Инструментальная сталь

22 38/50 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатели Производственно-вне(71) Заявители Производственно-внедренческое дренческое акционерное общество Белорусские акционерное общество Белорусские инстинструментальные стали,Белорусская рументальные стали, Белорусская государгосударственная политехническая академияственная политехническая академия(57) Инструментальная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, титан, алюминий,молибден, ванадий, железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении,мас. углерод кремний марганец хром вольфрам титан алюминий молибден ванадий железо(56) 1. Прутки и полосы из инструментальной стали. ГОСТ 5950-73. 2. А.с. СССР 623903, МПК С 22 С 38/50, 1978. Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к инструментальным сталям,используемым для холодной пластической деформации металлов повышенной твердости, и может быть использовано в ряде металлообрабатывающих отраслей промышленности, в том числе для изготовления инструмента и деталей волочильного и канатного оборудования, с целью повышения износостойкости которых применяется химико-термическая обработка. Известен химический состав стали 6 Х 6 В 3 МФС (мас. )углерод 0,50 - 0,60 кремний 0,60 - 0,90 марганец 0,15 - 0,40 хром 5,50 - 6,50 вольфрам 2,50 - 3,20 ванадий 0,50 - 0,80 молибден 0,60 - 0,90 1. Сталь используется для изготовления инструментов холодного деформирования при обработке металлов повышенной прочности и твердости. 2555 1 Основным методом повышения твердости и износостойкости поверхностных слоев инструмента из этой стали является термическая обработка, включающая закалку и отпуск по различным режимам. Известна сталь ФТА-5 следующего химического состава (мас. ) углерод (0,36 - 0,42), кремний(0,40 - 0,80), марганец (0,15 - 0,40), никель (0,60 - 1,20), хром (2,20 - 2,70), вольфрам (3,50 - 4,20), молибден (0,80 - 1,50), ванадий (0,30 - 0,80), титан (0,08 -0,15), алюминий (0,40 -0,80), цирконий (0,05 0,12), ниобий (0,05 - 0,12) 2. Легирование этой стали активными карбидо- и нитридообразующими элементами алюминием, титаном, цирконием, ниобием позволяет существенно повысить износостойкость поверхностных рабочих слоев инструмента посредством термической и химико-термической обработки, в частности карбидизацией и азотированием. Однако эта сталь включает дефицитные легирующие элементы никель, цирконий, ниобий, а также содержит значительно большее количество вольфрама. Низкое содержание углерода (не более 0,40 ) не позволяет методами термической обработки получить твердость до 60 3, что препятствует изготовлению из этой стали инструмента холодного деформирования. Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении износостойкости и твердости инструмента посредством химико-термической обработки при значительном снижении содержания дефицитных легирующих элементов вольфрама, циркония, ниобия. Поставленная задача достигается тем, что инструментальная сталь содержит углерод, кремний,марганец, хром, вольфрам, титан, алюминий, молибден, ванадий, железо в следующем соотношении,мас.углерод 0,45-0,60, кремний 0,60 - 1,00, марганец 0,20 - 0,40, хром 5,00 - 6,50, вольфрам 2,00 - 3,00, титан 0,03 - 0,10, алюминий 0,03 - 0,08, молибден 0,50 - 1,00, ванадий 0,30 - 0,70, железо - остальное. Положительный эффект обусловлен тем, что введение титана в количестве 0,03 - 0,10 мас.способствует формированию в структуре стали, подвергнутой ХТО, тонкодисперсных включений карбидных и нитридных фаз, повышающих твердость и износостойкость рабочих поверхностей инструмента и деталей оснастки. Одновременное введение в сталь титана 0,03 - 0,10 мас.и алюминия 0,03 - 0,08 мас. существенно повышает твердость стали, подвергнутой химико-термической обработке азотирования,вследствие образования высокотвердых включений нитридов и карбонитридов этих элементов. Как следует из таблицы, предложенная сталь после упрочняющей термической обработки имеет твердость, близкую к величине для базовой стали (см.таблицу, стали 2,3,5,7). Ударная вязкость при этом для этих сталей выше, чем у базовой, что обусловлено меньшим содержанием вольфрама, ванадия и влиянием микролегирующих добавок титанах и алюминия. Увеличение содержания ванадия,вольфрама, титана к верхней границе их количества в предложенной стали вызывает снижение величины ударной вязкости, однако она остается выше, чем у базовой (таблица, сталь 3). При содержаниях хрома, вольфрама, ванадия, титана и алюминия, выходящих за пределы заявляемого состава(сталь 4), ударная вязкость падает до величин, ниже показанных для базовой стали. Свойства азотированных слоев определяются преимущественно содержанием микролегирующих добавок титана и алюминия. После азотирования все предложенные стали имеют значительно большую глубину диффузионного слоя в сравнении с базовой, а также более высокие величины микротвердости поверхностного слоя. При снижении содержания титана и алюминия в предложенной стали прежде всего снижается твердость после закалки и более значительно после отпуска, а также уменьшается величина диффузионного слоя и величина микротвердости (таблица, сталь 6). Технико-экономическая эффективность использования предложенного состава стали для инструмента холодного деформирования состоит в повышении стойкости инструмента, изготовленного из этой стали, после химико-термической обработки, например азотирования, под воздействием которой глубина диффузионного слоя увеличивается на 30 - 50 , а микротвердость на рабочей поверхности на 10 - 15 в сравнении с базовой сталью. 2555 1 Химический состав и свойства сталей 6 Х 6 В 3 МФС и 55 Х 6 В 3 МФСЮТ после термической и химикотермической обработки (ХТО) п Химический состав стали (мас. п ) Закалка от 1050 С охлаждение масло отпуск 200 С, 2 часа 525 С, 2 часа Закалка от 1050 С охлаждение масло отпуск 200 С, 2 часа 525 С, 2 часа Закалка от 1050 С охлаждение масло отпуск 200 С, 2 часа 525 С, 2 часа Закалка от 1050 С,охлаждение масло отпуск 200 С, 2 часа 525 С, 2 часа Закалка от 1050 С,охлаждение масло отпуск 200 С, 2 часа 525 С, 2 часа Закалка от 1050 С,охлаждение масло отпуск 200 С, 2 часа 525 С, 2 часа Закалка от 1050 С охлаждение масло отпуск 200 С, 2 часа 525 С, 2 часа Глубина азотированного слоя после ХТО, мм Микротвердость на глубине 0,025 мм,МПа 11,2 Примечания 1. - режим ХТО газовое азотирование в среде диссоциированного аммиака при температуре 560 С, 25 ч, деазотирование 3 ч. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.