоземельные металлы 0,005-0,25; железо остальное , причем выполн етс  следующее соотношение: молибден/(ванадий - цирконий ) - (ванадий - цирконий)/1,8 углерод 2 - 1,0-1,8. 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к экономнолегированным не содержащим вольфрама инструментальным стал м, и может быть использовано дл  изготовлени  штампового и режущего инструмента нормальной производительности.

Известна быстрорежуща  сталь Р18, содержаща  до 18% вольфрама.

Недостатком этой стали  вл етс  высокое содержание вольфрама.

Известна инструментальна  сталь состава , вес.%: углерод 0,5-0,9; хром 3,8-5,5; молибден 2,5-3,0; ванадий 1,8-3,3; кремний 0,8-4,2; церий 0,08-0,15; железо остальное, причем отношение содержани  углерода к содержанию ванади  составл ет 0,25-0,3.

Недостатком указанной стали  вл етс  пониженные значени  твердости и теплостойкости , что не позвол ет примен ть ее в

качестве полноценного заменител  быстрорежущей стали.

Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  инструментальна  сталь, содержаща , мае. %: углерод 0,9-1,3; хром 3,8-4,5; молибден 2,0-3,5; ванадий 2,0-3,5; кремний 0.3- 0,9; марганец 0,3-0,5; алюминий 0,8-1,4; церий 0,02-0,05; железо остальное.

Недостаток известной стали обусловлен ее пониженной шлифуемостью.

Цель изобретени  - повышение шлифуемости стали при сохранении уровн  твердости , прочности, теплостойкости и ударной в зкости.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что инструментальна  сталь, содержаща  углерод , хром, молибден, ванадий, кремний, алюминий, марганец, редкоземельные металлы , железо, дополнительно содержит

vj СО 00

N

ю VI

цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,80-1,3

Хром3,5-9,0

Молибден1,5-4,0

Ванадий1.1-3,1

Кремний0,3-1,5

Марганец0,4-1,5

Алюминий0,02-1,0

Цирконий0,1-0,6

Кальций0,005-0,1

Редкоземельные

маталлы0,005-0,25

ЖелезоОстальное

причем выполн етс  соотношени  Mo/(V- Zr)H(V-Zr)/1, - 1,0-1,8.

Легирование стали цирконием и кальцием приводит к изменению морфологии избыточных карбидов, образующихс  при затвердевании стали, - вместо сетки крупных карбидов по вл етс  тонка  веерообразна  эвтектика.

Последующа  пластическа  деформаци  обеспечивает получение карбидной фазы с высокой дисперсностью, что улучшает обрабатываемость стали резанием и шли- фуемость.

Кальций также вводитс  в сталь дл  гло- бул ризации неметаллических включений, способству  таким образом повышению ударной в зкости стали.

Указанный эффект не наблюдаетс  при содержании циркони  и кальци  ниже 0,1 и 0,005% соответственно. Увеличение содержани  в стали циркони  более 0,6% и кальци  более 0,1% приводит к по влению в стали скоплений нитридов циркони  и увеличению доли неметаллических включений, что отрицательно сказываетс  на механических свойствах стали.

Соотношение Mo/(V-Zr)H(V-Zr)/1,8Cf - - 1,0-1,8 обеспечивает оптимальное содержание в стали двух типов карбидов МС и МеС. Карбид МеС: почти полностью раствор етс  в аустените при нагреве под закалку , в то врем  как карбиды МС раствор ютс  значительно хуже и сдерживают рост аустенитного зерна.

Таким образом, обеспечиваетс  в стали сохранение мелкого аустенитного зерна (балл 10-11) и достигаетс  необходима  ле- гированность твердого раствора.

При значени х соотношени  Mo/(V- Zr)-(V-Zr)/1, меньшее -1,0 увеличиваетс  дол  карбидов МС, что приводит к снижению твердости и теплостойкости стали , превышение соотношени  более 1,8 вызывает уменьшение прочности и ударной в зкости стали.

Содержание углерода менее 0,80% приводит к падению теплостойкости стали, а при повышении содержани  углерода более 1,3% снижаетс  пластичность стали при гор чем деформировании и прочностные характеристики после окончательной термообработки.

Содержание молибдена менее 1,5% вызывает обеднение мартенсита молибденом

и падение теплостойкости стали. Повышение содержани  молибдена более 4% при указанных пределах содержани  углерода и ванади  практически не повышает теплостойкости и с учетом дефицитности молибдена нецелесообразно.

Содержание ванади  менее 1,1% приводит к падению прочностных свойств стали и снижению интенсивности вторичного твердени  при отпуске. Увеличение содержани  ванади  более 3,1 % вызывает сниже- ние твердости, теплостойкости и шлифуемости стали.

Содержание хрома в указанных пределах обеспечивает необходимую прокаливаемость стали. Кроме того, хром способствует растворению в аустените карбидов МС и таким образом увеличивает эффект вторичного твердени . При содержании хрома менее 3,5% снижаютс 

твердость и теплостойкость стали. При содержании хрома более 9% происходит увеличение карбидной неоднородности и размеров карбидов, что отрицательно сказываетс  на механических свойствах и шлифуемости стали.

Атомы кремни  замещают в карбидах атомы металлов, способству  таким образом увеличению количества карбидной фазы и повышению теплостойкости стали.

Этот эффект начинает про вл тьс  при содержании кремни  более 0,3%. Содержание кремни  более 1,5% приводит к снижению прочности и теплостойкости стали.

Марганец ввод т в сталь дл  твердорастворного упрочнени  и св зывани  серы в сульфиды MnS. При содержании марганца менее 0,4% его действие не про вл етс , увеличение содержани  марганца более 1,5% вызывает снижение значений твердости и теплостойкости.

Алюминий необходимо вводить в сталь перед введением редкоземельных металлов , циркони  и кальци , чтобы обеспечить раскисление стали и усвоение этих элементов . Раскисл ющее действие алюмини  про вл етс  при содержании его в стали более 0,02%. Алюминий также способствует повышению твердости и теплостойкости, что наблюдаетс  при содержании его до 1 %.

Редкоземельные металлы повышают. о кал и нестойкость стали и увеличивают дисперсность карбидной фазы. При содержании менее 0,005% действие редкоземельных металлов не про вл етс , а содержание редкоземельных металлов более 0,25% обуславливает увеличение доли неметаллических включений.

Известные и предлагаемую сталь выплавл ли в открытой индукционной печи емкостью 60 кг. Церий, мишметалл, цирконий и кальций вводили в предварительно раскисленную сталь. Металл разливали на слитки весом 17 кг. Слитки ковали на заготовки 30 х 30 мм и затем прокатывали на пруток сечением 14 х 14 мм. Из прутка изготовл ли образцы 10х10х55ммибх6х х 60 мм дл  определени  ударной в зкости и испытаний на статический изгиб. Термообработку проводили в сол ных ваннах с окончательным нагревом под закалку в интервале 1190- 1210°С. После закалки образцы отпускали при 550-560°С, в течение 1 ч два раза. Испытани  на ударный и статический изгиб проводили в соответствии с ГОСТ 9454-78 и ГОСТ 14019-68. Твердость определ ли по Роквеллу в соответствии с ГОСТ 9013-59. Шлифуемость оценивали на образцах сечением мм по величине удельной производительности шлифовани  в соответствии с методикой ГСССД 41-82. В качестве эталона прин та сталь Р18 с коэффициентом шлифуемости .

0

5

0

5

0

Химический состав исследованных плавок приведен в табл.1, результаты испытаний - в табл.2.

Как следует из табл.2, предлагаема  сталь имеет лучшую шлифуемость при сохранении высоких значений твердости, теплостойкости , прочности при изгибе и ударной в зкости по сравнению с известными .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Инструментальна  сталь, содержаща  углерод, хром, молибден, ванадий, кремний, марганец, алюминий, редкоземельные металлы , железо, отличающа с  тем,что, с целью повышени  шлифуемости при сохранении уровн  твердости, прочности, теплостойкости и ударной в зкости, она дополнительно содержит цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов , мас.%:

   Углерод

   Хром

   Молибден

   Ванадий

   Кремний

   Марганец

   Алюминий

   Цирконий

   Кальций

   Редкоземельные

   металлы

   Железо

   0,8-1,3

   3,5-9,0

   1.5-4,0

   1.1-3.1

   0,3-1,5

   0,4-1,5

   0.02-1,0

   0,1-0,6

   0,005-0,1

   0.005-0,25 Остальное

   причем выполн етс  соотношение молиб- ден/(ванадий-цирконий)-(ванадий-цирк 5 оний)/1,8 ymepoflf --1,0-1,8.

   Т а С л и ц а 1

   Таблица 2