close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7301

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7301
(13) C1
(19)
(46) 2005.09.30
(12)
7
(51) C 22C 38/46
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY 7301 C1 2005.09.30
(21) Номер заявки: a 20020540
(22) 2002.06.25
(43) 2003.12.30
(71) Заявители: Производственное объединение "Минский тракторный завод";
Государственное научное учреждение "Физико-технический институт
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Дудецкая Лариса Романовна (BY); Орлов Юрий Григорьевич
(BY); Сусин Анатолий Аркадьевич
(BY); Руденко Сергей Петрович (BY);
Крупец Леонид Николаевич (BY);
Брижанев Владимир Михайлович (BY);
Терновой Юрий Федорович (UA);
Каганер Александр Аронович (BY)
СТАЛЬ
(73) Патентообладатели: Производственное
объединение "Минский тракторный завод"; Государственное научное учреждение "Физико-технический институт
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) SU 1567653 A1, 1990.
SU 1364645 A1, 1988.
SU 1578223 A1, 1990.
(57)
Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий,
алюминий, азот, железо и примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в
следующем соотношении, мас. %:
углерод
0,12-0,20
кремний
0,80-1,20
марганец
0,20-0,50
хром
1,50-2,50
никель
2,50-4,00
молибден
1,50-2,50
ванадий
0,15-0,35
алюминий
0,08-0,12
азот
0,0020-0,0026
железо и примеси
остальное.
Изобретение относится к металлургии, а именно к экономнолегированным мартенситностареющим сталям с повышенной теплопрочностью.
Изобретение может быть использовано в автомобиле- и тракторостроении при изготовлении зубчатых колес трансмиссий энергонасыщенных машин.
Долговечность и надежность зубчатых пар высокоресурсных машин и агрегатов во
многом зависит от комплекса свойств применяемых материалов, например предела текучести, вязкости, усталостной прочности, размерной стабильности в условиях эксплуатации, которые связаны с периодическим повышением температуры в зоне контакта, приводящим к разупрочнению традиционно используемых конструкционных цементуемых ста-
BY 7301 C1 2005.09.30
лей типа 20Х2Н4А. Этим объясняется возросшая тенденция к изготовлению зубчатых
колес из высокопрочных дисперсионнотвердеющих сталей с повышенными теплопрочностью и другими служебными свойствами. Высокий уровень надежности деталей, работающих в экстремальных условиях, достигается за счет упрочнения металлической основы закалкой и дисперсионным твердением, а также и глубокого насыщения поверхности
зубчатых колес углеродом и азотом путем химико-термической обработки. При этом на
поверхности деталей создаются упрочненные слои с повышенным сопротивлением развитию усталостных трещин и релаксации искажений микроструктуры.
Известны, например, высокопрочные цементуемые стали для зубчатых колес тяжелонагруженных редукторов, подшипников и т.п. [1, 2]. К числу недостатков большинства из
них можно отнести следующее:
1. Низкие и нестабильные механические свойства при повышенных температурах, и,
как следствие, повышенная остаточная деформация при повторяющихся нагружениях.
2. Применяемые для обеспечения повышенной теплостойкости сложные системы легирования, затрудняющие промышленное производство сталей и появление так называемой "пятнистости" при цементации, снижающей эксплуатационную стойкость деталей.
3. Невысокие значения ударной вязкости при достижении высоких значений прочности.
Известны также экономнолегированные стали со стареющим мартенситом [3], предназначенные в основном для изготовления прессового инструмента горячего деформирования, обладающие повышенной теплостойкостью при температурах до 500 °C, которая
обеспечивается за счет как карбидного, так и интерметаллидного упрочнения. Последнее
достигается за счет легирования алюминием в количестве до 1 %.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является сталь [4] следующего состава, мас. %:
углерод
0,12...0,20
кремний
0,80...1,20
марганец
0,20...0,50
хром
1,50...3,00
никель
2,50...4,00.
молибден
1,50...2,50
ванадий
0,40...0,80
алюминий
0,40...1,50
железо и примеси
остальное.
Данная сталь имеет следующие недостатки:
низкая пластичность в горячем состоянии, приводящая к усложнению технологии
ковки и ухудшению качества слитков (увеличение числа переходов при изготовлении поковок, образование трещин); данный недостаток обусловлен высоким содержанием ванадия, повышающим сопротивление деформации при горячей пластической обработке;
низкие значения ударной вязкости в интервале температур 100...300 °C;
нарушение стабильности диффузионного слоя при химико-термической обработке,
например при цементации, обусловленное повышенным содержанием алюминия, образующим на поверхности деталей окисные пленки, препятствующие равномерной диффузии
углерода.
Задачей настоящего изобретения является увеличение ударной вязкости стали, качества и теплостойкости цементованного слоя.
Задача решается за счет того, что предлагаемая сталь содержит углерод, кремний,
марганец, хром, никель, молибден, ванадий, алюминий, азот, железо и примеси, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
0,12...0,2
кремний
0,80...1,20
марганец
0,20...0,50
хром
1,50...2,50
никель
2,50...4,00
молибден
1,50...2,50
2
BY 7301 C1 2005.09.30
ванадий
0,15...0,35
алюминий
0,08...0,12
азот
0,0020...0,0026
железо и примеси
остальное.
Легирование стали азотом в присутствии алюминия и ванадия приводит к образованию
дисперсных включений нитридов этих элементов и способствует измельчению структуры,
упрочнению металлической матрицы и увеличению теплостойкости диффузионного слоя.
При концентрации азота менее 0,002 % не достигается эффективное повышение теплостойкости диффузионного слоя, при содержании азота более чем 0,0026 он становится
хрупким в результате образования пересыщенного азотом мартенсита и легко подвергается сколам. Снижение концентрации алюминия устраняет пятнистость диффузионного
слоя при цементации, что повышает сопротивление контактной усталости зубчатых колес
и предотвращает схватывание зубьев. При концентрации ванадия менее 0,15 % снижается
прочность стали после закалки и отпуска, при содержании этого элемента более 0,35 %
происходит падение пластичности. Алюминий в количестве 0,08...0,12 % в присутствии
азота обеспечивает высокую твердость и теплостойкость диффузионного слоя, оптимальное сочетание прочности и пластичности стали. При содержании алюминия более 0,12 %
возможно нарушение сплошности диффузионного слоя, при содержании его менее 0,08 %
эффективность влияния азота на эксплуатационные свойства сопряженных поверхностей
зубчатых пар снижается.
Выплавку стали производили в индукционной печи с алундовым тиглем емкостью
2 кг в атмосфере аргона. В качестве шихтовых материалов использовали отходы низкоуглеродистой стали (ГОСТ 16523-70), ферросилиций Фс75(ГОСТ 1415-93), ферромарганец ФМн78 (ГОСТ 4755-91) ферромолибден ФМо 60 (ГОСТ 4759-91), феррованадий ФВд
35А (ГОСТ 264-91), никель H-1 (ГОСТ 849-91), феррохром ФХ 001А (ГОСТ4757-91),
феррохром литой азотированный ФХ010111 (ТУ 14-5-159-84), алюминий АВ-88 (ГОСТ
295-91). Из полученных слитков ковали штанги диаметром 40 мм, из которых затем вырезали образцы для проведения испытаний.
В качестве примера осуществлена выплавка сталей, химический состав которых представлен в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав опытных сталей
Уровень
Химический состав, мас. %*
содер№
Тип стали жания
опыта
С
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
V
Al
N
компонентов
1
известная средний 0,16 0,80 0,35 2,20 3,25 2,00 0,60 0,45
2
опытная нижний 0,12 0,60 0,20 1,50 2,50 1,50 0,15 0,08 0,0020
3
опытная средний 0,16 0,80 0,35 2,20 3,25 2,00 0,25 0,10 0,0023
4
опытная верхний 0,20 1,20 0,50 2,50 4,00 2,50 0,35 0,12 0,0026
ниже
5
опытная
0,10 0,40 0,15 1,40 2,40 1,40 0,10 0,04 0,0016
нижнего
выше
6
опытная
0,22 1,40 0,60 2,80 4,20 2,60 0,40 0,16 0,0030
верхнего
* железо и примеси - остальное.
Проведены механические испытания опытных сталей. Для испытаний использовали
образцы диаметром 25 и длиной 100 мм после химико-термической обработки по следующему режиму: цементация при температуре 930 °C, подстуживание до 550 °C (общее
время науглероживания 13 ч), охлаждение на воздухе, затем закалка с температуры 900 °C
в масле с температурой 70 °C и отпуск при температуре 170 °C в течение 3 ч. Наряду с
опытными сталями проводили выплавку и испытания в аналогичных условиях стали, выбранной за прототип (№ 1 табл. 1).
3
BY 7301 C1 2005.09.30
Испытания прочности и ударной вязкости производили на стандартном оборудовании.
Перед испытанием ударной вязкости образцы подвергали нагреву до температуры 350 °C.
Качество и теплостойкость цементованного слоя определяли по характеру распределения
твердости по поверхности образца и по величине кратковременной твердости при температурах 150...350 °C. До проведения измерений образцы выдерживали при заданной температуре в течение 30 мин. Результаты испытаний приведены в табл. 2 и 3.
Таблица 2
Механические свойства сталей
Механические свойства
№
Предел прочности, Предел текучести σ0,2, Ударная вязкость, KCU, Дж/см2
опыта
20 °C
350 °C
σв, МПа
МПа
1
1810
1670
44,0
32,0
2
1830
1740
56,0
44,0
3
1850
1770
52,0
40,0
4
1860
1790
50,0
38,0
5
1760
1630
54,0
36,0
6
1800
1650
48,0
34,0
Таблица 3
Свойства цементованного слоя известной и заявляемой сталей
Максимальное
Микротвердость HV, Н/мм при температуре, °C
Расстояние содержание угот поверх- лерода в диффу20
150
250
350
ности об- зионном слое, %
разца, мм
Сталь Сталь Сталь Сталь Сталь Сталь Сталь Сталь Сталь Сталь
№1
№3
№1
№3
№1
№3 №1 №3 №1 №3
0
0,51
0,90
650
774
634
724
600
695
576
642
0,4
588
642
572
667
548
600
484
560
0,8
570
642
534
621
540
600
450
554
1,2
490
545
428
560
478
545
444
488
1,6
455
474
450
474
420
474
400
460
2,0
0,32
0,68
390
398
400
420
420
420
433
446
Из анализа результатов, приведенных в таблицах 2 и 3, следует, что оптимальным сочетанием свойств обладают стали 2...4. Результаты сравнительных испытаний показывают, что предлагаемая сталь по сравнению с прототипом обладает более высокими механическими свойствами, а также при цементации образует диффузионный слой повышенной
теплостойкости, что отвечает поставленной при ее разработке задаче.
Предлагаемую сталь предполагается внедрить на машиностроительных предприятиях
Беларуси при изготовлении зубчатых пар для энергонасыщенных автомобилей и тракторов, например, на Минском тракторном заводе и заводе колесных тягачей.
Источники информации:
1. Townsend D.P., Zaretsky E.V., Anderson N.E., "Comparison of Modified Vasco X-2 with
AISI 9310-Preliminary Report", NASA TM X-73649, 1997.
2. Вороненко Б.И. Современные высокопрочные стали для тяжелонагруженных зубчатых передач // МиТОМ. - № 8. - С. 12-18. - 1996.
3. Равин А.Н., Суходрев Э.Ш., Дудецкая Л.Р., Щербанюк В.Л. Формообразующий инструмент для прессования и волочения профилей. - Мн.: Наука и техника, 1988. - С. 232.
4. А.с. СССР 1583461, МПК С 22С 38/46, 1990.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
98 Кб
Теги
патент, by7301
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа