SU1749306A1

SU1749306A1 - Die steel

Info

Publication number: SU1749306A1
Application number: SU904885987A
Authority: SU
Inventors: Молданбай Хайржанович Керейбаев; Наталья Дмитриевна Селиванова; Владимир Евгеньевич Дамбит; Валентин Георгартович Орловский
Original assignee: Производственное объединение "Завод транспортного машиностроения"
Priority date: 1990-08-21
Filing date: 1990-08-21
Publication date: 1992-07-23

Abstract

Изобретение относитс к металлургии и св зано с получением высококачественных штамповых сталей, примен ющихс дл гор чего деформировани цветных металлов, в частности дл пресс-форм лить под давлением алюминиевых сплавов. Штампова сталь содержит, мас.%: углерод 0,46-0,53; кремний 0,20-0,50; марганец 0,40-0,70: хром 1,50-2,00; молибден 0.80-t,10; ванадий 0,30-0.50; никель 1,20-1.60; медь 0,05- 0,3; ниобий 0,05-0.10: кальций 0.005-0,05: тантал 0,05-0,10; РЗМ 0,05-0.10; железо - остальное. Сталь имеет повышенные прочностные свойства, жидкотекучесть, жаростойкость и эрозионную стойкость 2 таблThe invention relates to metallurgy and is associated with the production of high quality die steels used for the hot deformation of non-ferrous metals, in particular for molds cast under the pressure of aluminum alloys. Stamped steel contains, wt%: carbon 0.46-0.53; silicon 0.20-0.50; manganese 0.40-0.70: chromium 1.50-2.00; molybdenum 0.80-t, 10; vanadium 0.30-0.50; Nickel 1.20-1.60; copper 0.05-0.3; niobium 0.05-0.10: calcium 0.005-0.05: tantalum 0.05-0.10; REM 0.05-0.10; iron - the rest. Steel has high strength properties, fluidity, heat resistance and erosion resistance 2 tab.

Description

Изобретение относитс к металлургии, касаетс изыскани высококачественных штамповых сталей, работающих с высоким удельным давлением (до 100-120 кг/м ) при относительно плавном нагружении и значительном разогреве поверхностных слоев, примен ющихс дл пресс-форм лить под давлением алюминиевых сплавовThe invention relates to metallurgy, the search for high-quality die steels, working with high specific pressure (up to 100-120 kg / m) with relatively smooth loading and significant heating of the surface layers used for molds cast under the pressure of aluminum alloys.

Известно, что дл повышени теплостойкости в штамповые стали рекомендуетс вводить в качестве микролегирующих добавок тантал, ниобий, церий, а также отдельные редкоземельные элементы или их сумму.It is known that in order to increase the heat resistance in die steels, it is recommended to introduce tantalum, niobium, cerium, as well as individual rare earth elements or their sum as microalloying additives.

Известны штампова сталь и жаропрочна сталь. Недостатком штамповой стали вл етс высока скорость разупрочнени при изменении температурных режимов, а также относительно быстрое снижение твердости, что приводит к изменению геометрических размеров пресс-форм и снижению стойкости инструментаPressed steel and heat resistant steel are known. The disadvantage of die steel is a high rate of softening when temperature conditions change, as well as a relatively rapid decrease in hardness, which leads to a change in the geometric dimensions of the molds and a decrease in tool life.

Недостатком жаропрочной стали вл етс низка механическа прочность при гор чем деформировании.The disadvantage of heat-resistant steel is low mechanical strength during hot deformation.

Наиболее близка по целевому назначению и предлагаемому техническому решению сталь (1) состава, мас.%:Closest to the intended purpose and the proposed technical solution of steel (1) composition, wt.%:

Углерод0.46-0,53Carbon 0.46-0.53

Кремний0,20-0,50Silicon 0.20-0.50

Марганец0.40-0.70Manganese0.40-0.70

Хром1.50-2,00Chrome 1.50-2.00

Молибден0.80-1,10Molybdenum0.80-1,10

Ванадий0,30-0,50Vanadium 0.30-0.50

Никель1.20-1,60Nickel1.20-1.60

МедьДо 0,30Copper up to 0.30

ЖелезоОстальноеIronErest

Длительна промышленна эксплуатаци пресс-форм под давлением показала ее недостаточную жаропрочность и эрозионную стойкость Существенным недостатком данной стали вл етс относительно невысокие литейные свойства, особенно жидкотекучесть .Prolonged industrial operation of molds under pressure has shown its insufficient heat resistance and erosion resistance. A significant disadvantage of this steel is the relatively low casting properties, especially its fluidity.

Целью изобретени вл етс повышение жидкотекучести стали и эксплуатационсл СThe aim of the invention is to increase the fluidity of steel and operation.

22

о соabout with

о looh lo

ной стойкости лить штамповых инструментов за счет повышени прочности, жаропрочности и эрозионной стойкости стали.durability cast die tools by increasing the strength, heat resistance and erosion resistance of steel.

Эта цель достигаетс тем, что штампо- ва сталь, содержаща углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, никель , медь и железо, дополнительно содержит ниобий, кальций, тантал и редкоземельные элементы при следующем соотношении компонентов, мас.%:This goal is achieved by the fact that stamped steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium, nickel, copper and iron, additionally contains niobium, calcium, tantalum and rare earth elements in the following ratio, wt.%:

Углерод0,46-0,53Carbon0.46-0.53

Кремний0,20-0,50Silicon 0.20-0.50

Марганец0,40-0,70Manganese 0.40-0.70

Хром1,50-2.00Chrome 1.50-2.00

Молибден0,80-1,10Molybdenum 0.80-1.10

Ванадий0,30-0,50Vanadium 0.30-0.50

Никель1,20-1,60Nickel1.20-1.60

Медь0.05-0,30Copper0.05-0.30

Ниобий0,05-0,10Niobium 0.05-0.10

Кальций0,005-0,05Calcium0.005-0.05

Тантал0,05-0,10Tantalum 0.05-0.10

РЗМ0,05-0,10РЗМ0.05-0.10

ЖелезоОстальноеIronErest

Сталь содержит примеси: фосфор до 0,03%, сера до 0,03%. Содержание лигиру- ющих элементов выбрано таким, чтобы материал при рысоких температурах и больших удельных давлени х про вил структурную и размерную стабильность, обеспечива высокую работоспособность литых пресс-форм. Введение ниоби и тантала улучшает прочностные свойства штам- повой стали, повышает жаропрочность и эрозионную стойкость. Добавки ниоби и тантала меньше 0,05% каждого неэффективны , а при содержании свыше 0,1 % обра- зуютс термически стойкие карбиды, которые не перераспредел ютс в процессе, термообработки, что приводит к снижению механических свойств.Steel contains impurities: phosphorus up to 0.03%, sulfur up to 0.03%. The content of the ligating elements is chosen so that the material at high temperature and high specific pressures will provide structural and dimensional stability, ensuring high performance of cast molds. The introduction of niobium and tantalum improves the strength properties of the stamp steel, increases the heat resistance and erosion resistance. Additives of niobium and tantalum less than 0.05% of each are ineffective, and when the content is above 0.1%, thermally stable carbides are formed, which are not redistributed during the heat treatment process, which leads to a decrease in mechanical properties.

Редкоземельные элементы оказывают модифицирующее вли ние на процесс кристаллизации , то есть уменьшают химическую неоднородность, измельчают дендритную структуру, что приводит к повышению прочности и жаропрочности стали. Содержание РЗМ менее 0,05% неэффективно. При содержании РЗМ более 0,1 % происходит выделение грубых фаз по границам зерен , что уменьшает прочность и жаропрочность . Введение кальци улучшает жидкоте- кучесть стали за счет ее очищени от вредных примесей. Добавка кальци менее 0,005% неэффективна, а при содержании свыше 0,1% происходит выделение неметаллических включений по границам зерен, что ухудшает свойства стали.Rare-earth elements have a modifying effect on the crystallization process, i.e., reduce chemical heterogeneity, crush the dendritic structure, which leads to an increase in the strength and heat resistance of steel. REM content less than 0.05% is ineffective. When the content of rare-earth metals more than 0.1%, the release of coarse phases along the grain boundaries, which reduces the strength and heat resistance. The introduction of calcium improves the fluidity of steel due to its purification from harmful impurities. Calcium additive less than 0.005% is ineffective, and if the content exceeds 0.1%, non-metallic inclusions are released along the grain boundaries, which degrades the properties of the steel.

Присутствие меди в сплаве оказывает положительное вли ние на увеличение про- каливаемости стали ввиду ее высокой теплопроводности . При содержании медг менее 0,05% в сплаве наблюдаетс снижение прокаливаемости. Верхний предел содержани меди 0,30% выбран исход из того. что при содержании меди выше 0,30% сплав склонен к образованию поверхностных трещин при гор чей обработке давлением.The presence of copper in the alloy has a positive effect on the increase in the hardenability of steel due to its high thermal conductivity. When the content of the medg is less than 0.05% in the alloy, a decrease in hardenability is observed. The upper limit of the copper content is 0.30% based on that. when the copper content is above 0.30%, the alloy is prone to the formation of surface cracks during hot pressure treatment.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что не имеетс 0 составов штамповых сталей, идентичных предлагаемому составу. Данный состав компонентов придает литой штамповой стали более высокую жидкотекучесть и эксплуатационную стойкость, что позвол ет 5 сделать вывод о соответствии предлагаемого решени критерию существенное отличие .An analysis of the patent and scientific literature has shown that there are no compositions of die steels that are identical to the composition proposed. This composition of the components gives the die die-cast steel a higher fluidity and operational durability, which allows 5 to conclude that the proposed solution meets the criterion of a significant difference.

Пример. Дл экспериментальной проверки были проведены плавки предлага- 0 емой стали с содержанием элементов на нижнем, среднем и верхнем уровн х и одна плавка стали-прототипа 5x3 МНФ (ДИ-32). мас.%:Example. For an experimental check, the proposed steel was melted with elements at the lower, middle and upper levels, and one melting of the prototype steel 5x3 MNF (DI-32). wt.%:

Углерод0,50Carbon 0.50

5 Кремний0,355 Silicon0.35

Марганец0,60Manganese 0.60

Хром1,80Chrome 1.80

Ванадий0.45Vanadium0.45

Молибден0,95Molybdenum0.95

0Никель1,400Nickel1.40

Медь0,21Copper 0.21

ЖелезоОстальноеIronErest

В лабораторных услови х по стандартным методикам был проведен анализ хими- 5 ческого состава каждой плавки, приведенной в табл. 1.Under laboratory conditions, according to standard methods, an analysis of the chemical composition of each melt was carried out, as given in Table. one.

Учитыва , что содержание всех лигиру- ющих элементов кроме тантала, ниоби , кальци , РЗМ соответствует диапазону их 0 концентраций 5х2МНФ (ДИ-32), то исследование проводилось только дл плавок с варьированием концентрацией дополнительных элементов. Плавки проводились в открытых индукционных печах с магнезито- 5 вой футеровкой. Перед кажой плавкой проводилась замена футеровки на новую с целью избежани загр знени образцов ниобием , танталом, кальцием и РЗМ от предыдущих плавок. Полученные образцы 0 подвергались испытанию на определение механических свойств в лабораторных услови х . Заготовки проходили закалку от 900°С и отпуск 550°С. Жидкотекучесть определ лась заливкой металла в песчаные формы по 5 ГОСТ 16438-70, а жаропрочность - в соответствии с ГОСТ 6130-71.Taking into account that the content of all ligating elements except tantalum, niobium, calcium, REM corresponds to the range of their 0 concentrations of 5x2MNF (DI-32), the study was conducted only for heats with varying concentrations of additional elements. Melting was carried out in open induction furnaces with a magnesite lining. Before each fusion, the lining was replaced with a new lining in order to avoid contamination of the samples with niobium, tantalum, calcium and rare-earth metals from previous melts. The resulting specimens, 0, were tested for the determination of mechanical properties under laboratory conditions. The blanks were hardened from 900 ° C and tempering 550 ° C. Fluidity is determined by pouring metal into sand molds according to 5 GOST 16438-70, and the heat resistance is in accordance with GOST 6130-71.

Эрозионна стойкость испытуемых материалов определ лась следующим образом: испытуемый образец (цилиндр диаметром 5 мм, высотой 30 мм) помещалс The erosion resistance of the tested materials was determined as follows: the test sample (cylinder 5 mm in diameter, 30 mm high) was placed

в рас ллав алюмини при 700°С таким образом , чтобы половина образца оставалась в воздушной атмосфере. Эрозионна стойкость определ лась как величина, обратно пропорциональна скорости коррозии образца . За результат испытаний во всех случа х бралось среднее значение по п ти образцам от каждой плавки. Результаты ис- пытаний приведены в табл. 2.in the molten aluminum at 700 ° C so that half of the sample remained in the air atmosphere. Erosion resistance was defined as a quantity inversely proportional to the corrosion rate of the sample. The average value of five samples from each heat was taken for the test result in all cases. The test results are given in Table. 2

Из приведенных в табл. 2 данных видно, что совместное введение ниоби , кальци , тантала и РЗМ повышает жидкотекучесть, прочность, жаропрочность и эрозионную стойкость стали.From the table. 2 data shows that the joint introduction of niobium, calcium, tantalum and rare-earth metals increases the fluidity, strength, heat resistance and erosion resistance of steel.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение увеличивает жидкотекучесть на 50%, прочность на 10%, а жаропрочность и эрозионную стойкость - в 1,7-2,0 раза, что значительно повышает стойкость штампового инструмента, изготовленного из предлагаемой стали.Compared with the prototype, the proposed technical solution increases the fluidity by 50%, strength by 10%, and heat resistance and erosion resistance - by 1.7-2.0 times, which significantly increases the resistance of the die tool made of the proposed steel.

00

Claims

Claims of die-cast steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, copper, vanadium and iron, characterized in that it also contains niobium, calcium, tantalum to increase its fluidity, strength, heat resistance and erosion resistance. and REM in the following ratio, wt.% 4

five

0

Carbon

Silicon

Manganese

Chromium

Molybdenum

Vanadium

Nickel

Copper

Niobium

Calcium

Tantalum

Rare earth metal

Iron

five

0.46-0.53

0.20-0.50

0.40-0.70

1.50-2.00

0.80-1.10

0.30-0.50

1.20-1.60

0.05-0.3

0.05-0.10

0,005-0,050

0.05-0.10

Rest

Table 1

table 2