close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 08237

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8237
(13) C1
(19)
(46) 2006.06.30
(12)
7
(51) C 22C 38/54
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ШТАМПОВАЯ СТАЛЬ
BY 8237 C1 2006.06.30
(21) Номер заявки: a 20030064
(22) 2003.01.27
(43) 2004.09.30
(71) Заявители: Открытое акционерное
общество "Белкард"; Государственное научное учреждение "Физикотехнический институт Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Дудецкая Лариса Романовна; Орлов Юрий Григорьевич; Белый Леонид Степанович; Антипин
Анатолий Сергеевич; Галкина Алла
Владиславовна (BY)
(73) Патентообладатели: Открытое акционерное общество "Белкард"; Государственное научное учреждение "Физикотехнический институт Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(56) SU 1359334 A1, 1987.
SU 1125286 A, 1984.
BY 719 C1, 1995.
RU 2184792 C2, 2002.
(57)
Штамповая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель,
бор, кальций, азот, железо и примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты
в следующем соотношении, мас. %:
углерод
0,50-0,60
кремний
0,15-0,35
марганец
0,50-0,80
хром
0,50-0,80
молибден
0,15-0,30
никель
1,40-1,80
бор
0,006-0,02
кальций
0,005-0,05
азот
0,015-0,025
железо и примеси остальное.
Изобретение относится к металлургии, а именно к литейным штамповым сталям с повышенной эксплуатационной стойкостью.
Изобретение может быть использовано в кузнечно-прессовом производстве машиностроительных предприятий при изготовлении элементов штамповой оснастки.
Литой штамповый инструмент горячего деформирования находит широкое применение на машиностроительных заводах и является продуктом переработки собственных
отходов кузнечно-прессового производства. Известен ряд штамповых сталей, рекомендуемых для изготовления широкой номенклатуры и типоразмеров литого инструмента,
например 4Х5МФС, 5XHB, ЗХ2НМФ, 5XHM [1].
BY 8237 C1 2006.06.30
Известно, что в результате многочисленных переплавов вышедшего из строя инструмента происходит постепенное ухудшение механических и эксплуатационных свойств
стали, в результате чего стойкость литой штамповой оснастки неуклонно падает. В связи с
этим возрастает тенденция к модернизации состава штамповых сталей и улучшению их
основных характеристик, влияющих на стойкость штампового инструмента, например
ударной вязкости и теплостойкости.
Для этого используют такие металлургические приемы, как микролегирование и модифицирование.
Известна, например, литейная штамповая сталь 5XНMAФЛ, содержащая небольшие
количества азота и ванадия в качестве элементов, измельчающих ее зеренную структуру [2]. Обладая повышенной теплостойкостью и трещиноустойчивостью, данная сталь
имеет следующие недостатки:
1. Необходимость соблюдения строгого соотношения между содержанием ванадия и
азота (10 : 1), что затрудняет на практике ведение плавки, поскольку эти элементы вносятся в расплав различными шихтовыми материалами.
2. Возможность постепенного накопления в стали ванадия и, следовательно, необходимость постоянного и строгого контроля ее компонентного состава. Превышение же
содержания азота и ванадия в стали определенных величин (0,01 и 0,2 мас. % соответственно) влечет за собой снижение ее пластичности, отпускоустойчивости и других основных характеристик из-за выделения нитридов по границам зерен.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является сталь [3], имеющая следующий компонентный состав
(мас. %):
углерод
0,5…0,9
кремний
0,2…0,5
марганец
0,4…1,1
хром
0,5…1,1
молибден
0,3…0,7
никель
1,3…2,3
ванадий
0,1…0,5
алюминий 0,02…0,05
азот
0,03…0,09
кальций
0,01…0,05
титан
0,12…0,65
магний
0,02…0,05
бор
0,002…0,01
железо
остальное.
Данная сталь обладает рядом недостатков, которые делают ее практически непригодной при изготовлении, например, литой сменной штамповой оснастки, а именно:
1. Сталь обладает в литом состоянии значительной химической неоднородностью, т.к.
содержит большое количество карбидообразующих элементов (титан, бор, ванадий), образующих хрупкую эвтектическую составляющую по границам зерен аустенита, которая не
устраняется последующей термической обработкой и приводит к появлению хрупкости в
отливках и быстрому разрушению штамповой оснастки, особенно при ударных воздействиях на кривошипных горячештамповочных прессах.
2. Слишком сложный состав стали не позволяет обеспечить точный состав в отливках
при переплаве отходов, который используют при изготовлении литой штамповой оснастки. Постепенное накопление в отходах ванадия и титана приводит к затруднениям при
контроле химического состава стали при организации переплава отходов.
2
BY 8237 C1 2006.06.30
3. Повышенное содержание углерода (до 0,9 мас. %.) неприменимо при изготовлении
литой штамповой оснастки в силу значительного карбидообразования в литом состоянии,
тем более в присутствии ванадия, титана и бора.
В силу указанных причин данная сталь в литом состоянии имеет очень низкую эксплуатационную стойкость и может применяться преимущественно в виде поковок, поскольку пластическая деформация приводит к дроблению и растворению избыточных
карбидов и выравниванию структуры по сечению поковки.
Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик литейной штамповой стали за счет повышения ударной вязкости и отпускоустойчивости.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, бор, кальций, азот, железо и примеси,
содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %:
углерод
0,50…0,60
кремний
0,15…0,35
марганец
0,50…0,80
хром
0,50…0,80
молибден
0,15…0,30
никель
1,40…1,80
бор
0,006…0,02
кальций
0,005…0,05
азот
0,015…0,025
железо и примеси
остальное.
Легирование стали бором и азотом в указанных количествах приводит к образованию
дисперсных тугоплавких соединений бора в виде нитридов и карбидов, блокирующих
границы первичного зерна, измельчающих дендритную структуру, что способствует повышению ее отпускоустойчивости и эксплуатационной стойкости штамповой оснастки.
Отличительной особенностью бора и азота является их удаление из стали при переплаве
отходов, в результате чего не происходит накопления этих элементов в отливках.
При концентрации бора менее 0,006 % образующихся тугоплавких соединений недостаточно для эффективного и равномерного измельчения структуры отливок и, следовательно, для повышения отпускоустойчивости стали. При концентрации бора выше 0,02 %
происходит снижение ударной вязкости в результате выделения по границам первичного
зерна частиц соединений бора с углеродом и азотом и повышается склонность штамповой
оснастки к образованию трещин. При содержании азота в стали менее 0,015 % не устраняется зона столбчатых дендритов в отливках и не происходит эффективного измельчения
зерна, а следовательно, и существенного повышения ударной вязкости и эксплуатационной стойкости. При концентрации азота более 0,025 % по границам зерен выделяются избыточные азотсодержащие фазы, что приводит к снижению ударной вязкости.
Кальций играет роль раскислителя расплава стали, способствует очищению металла
от вредных примесей.
В качестве примера была осуществлена выплавка предлагаемой штамповой стали, из
которой были получены литые заготовки вставок штампов, проведена их термическая и
механическая обработка и различные виды испытаний в лабораторных и заводских условиях.
Выплавку стали производили в индукционной печи ИСТ-0,4 с кислой футеровкой. В
качестве шихтовых материалов использовали отходы производства в виде штамповой оснастки, прибылей и литников стали 5XHM и 5ХНМЛ, ферромарганец ФМн 78 (ГОСТ
4755-91), ферромолибден ФМо60 (ГОСТ 4759-91), борная кислота (ГОСТ 18704-91), силикокальций электролитический СК20 (ГОСТ 4762-85), феррохром литой азотированный
3
BY 8237 C1 2006.06.30
ФХ010Н1 (ТУ 14-5-159-84), алюминий АВ-88 (ГОСТ 296-79Е), РЗМ СиеМиш-1,2 (ТУ
14-5-78-78), феррованадий ФВд 40У0,5 (ГОСТ 27130-86).
Литые заготовки штамповых вставок имели размеры 400×350×284 мм. Масса отливок
составляла 440 кг. Для изготовления литейных форм использовали термореактивные смеси и подогреваемую литейную оснастку.
После загрузки и полного расплавления шихты за 15-16 минут до выпуска стали осуществляли присадку азотированного феррохрома, через 5 минут после его полного растворения присаживали феррованадий (для известной стали) и ферромарганец. За 35 минут до выпуска производили раскисление стали силикокальцием и после нагрева металла до температуры 1600-1620 °С осуществляли выпуск его в подогретый до температуры 800-900 °С ковш с размещенным на его дне алюминием. Борную кислоту вводили на
струю металла при выпуске его в ковш. После удаления шлака производили заливку форм
при температуре 1560-1580 °С.
Литые заготовки штампов подвергали отжигу по режиму: нагрев до температуры
600-620 °С, выдержка 3 ч, нагрев до 840-860 °С, выдержка 6-8 ч, охлаждение с печью до
450 °С, далее - на воздухе. После механической обработки штампы подвергали термическому упрочнению по режиму: закалка - нагрев до 600 °С, выдержка 4 часа, нагрев до
950 °С со скоростью 50 °С/ч, выдержка 4 ч, охлаждение в масле до 150 °С, далее - на воздухе; отпуск - нагрев до 580 °С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе. Твердость после
термической обработки составляла 42-44 HRC.
Штамповую оснастку использовали при изготовлении поковок вилки карданного вала,
которое осуществляли на кривошипном горячештамповочном прессе усилием 4000 тс.
Определяли эксплуатационную стойкость литых элементов оснастки, а также отпускоустойчивость и ударную вязкость опытной и известной стали на образцах, вырезанных из
подприбыльной части штампов. Результаты приведены в табл. 1 и 2. Определение ударной вязкости KCU проводили на стандартном оборудовании по ГОСТ 9454-60. На образцах 10×10×55 мм с надрезом радиусом 1 мм и глубиной 2 мм.
Отпускоустойчивость τ0 оценивали по температуре дополнительного (после закалки и
отпуска) теплового воздействия продолжительностью 4 ч, приводящего к снижению твердости до HRC 35 [4].
Таблица 1
Химический состав опытных сталей
№
Компонентный состав, мас. %
опыта
С
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
N
В
Ca
1
0,5
0,15
0,5
0,5
1,4
0,15
0,015
0,006
0,005
2
0,53
0,24
0,62
0,80
1,63
0,22
0,023
0,023
0,022
3
0,6
0,35
0,8
1,20
1,80
0,30
0,025
0,02
0,05
4
0,44
0,12
0,40
0,43
1,32
0,10
0,005
0,004
0,003
5
0,66
0,42
0,88
1,26
1,92
0,36
0,030
0,03
0,08
• Железо и примеси - остальное.
Таблица 2
Механические и эксплуатационные свойства опытных сталей
Уровень содержания
KCU
τ0, °С на стойкость штампов,
№ опыта Сталь
2
компонентов
МДж/м
тыс. съемов
HRC 35
1
опытная
нижний
0,32
570
4,70
2
опытная
средний
0,34
630
5,62
3
опытная
верхний
0,30
610
5,10
4
опытная
ниже нижнего
0,28
540
3,17
5
опытная
выше верхнего
0,22
520
2,30
4
BY 8237 C1 2006.06.30
Из анализа результатов, приведенных в табл. 1 и 2, следует, что наилучшим сочетанием свойств и наиболее высокой эксплуатационной стойкостью обладают стали 2…4. Результаты сравнительных испытаний показывают, что предлагаемая сталь обладает
высокой отпускоустойчивостью и ударной вязкостью, а штамповая оснастка из предлагаемой стали имеет высокую эксплуатационную стойкость, что отвечает поставленной
при разработке стали задаче.
Предлагаемую сталь предполагается внедрить на машиностроительных предприятиях
автотракторной отрасли Беларуси, в частности на Гродненском заводе карданных валов
при изготовлении литой штамповой оснастки.
Источники информации:
1. Куниловский В.В., Крутиков В.К. Литые штампы для горячего объемного деформирования. - Л.: Машиностроение, 1987. - 126 с.
2. Технологический процесс получения кузнечных штампов методом литья и применение сталей новых марок для литых штампов. РД 37.002.0518-87. - M.: НИИТавтопром,
1987. – 203 с.
3. Карпенко М.И. Штамповая сталь. - А.с. СССР № 1359334, МПК4 С 22С 38/54.
4. Штамповые стали / Л.А. Позняк, Ю.М. Скрынченко, И.M. Тишаев. - M.: Металлургия, 1980. - С. 67.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
98 Кб
Теги
08237, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа