Инструментальная сталь

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Автор Федулов Владимир Николаевич(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Инструментальная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий и железо, отличающаяся тем, что содержит компоненты в следующем соотношении, мас.углерод 0,85-0,95 кремний 0,60-1,20 марганец 0,50-0,80 хром 1,40-1,75 никель 0,60-0,90 молибден 0,15-0,30 ванадий 0,06-0,15 железо остальное. Изобретение относится к области металлургии, в частности к инструментальным сталям, используемым для изготовления рабочих частей штампов холодной обработки металлов и режущего инструмента, работающего в условиях воздействия ударных нагрузок и разогрева рабочей поверхности до температуры 400 . Известна инструментальная сталь 91 1 состава (мас. ) углерод 0,8-0,95, кремний 0,25-0,45, марганец - 0,15-0,4, хром - 1,4-1,7, никель - не более 0,35, молибден - не более 0,2, ванадий - не более 0,15, железо - остальное. Данная сталь имеет низкие значения ударной вязкости после закалки в масло и отпуска при 180 , что достаточно часто приводит к выкрашиванию режущих кромок штампов холодной вырубки латунных изделий и критический диаметр при закалке в масло составляет 6-30 мм. Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по химическому составу и достигаемому эффекту является инструментальная сталь 9 2 состава (мас. ) углерод - 0,850,95, кремний - 1,2-1,6, марганец - 0,3-0,6, хром - 0,95-1,25, никель - не более 0,35, молибден - не более 0,2, ванадий - не более 0,15, железо - остальное. 13783 1 2010.12.30 Указанная сталь после закалки в масло и низкого отпуска при 180 имеет те же недостатки низкая ударная вязкость и критический диаметр при закалке в масло также не превышает 30 мм. Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение твердости,ударной вязкости, прокаливаемости и теплостойкости стали для повышения износостойкости штампов холодной вырубки или другого инструмента, испытывающего ударные нагрузки и разогрев при эксплуатации. Решение задачи достигается тем, что инструментальная сталь, содержащая углерод,кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий и железо, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.углерод 0,85-0,95 кремний 0,60-1,20,марганец 0,50-0,80,хром 1,40-1,75,никель 0,60-0,90,молибден 0,15-0,30,ванадий 0,06-0,15,железо остальное. В табл. 1 приведены химические составы сталей, полученных в результате выплавки опытных образцов при проведении исследований, а в табл. 2 - уже результаты испытаний механических свойств заготовок 70125 мм всех этих сталей после термического упрочнения закалка с нагревом при 950, выдержка 1,5 ч, охлаждение в маслеотпуск, в той же последовательности. Таблица 1 Содержание легирующих элементов, мас.п/п 1 (аналог) 0,89 0,26 0,35 1,71 0,15 0,1 0,1 96,44 2 (прототип) 0,91 1,55 0,35 1,1 0,18 0,11 0,05 95,75 3 0,95 0,6 0,8 1,75 0,6 0,2 0,06 95,04 4 0,85 1,2 0,7 1,4 0,9 0,3 0,15 94,50 5 0,89 0,88 0,5 1,69 0,69 0,15 0,11 95,09 6 0,80 1,35 0,36 1,27 1,12 0,1 0,24 94,76 7 1,13 0,36 0,93 1,2 0,39 0,38 0,04 95,57 Таблица 2 Значение механических и других свойств, не менее после отпуска, 400 ,после закалки после отпуска 180 , 3 ч 1 чп/п критического диамет- твердость,ударная вяз- твердость,(замер ра, мм (замер твердо- (замер твердости кость , твердости на поверхности по сечению) на поверхности) МДж/м 2 сти) 1 6-30 61 0,10 53 2 30 63 0,10 56 3 42 65 0,18 57,5 4 45 64 0,22 57 5 44 65 0,20 58 6 39 63 0,28 57 7 33 64 0,13 55 Для пп. 1 и 2 - закалка с 850 . 13783 1 2010.12.30 Увеличение по сравнению с прототипом в составе стали содержания хрома, марганца и молибдена при возрастании содержания никеля до указанных пределов, а также одновременное лимитирование содержания ванадия и снижение содержания кремния в составе стали способствует получению после закалки и низкого отпуска инструмента требуемой структуры стали, обеспечивающей выигрыш в свойствах и износостойкости. Закалка с температурой нагрева 950(выдержка в течение 1-2 ч в зависимости от толщины сечения) и охлаждением в масле позволяют получить в структуре поверхности стали достаточно пластичный мартенсит на глубину до 20 мм (критический диаметр закаливаемого образца в масло повысился до 40 мм) за счет введения в его состав по сравнению с прототипом дополнительно хрома, никеля, молибдена и марганца и достаточное количество равномерно распределенных износостойких первичных карбидов типа , легированных, кроме хрома, еще молибденом и ванадием, а далее троостит также легированный никелем, молибденом и марганцем и первичные карбиды при превышении толщины сечения выше 40 мм. Низкий отпуск при 180 , сохраняя в структуре износостойкие первичные карбиды, способствует сохранению пластичного мартенсита отпуска на глубине до 20 мм и далее троостита отпуска при превышении толщины сечения выше 40 мм. Общим итогом создания заявляемого состава инструментальной стали явилось повышение стойкости штампов холодной вырубки за счет повышения твердости, ударной вязкости и прокаливаемости, а также теплостойкости структуры до 400 . Видно, что дополнительное легирование стали, взятой в качестве прототипа (пример 2), хромом, никелем, молибденом, марганцем и снижение содержания кремния и лимитирование содержания ванадия (примеры 3,4,5) позволило значительно повысить твердость, ударную вязкость и теплостойкость, а следовательно, и износостойкость стали заявляемого состава. Штампы для холодной обработки металлов, изготовленные из стали заявленного состава, в результате проведения сравнительных испытаний показали стойкость в 1,5-2 раза выше, чем штампы, изготовленные из стали - прототипа. Источники информации 1. Марочник стали и сплавов / Под ред. В.Г.Сорокина. - М. Машиностроение, 1989. . 375-377. 2. Марочник стали и сплавов / Под ред. В.Г.Сорокина. - . Машиностроение, 1989. . 378-380. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3