SU1763511A1 - Сталь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к стали, котора  может быть использована дл  изготовлени  штампов диаметром 230 мм и высотой 295 мм холодного деформировани  дл  прессовани  деталей типа стакана из высокопрочной стали. С целью повышени  твердости, ударной в зкости, предела текучести при сжатии, поеле действи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости, удароустойчивости, износостойкости , сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мае. %: 0,62- 0,80 углерода, 0,7-1,5 кремни , 1,4-1,8 хрома , 0,9-1,3 марганца, 0,7-0,94 молибдена, 0,24-0,56 ванади , 1,4-1,85 никел , 0,002- 0,004 кальци , 0,12-0,16 карбидов тантала, 0,09-0,14 окиси магни , 1,1-1,52 гафни , 0,11-0,16 осми , 0,10-0,22 празеодима, 0,06-0,10 лити , железо - остальное, при условии, что суммарное содержание никел  и кремни  составл ет 2,55-2,9, а отношение суммарного содержани  молибдена, ванади , гафни  к содержанию углерода - 3,25- 3,96.

Description

сл С

Изобретение относитс  к области металлургии , в частности, к области производства сталей, которые могут быть использованы дл  изготовлени  штампов диаметром 230 мм и высотой 295 мм холодного деформировани  дл  прессовани  деталей типа стакана из высокопрочной стали. Известна сталь, содержаща , мае. %:

Углерод0,60-0,78

Кремний0,6-1,5

Марганец 1,5

Хром0,8-1,9

Молибден0,55-1,5

Ванадий0,05-0,50

а также не менее одного элемента из р да Ниобий 0,3

Титан 0,3

Цирконий 0,3

или

Сера 0,3

Селен 0,3

Свинец 0,3

Теллур 0,2

Кальций 0,2

Железо Остальное

(см. за вку Ns 59-80754, Япони , за влена 17.10.82, Кл. МКИ С22 С 38/24, С 22 С 38/28: реферат стали опубликован в реферативном журнале Металлурги , 15И, Металловедение и термическа  обработка, № 4, 1985 г, М.: ВИНИТИ, с. 109, 4И809П). Эта сталь может быть использована дл  изготовлени  штампов диаметром до 230 мм и высотой 295 мм холодного деформировани  при прессовании деталей типа стакана из высокопрочной стали, т.к. композици  по углероду и легирующим элементам может обеспечить при удовлетворительных уровн х твердости, предела текучести при сжатии , ударной в зкости, высокими уровн ми после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости, удароустойчиво-ч

Os

со

СП

-Л

сти, износостойкости. Однако на таком широком диапазоне содержани  легирующих элементов обнаруживаютс  р д составов, которые в одном случае будут иметь низкие значени  твердости, предела текучести при сжатии, износостойкости после воздействи  циклических нагрузок сжати , в другом низка  будет трещиностойкость после воздействи  циклических нагрузок сжати  и низка  удароустойчивость после воздействи  циклических нагрузок сжати . Из-за низкой исходной твердости и низкой износостойкости после воздействи  циклических нагрузок сжати  происходит интенсивный износ штампа в результате чего детали получаютс  бракованными с отклонени ми по размерам: из- за низкой ударной в зкости и низкой трещиностойкости после воздействи  циклических нагрузок сжати  а также из-за низкой удароустойчивости после воздействи  циклических нагрузок сжати  инструмент преждевременно выходит из стро  по причине разрушени  (микротрещинам), что отрицательно сказываетс  на производительности пресса. Из-за низкого предела текучести при сжатии происходит потер  геометрических размеров штампа в результате чего получаютс  детали бракованными по причине ок- лонени  геометрических размеров.

Известна сталь, содержаща , мае. %: Углерод0,5-0,6

Кремний1,2-1,6

Хром0,95-1,1

Марганец0,45-0,6

Молибден0,4-0,6

Ванадий0,1-0,3

Никель1,3-1,5

Кальций0,001-0,003

ЖелезоОстальное

Эта сталь обладает удовлетворительной ударной в зкостью, закаливаемостью а также обладает удовлетворительной способностью сохран ть на высоком уровне после действи  циклических нагрузок сжати  удароустойчивость и поэтому может быть использована дл  изготовлени  штампов диаметром до 230 мм и высотой 295 мм холодного деформировани  дл  прессовани  деталей типа стакана из высокопрочной стали. Однако эта сталь не сохран ет на высоких уровн х после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкость, износостойкость, что отрицательно сказываетс  на эксплуатационной стойкости инструмента: из-за низкой способности сохран ть на высоком уровне после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкость , инструмент преждевременно выходит из стро  по причине разрушени , что отрицательно сказываетс  на производительности пресса а из-за низкой способности сохран ть на высоком уровне после воздействи  циклических нагрузок сжати  износостойкости происходит интенсивный износ штампа в результате чего детали получаютс  бракованными с отклонени ми по геометрическим размерам. Кроме того данна  сталь имеет низкий предел текучести при сжатии, что приводит к потере геомет- рических размеров штампа в результате чего получаютс  детали бракованными по причине отклонени  геометрических размеров . Поэтому ее применение ограничено дл  штампов диаметром до 230 мм и высотой 295 мм холодного деформировани  при прессовании деталей типа стакана из высокопрочной стали. Целью насто щего изобретени   вл етс  устранение указанных недостатков. В основу изобретени  постав- лена задача создать сталь с таким составом, вход щих в нее компонентов и их соотношением , которые обеспечили бы ей после воздействи  циклических нагрузок сжати  высокие уровни трещиностойкости, ударо- устойчивости, износостойкости а также высокие уровни твердости, ударной в зкости, предела текучести при сжатии по сравнению со стал ми аналогичного назначени . Дл  достижени  указанной цели в сталь, в состав которой вход т углерод, кремний, хром, марганец, молибден, ванадий, никель, кальций, железо, согласно изобретению, дополнительно ввод т карбиды тантала, карбиды цери , гафний, осмий, празеодим (физическое состо ние их - твердое), при этом названные ингредиенты должны быть в следующих соотношени х, мае. %: Углерод0,62-0,80

Кремний0,7-1,5

Хром1,4-1,8

Марганец0,9-1,3

Молибден0,7-0,94

Ванадий0,24-0,56

Никель1,4-1,85

Кальций0,002-0,004

Карбиды тантала0,12-0,16

Окись магни 0,09-0,14

Гафний1,1-1,52

Осмий0,11-0,16

Празеодим0,10-0,22

Литий0,06-0,10

ЖелезоОстальное

при условии, что отношение суммарного со- держани  никел  и кремни  должно составл ть 2,55-2,90 мае. %, а также отношение суммарного содержани  молибдена, ванади , гафни  к содержанию углерода должно составл ть 3,25-3,96. Предлагаема  сталь отличаетс  от известной:

1.Дополнительным содержанием карбидов тантала от 0,12 до 0,16 мае. %.Карбиды тантала, введенные в указанных количествах обеспечивают в стали при литье при повышенных температурах 1580- 1785°С равномерное распределение карбидов тантала, которые  вл ютс  зародышами дл  дальнейшего выделени  дисперсных карбидов хрома, молибдена, ванади  а также нитридов и карбонитридов и получение в последующем после ковки и термической обработки структуры с равномерным распределением дисперсных карбидов, нитридов и карбонитридов, что в итоге повышает твердость, предел текучести при сжатии. Уменьшение содержани  карбидов тантала менее 0,12 вес. % снижает их эффективность в стали по измельчению карбидов хрома, молибдена, ванади  а также нитридов и карбонитридов ванади , что отрица- тел ьно сказываетс  на снижении твердости, предела текучести при сжатии. Увеличение карбидов тантала более 0,16 мае. % приводит стали к крупным скоплени м карбидов тантала и вследствии этого образуетс  не- равномерное распределение нитридов и карбонитридов ванади  а также карбидов хрома, молибдена, ванади , которые слабо св заны с матрицей и быстро выкрашиваютс , что отрицательно сказываетс  на сниже- нии после воздействи  циклических нагрузок сжати  износостойкости. Кроме того, из-за крупных скоплений карбидов тантала и карбонитридов, нитридов ванади  а также карбидов хрома, молибдена, ванади  при содержании в стали карбидов тантала более 0,16 мае. % снижаетс  ударна  в зкость.

2.Дополнительным содержанием окиси магни  в пределах 0,09 до 0,14 мае. %. Окись магни , введенна  в указанных количествах создает в стали инертные со слабой реакционной способностью к коагул ции дисперсные упрочн ющие частицы а также придает стали комбинированное карбидно- окисноинтерметаллидное упрочнение, что в совокупности приводит к повышению предела текучести при сжатии а также к повышению после воздействи  циклических нагрузок сжати  износостойкости, ударо- устойчивости. Уменьшение содержани  окиси магни  менее 0,09 мае. % уменьшает

в стали количество инертных со слабой реакционной способностью к коагул ции дисперсных упрочн ющих частиц и снижает эффект комбинированного карбидноинтер- металлидного упрочнени , что приводит к снижению предела текучести при сжатии и к снижению после воздействи  циклических нагрузок сжати  износостойкости, удароустойчивости . Увеличение содержани  окиси магни  более 0,14 мае. % приводит к образованию сложных хромомолибденова- надиевомагниевых окислов в виде хрупких пленок окислов по границам зерен, в результате чего снижаетс  предел текучести при сжатии и снижаетс  после воздействи  циклических нагрузок сжати  удароустойчи- вости, износостойкость.

3.Дополнительным содержанием гафни  от 1,1 до 1,52 мае. %. Гафний, введенный в указанном количестве образует стойкие в коагул ции при эксплуатации стали в режиме циклических нагрузок сжати , мелкодисперсные карбиды гафни , что приводит к повышению твердости и повышению после воздействи  циклических нагрузок сжати  износостойкости. Уменьшение содержани  гафни  менее 1,1 мае. % приводит к небольшому количеству мелкодисперсных стойких к коагул ции карбидов гафни , что отрицательно сказываетс  на снижении твердости, и снижении после воздействи  циклических нагрузок сжати  износостойкости . Увеличение содержани  гафни  более 1,52 мае. % приводит к крупным скоплени м карбидных фаз и образованию карбидной неоднородности, что в итоге отрицательно сказываетс  на снижении ударной в зкости и на снижении после воздействи  циклических нагрузок сжати  уда- роустойчивости. Кроме того, увеличение содержани  гафни  более 1,52 мае. % приводит к перелегированию стали из-за чего образуетс  повышенное количество остаточного аустенита, привод щий к снижению твердости.

4.Дополнительным содержанием осми  от 0,11 до 0,16 мае. %. Осмий, введенный в указанном количестве усиливает образование тонко распределенных дисперсных , выделившихс  при упрочн ющей термической обработке карбидов хрома, молибдена , ванади  и замедл ет процесс коагул ции их при эксплуатации стали в услови х циклического нагружени  сжати , что приводит к повышению после воздейст ви  циклических нагрузок сжати  трещино- стойкости, удароустойчивости. Уменьшение содержани  осми  менее 0,11 мае. % не эффективно, т.к. снижение содержани  осми  снижает образование при термической обработке тонко распределенных дисперсных карбидов хрома, молибдена, ванади , что приводит к снижению после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещино- стойкости, удароустойчивости, Увеличение содержани  осми  более 0,16 мае, % приводит к образованию по границам зерен хрупкого соединени  в виде пленок FeOS, что

отрицательно сказываетс  на снижении после воздействи  циклических нагрузок сжати  удароустойчивости, трещиностойкости.

5.Дополнительным содержанием празеодима от 0,10 до 0,22 мае. %. Празеодим, введенный в указанном количестве измен ет природу, форму и распределение сульфидных включений: сульфидные включени  станов тс  более тугоплавкими и глобул рными , границы зерен очищаютс  от суль- фидных включений не только по границам

но и в теле зерен. Все это в совокупности повышает ударную в зкость а также повышает после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкость. Кроме того, празеодим, введенный в указанном количестве образует сложные окислы празеодима с хромом, ванадием, марганцем типа шпинели , что также повышает после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкость. Уменьшение содержани  празеодима менее 0,10 мае. % неэффективно , т.к. снижение содержани  празеодима уменьшает его роль как глобул ризатора сульфидных включений: незначительно очи- щает зерна от сульфидных включений как по границам так и по телу зерен а также уменьшает количество сложных окислов празеодима с хромом, ванадием, марганцем типа шпинели, что в совокупности приводит к сни- жению ударной в зкости и к снижению после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости. Увеличение содержани  празеодима выше 0,22 мае. % также нежелательно , т.к. будет иметь место загр зне- ние металла сложными многофазными включени ми, при этом за счет увеличени  остаточного Аразеодима в расплаве заметно возрастает склонность стали к повторному окислению и загр зненность стали неметаллическими включени ми увеличиваетс , в результате чего снижаетс  ударна  в зкость и снижаетс  после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкость .

6,Дополнительным содержанием лити  от 0,06 до 0,10 мае, %. Литий, введенный в указанном количестве усиливает общую де- сульфурацию стали, уплотн ет структуру вблизи зерен, очищает от фосфора и карбид- ных выделений, что в совокупности повышает ударную в зкость и повышает после воздействи  циклических нагрузок сжати  износостойкость. Уменьшение содержани  лити  менее 0,06 мае. % неэффективно, т.к. снижение содержани  лити  повышает рыхлость структуры вблизи зерен, не очищает границы зерен от обогащени  фосфором и карбидных выделений, что приводит к снижению ударной в зкости и к снижению поеле воздействи  циклических нагрузок сжати  износостойкости. Увеличение содержани  лити  более 0,10 мае. % приводит к повышению загр зненности стали окислами лити  в результате повторного окислени  лити  и его соединений, что отрицательно сказываетс  на снижении ударной в зкости и на снижении после воздействи  циклических нагрузок сжати  износостойкости.

7.Суммарное содержание кремни  и никел  в стали должно составл ть 2,55-2,90 мае. %. При этом содержание в стали кремни , никел  должно быть в пределах состава за вл емой стали, т.е. кремни  в пределах 0,7-1,5 мае. %, никел  в пределах 1,4-1.85 мае. %. Суммарное содержание в стали кремни  и никел  в пределах 1,55-2,90 мае. % при упрочн ющей термической обработки обеспечивает как в теле так и по границам зерен мелкодисперсные равномерные выделени  карбидов ванади , молибдена, гафни  а также карбонитридов ванади , гафни  в результате чего повышаетс  ударна  в зкость и повышаетс  после воздействи  циклических нагрузок сжати  удароустойчивость. Суммарное содержание в стали кремни  и никел  менее 2,55 мае. % при упрочн ющей термической обработки приводит к неравномерному выделению дисперсных карбидов ванади , молибдена, гафни  а также карбидонитридов ванади , гафни  как в теле так и по границам зерен в результате чего снижаетс  ударна  в зкость и снижаетс  после воздействи  циклических нагрузок сжати  удароустойчивость. Суммарное содержание в стали кремни  и никел  более 2,90 мае. % приводит при упрочн ющей термической обработки к выделению укрупненных карбидов ванади , молибдена, гафни  а также карбонитридов ванади , гафни  как в теле так и по границам зерен в результате чего снижаетс  ударна  в зкость и снижаетс  после воздействи  циклических нагрузок сжати  удароустойчивость.

8.Отношение суммарного содержани  молибдена, ванади , гафни  к содержанию углерода должно составл ть 3,25-3,96. При этом содержание в стали молибдена, ванади , гафни , углерода должно быть в пределах состава за вл емой стали, т.е. молибдена в пределах 0,7-0,94 мае. %, ванади  0,24-0,56 мае. %, гафни  1,1-1,52 мас. %, углерода 0,62-0,80 мае. %. Отношение суммарного содержани  молибдена, ванади , гафни  к содержанию углерода в пределах 3,25-3,96 обеспечивает высокое обогащение мартенсита углеродом, в результате чего повышаетс  твердость, предел текучести при сжатии. Отношение

суммарного содержани  молибдена, ванади , гафни  к содержанию углерода менее 3,25 приводит к переобогащению мартенсита углеродом из-за чего образуетс  большое количество остаточного аустенита, что отрицательно сказываетс  на снижении твердости , предела текучести при сжатии. Отношение суммарного содержани  молибдена , ванади , гафни  к содержанию углерода более 3,96 приводит к снижению степени обогащени  мартенсита углеродом, в результате чего снижаетс  твердость и предел текучести при сжатии. Кроме того, отношение суммарного содержани  молибдена, ванади , гафни  к содержанию углерода более 3,96 приводит к крупным скоплени м по границам зерен карбидов молибдена, ванади , гафни  а также карбонитридов ванади , гафни  в результате чего снижаетс  после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкость. Приведенное содержание углерода (0,62-0,80 мае. %) обеспечивает стали высокие уровни твердости, предела текучести при сжатии. Указанное содержание кремни  (0,7-1,5 мае. %) обеспечивает стали полное раскисление и получение плотной отливки а также повышение удароустойчивости после воздействи  циклических нагрузок сжати . Введение в сталь марганца в пределах от 0,9 до 1,3 мае. %, хрома от 1,4 до 1,8 мае. % обеспечивает стали после воздействи  циклических нагрузок сжати  высокие уровни износостойкости . Введение в сталь ванади  в пределах от 0,24 до 0,56 мае. %, молибдена от 0,7 до 0,94 мае. % повышает твердость и предел текучести при сжатии. Введение в сталь никел  в пределах от 1,4 до 1,85 мае. %, кальци  от 0,002 до 0,004 мае. % повышает ударную в зкость а также повышает после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкость. Основным компонентом стали  вл етс  железо, но кроме указанных легирующих элементов в ней содержитс  примеси в мае. %: серы до 0,03, фосфора до 0,03, меди до 0,20. Наиболее эффективно сталь, согласно изобретению, может быть использована дл  изготовлени  штампов диметром до 230 мм, высотой 295 мм холодного деформировани  дл  прессовани  деталей типа стакана из высокопрочной стали. Дл  по снени  изобретени  ниже описаны примерные составы сталей со ссылками на прилагаемую таблицу. Сталь, согласно изобретению , выплавл ют в электропечах по известным способам выплавки инструментальных сталей на обычных шихтовых материалах с соответствующим содержанием ингредиентов . Дл  подтверждени  того, что за вл ема  сталь в соответствии с формулой

изобретени  обеспечивает достижение поставленной цели приводим дл  сравнени  плавки Мг 6-8 конкретного выполнени  с граничным и оптимальным значени ми всех

ингредиентов, вход щих в состав известной стали (прототипа) с полученными по каждому из них механико-технологическими свойствами в процессе их испытани  на образцах того же типа и при тех же одина0 ковых услови х их изготовлени , что и за вл емой стали (плавки № 1-5).

Химический состав сталей плавок 1-8 приведен в табл.1

Состав плавки 1 (см. табл. 1) не обеспе5 чивает стали высокой твердости: твердость на шлифованных, с параметром шероховатости Ra 0,32 мкм по ГОСТ 2789-73, образцах размером 15x15x15 мм, вырезанных электроэрозионным способом с поверхно0 сти заготовок диаметром 230 мм и высотой 295 мм, прошедшие закалку от температуры аустенитизации 890°С с выдержкой 3,5 ч и охлаждени  в масле (и двухкратный отпуск) первый отпуск при температуре 230°С про5 должительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С: второй отпуск при температуре 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С (составл ет при температуре испытани  20°С 59,1 ед. HRC. Сталь,

0 указанного состава имеет низкую ударную в зкость 456 кДж/м2. Ударную в зкость определ ли на шлифованных до параметра шероховатости Ra 0,32 мкм по ГОСТ 2789- 73 образцах II типа по ГОСТ 9454-78 при

5 V-виде концентратора (R 0,25 мм) напр жени . Образцы дл  определени  ударной в зкости вырезались электроэрозинным способом с поверхности заготовок диаметром 230 мм и высотой 295 мм, прошедшие

0 закалку (закалка от температуры аустенитизации 890°С с выдержкой 3,5 ч и охлаждени  в масле) и двухкратный отпуск (первый отпуск при 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С: второй от5 пуск при температуре 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С). Испытани  производили на копре с запасом работы ма тника 147 Дж при температуре 20°С. Сталь, указанного состава при темпе0 ратуре испытани  20°С имеет низкий предел текучести при сжатии равный 2000 МПа. Предел текучести при сжатии определ лс  на образцах диаметром 5 мм, высотой 8 мм/образцы электроэрозионным способом

5 вырезались с поверхности заготовок диаметром 225 мм и высотой 295 мм, прошедшие закалку от температуры аустенитизации 890°С с выдержкой 3,5 ч и охлаждени  в масле и двухкратный отпуск (первый отпуск при температуре 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С: второй отпуск при температуре 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С). Образцы шлифовали до параметра шероховатости Ra 0,32 мкм по ГОСТ 2789-73 и испытывали при температуре 20°С на машине ИМ-12А с записью диаграмм нагружени  при скорости нагружени  1,2 мм/мин. Сталь, указанного состава, после термической обработки и воздействи  циклических нагрузок сжати  при температуре 20°С имеет низкую трещиностойкость 0,1085 мм. Образцы дл  определени  тре- щиностойкости, вырезались электроэрозионным способом с поверхности штампа диаметром 225 мм и высотой 295 мм, прошедшие закалку от температуры аустенити- зации 890°С и двухкратный отпуск (первый отпуск при температуре 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С: второй отпуск при температуре 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С (и действи  циклических нагрузок сжати , нормально приложенных к плоской поверхности штампа циклирова- ни ). Циклирование штампов производили на гидравлическом прессе путем циклического нагружени  сжати  при нормальном напр жении 190 кгс/мм в количестве 2600 циклов. Обща  продолжительность одного цикла 31 с., в том числе: врем  дл  достижени  напр жени  190 кгс/мм составл ло 8 с., активное врем  нажати  4,5 с., врем  на перемещение штока пресса дл  производства следующего цикла составол ло 18,5 с. Усилие пресса замер ли манометром, врем  определ ли секундомером. Следует отметить , что нормальное напр жение равное 190 кгс/мм - это минимальное напр жение , необходимое дл  прессовани  деталей, а число циклов равное 2600, - это средн   стойкость штампов, изготовленных из стали прототипа. Трещиностойкость Скр оценивали по длине зародышевой трещины, возникающей на границе карбидной фазы и мартенсита по формуле:

CKp 44(KLC/H)2, мм

где KLC - критический коэффициент интен сивности напр жени , кгс/мм , Н - микротвердость , измеренна  на приборе ПМТ-3 при нагрузке 100 г, кгс/мм2. Методика испытани  на трещиностойкость описана в книге С.И. Булычев, В.П. Алехин Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора, М., Машиностроение, 1990 г., с. 141. Критический коэффициент интенсивности напр жени  определ ли на призматических с наведенной усталостной

г

трещиной образцах малого размера 15x20x150 мм/образцы электроэрозионным способом вырезались с поверхности штампа диаметром 225 мм и высотой 295 мм

прошедшие по вышеописанным режимам закалки, двухкратного отпуска и циклирова- ни . Образцы шлифовали до параметра шероховатости Р 0,32 мкм по ГОСТ 2789-73. Испытани  образцов проводили при температуре 20°С на копре с запасом энергии 147 Дж. В процессе испытани  определ ли полную работу разрушени  (А, Дж) и непосред- ственно на изломе длину исходной усталостной трещины (I, мм). Эти данные

были исходными дл  вычислени  характеристик KLC по формуле:

20

25

35

50

55

К 17ГГ:

Е А t

(I -v)2tH В2 (2,94 -4,461/В) где Е и v- соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона. В, t и tH - высота, номинальна  толщина и толщина образцов в нетто-сечении (методика испытани  описана в автореферате кандидатской диссертации Гельмйза В.И. Теоретическое и экспериментальное исследование в зкости разрушени  конструкционных и корпусных сталей при динамическом нагружении, М,: ЦНИИТ- МАШ, 1974 г., 30 с.). Из половинок отработанных (прошедших испытани -испытанных) образцов критического коэффициента интенсивности напр жени  на поверхности перпендикул рной линии надреза, готовили темплеты-микрошлифы (размер темплетов- микрошлифов составл л 15x20x75 мм). На темплетах-микрошлифах прибором ПМТ-3 при нагрузке 100 г определ ли микротвердость на границе карбидной фазы и мартенсита (вершина алмазной пирамиды прибора ПМТ-3 внедр лась на границе карбидной фазы и мартенсита). Травление микрошлифов производили 4%-ным этиловым спиртовым раствором азотной кислоты при температуре 20°С в течение 30 с. Сталь, указанного состава после термической обработки и воздействи  циклических нагрузок сжати  при температуре 20°С имеет низкую удароустойчивость равную 1072 ударов . Удароустойчивость определ ли на образцах диаметром 15 мм и высотой 24 мм, вырезанных электроэрозионным способом с поверхности штампа диаметром 225 мм и высотой 295 мм, прошедшие закалку от температуры аустенитизации 890°Сс выдержкой 3,5 ч и охлаждени  в масле и двухкратный отпуск (первый отпуск при температуре 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С: второй отпуск при температуре 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе по 20°С) и воздействи  циклических нагрузок сжати , нормально приложенных к плоской поверхности штампа (циклировани ). Циклирование штампов (приложение циклических нагрузок сжати ) производили на гидравлическом прессе путем циклического нагружени  сжати  при нормальном напр жении 190 кгс/мм2 в количестве 2600 циклов. Обща  продолжительность одного цикла 31 с., в том числе: врем  дл  достижени  напр жени  190 кгс/мм составл ло 8 с, активное врем  нажати  4,5 с, врем  на перемещение штока дл  производства следующего цикла составл ло 18,5 с. Усилие пресса замер ли манометром, врем  определ ли секундомером . Следует отметить, что нормальное напр жение равное 190 кгс/мм2 - это минимальное напр жение, необходимое дл  прессовани  деталей, а число циклов равное 2600 - это средн   стойкость штампов , изготовленных из стали прототипа. Образцы дл  определени  удароустойчивости шлифовали до параметра шероховатости Ra 0,32 мкм по ГОСТ 2789-73 и испытывали при температуре 20°С на копре при энергии удара 19,6 Дж. Удар производили в центр торцевой части шариком диаметром 19 мм из закаленной с твердостью 62,0 ед. HRC стали ШХ15: удароустойчивость определ лась по числу ударов до образовани  первой трещины на образце (методика испытани  описана в книге Б.А.Воинов Износостойкие сплавы и покрыти , М.: Машиностроение, 1980 г., с. 53), Сталь, указанного состава после термической обработки и действи  циклических нагрузок сжати  при температуре 20°С имеет низкую износостойкость: потер  массы у испытанных обазцов составила 12,74 грамм. Износостойкость определ ли на образцах диаметром 28 мм и высотой 23 мм, вырезанных электроэрозионным способом с поверхности штампа диаметром 225 мм и высотой 295 мм, прошедший закал ку от температуры аустенитизации 890°С с выдержкой 3,5 ч и охлаждени  в масле и двухкратный отпуск (первый отпуск при температуре 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С: второй отпуск при температуре 230°С продолжительностью 5 ч, охлаждение на воздухе до 20°С) и воздействи  циклических нагрузок сжати , нормально приложенных к плоской поверхности штампа (циклировани ). Циклирование штампов (приложение циклических нагрузок сжати ) производили на гидравлическом прессе путем циклического нагружени  сжати  при нормальном напр жении 190 кгс/мм в количестве 2600 циклов. Обща  продолжительность одного цикла 31 с. в том числе: врем  дл  достижени  напр жени  190 кгс/мм составл ло 8 с, активное врем  нажати  4,5 с, врем  на перемещение штока пресса дл  производства следующего цикла составл ло 18,5 с. Усилие пресса замер ли манометром, врем  определ ли секундомером . Следует отметить, что нормальное

0 напр жение равное 190 кгс/мм - это минимальное напр жение, необходимое дл  прессовани  деталей, а число циклов равное 2600, - это средн   стойкость штампов, изготовленных из стали прототипа. 065 разцы дл  определени  износостойкости шлифовали до параметра шероховатости Р 0,32 мкм по ГОСТ 2789-73. Испытани  на износ(износостойкость) призводили при температуре 20°С в абразивной массе зерна

0 электрокорунда белого Э Б твердостью 2000 даН/мм крупностью 500 мкм, при малой частоте вращени  абразивного резервуара 8,1 об/мин. Глубина сло  зерна в резервуаре 70 мм, глубина погружени  нижнего тор5 ца образца 60 мм. Минимальное рассто ние боковой поверхности образца от боковой поверхности абразивного резервуара 10 мм, длительность испытани  при температуре 20°С 60 мин. Износостойкость (износ)

0 определ лась по потере массы: взвешивание производили на аналитических весах ВЛА-200 г-М. При испытании верхние и нижние торцы образцов прикрывались шайбами соответствующих размеров и не

5 изнашивались (методика испытани  на износостойкость описана в книге В.Н.Кащее- ва Процессы в зоне фрикционного контакта металлов, М.: Машиностроение, 1978 г., 213 с.). Состав плавки 2, при рас0 смотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружени  сжати  обеспечивает стали высокими уровн ми твердости (60,2 ед. HRC), ударной в зкости (594

5 кДж/м2), предела текучести при сжатии (2200 МПа) а также обеспечивает стали высокими уровн ми после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости (0,192 мм), удароустойчивости (1397 ударов),

0 износостойкости (8,9 г). Состав плавки 3, при рассмотренных выше методах испытаний , режимах термической обработки и циклического нагружени  сжати  обеспечивает стали высокие уровни твердости (61,5 ед.

5 HRC), ударной в зкости (556 кДж/м2), предела текучести при сжатии (2305 МПа) а также обеспечивает стали высокие уровни после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости (0,171 мм), удароустойчивости (1302 ударов), износостойкости (7,8 г). Состав плавки А, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах тер- мической обработки и циклического нагружени  сжати  обеспечивает стали высокие уровни твердости (62,9 ед. HRC), удар- ной в зкости (514 кДж/м ), предела текучести при сжатии (2410 МПа) а также обеспечивает стали высокие уровни после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости (0,154 мм), удароустой- чивости (1204 ударов), износостойкости (6,74 г), Состав плавки 5, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружени  сжати  не обеспечивает стали высокие уровни твердости (58,5 ед. HRC), ударной в зкости (424 кДж/м ), предела текучести при сжатии (2080 МПа), а также не обеспечивает высокими уровн ми после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости (0,107 мм), удароустой- чивости (997 ударов), износостойкости (11,22 г). Состав плавки 6, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружени  сжати  не обеспечивает стали высокие уровни твердости (52,1 ед. HRC), ударной в зкости (380 кДж/м ), предела текучести при сжатии (1800 МПа) а также не обеспечивает высокими уровн ми после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости (0,099 мм), удароустой- чивости (697 ударов), износостойкости (16,2 г). Состав плавки 7, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружени  сжати  не обеспечивает стали высоких уровней твердости (53,4 ед. HRC), ударной в зкости (343 кДж/м2), предела текучести при сжатии (1880 МПа), а также не обеспечивает высокими уровн ми после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости (0,084 мм), удароустой- чивости (604 ударов), износостойкости (15,4 г). Состав плавки 8, при рассмотренных выше методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружени  сжати  не обеспечивает стали высоких уровней твердости (55,3 ед. HRC), ударной в зкости (290 кДж/м2), предела текучести при сжатии (1910 МПа) а также не обеспечивает высокими уровн ми после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости (0,063 мм), удароустойчивости (592 ударов), износостойкости (14,3 г);

Механические свойства предлагаемой стали, представлены в табл. 2 в сопоставлении с известной сталью.

Приведенные в таблице данные под- тверждаютс  актом испытаний (приложение к материалам за вки). Предлагаема  сталь дл  штампов холодного деформировани , как видно из данных таблицы, состава плавок 2,3,4 при высоких значени х твердости, ударной в зкости, предела текучести при сжатии, имеет высокие уровни после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещи но стой кости, удароустойчивости, износостойкости. Применение за вл емой стали дл  штампов холодного деформировани  приводит к увеличению стойкости инструмента .

Предлагаема  сталь прошла испытани  на Орском механическом заводе и рекомен- дована руководством завода к внедрению.

Claims (3)

1.Сталь, содержаща  углерод, кремний, хром, марганец, молибден, ванадий, никель, кальций и железо, отличающа с  тем,

что, с целью повышени  твердости, ударной в зкости, предела текучести при сжатии, после воздействи  циклических нагрузок сжати  трещиностойкости, удароустойчивости и износостойкости, она дополнительно со- держит карбиды тантала, окись магни , гаф- ний, осмий, празеодим, литий при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Углерод0,62-0,80

Кремний0,7-1,5

Хром1,4-1,8

Марганец0,9-1,3

Молибден0,7-0,94

Ванадий0,24-0,56

Никель1,4-1,85

Кальций0,002-0,004

Карбиды тантала0,12-0,16

Окись магни 0,09-0,14

Гафний1,1-1,52

Осмий0,11-0,16

Празеодим0,10-0,22

Литий0,06-0,10

ЖелезоОстальное

2.Сталь по п. 1,отличающа с  тем, что суммарное содержание никел  и

кремни  составл ет 2,55-2,90.

3.Сталь по п. 1,отличающа с  тем, что отношение суммарного содержани  молибдена, ванади , гафни  к содержанию углерода составл ет 3,25-3,96.

Таблица 2