Сталь
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к металлургии, в частности к стали, которая может быть использована для изготовления пуансонов, имеющих разогрев рабочей поверхности до 600°С, размером 560x125 мм, высотой 215 мм для пресс-форм литья латуни Л85 под давлением. Цель изобретения - повышение при 600°С твердости, предела текучести при сжатии коэффициента теплопроводности, сопротивления смятию, линейного размера критического раскрытия трещины и сохранения после действия Циклических нагрузок сжатия при бОО^С уровня разгаростойкостй. Предлагаемая сталь содержит, мас.%: углерод 0,26-0,29; кремний 0,5-0,96, марганец 0,5-0,8; хром 1,5-2,5; молибден 1,8-2,4; ванадий 0,7-0,98; медь 0,4- 1,0; бор 0,004-0,007; .кальций 0,04-0,07; церий 0,08-0,12; дисилйцид гафния 0,09- 0,17; окисы бериллия 0,05-0,11; цирконий 0,92-1,80; калий 0,04-0,10; празеодим 0,09- 0,16; индий 0.05-0,08; железо - остальное, при условии выполнения соотношения циркония и индия, равны 18,4-22,5. 4 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 38/32
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (2 1) 4855633/02 (22) 22.05,90 (46) 23,02.92. Бюл, М 7 (71) Орский механический завод (72) А,Г.Глазистов (53) 669.14.018,258.2-194 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N! 1288206, кл. С 22 С 38/32, 1987. (54) СТАЛЬ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к стали; которая может быть использована для изготовления пуансонов, имеющих разогрев рабочей поверхности до
600 С, размером 560х125 мм, высотой
215 мм для пресс-форм литья латуни Л85 под давлением. Цель изобретения — повыИзобретение относится к металлургии, в частности к производству сталей, которые могут быть использованы для изготовления пуансонов размером 560х125 мм, высотой
215 мм, имеющий разогрев рабочей поверхности до 600 С, для пресс-форм литья латуни Л85 под давлением.
Известна сталь содержащая, мас.%:
Углерод 0,15 — 0,45
Кремний < 2,0
Марганец <2,0
Хром 2,6 — 4,5
Молибден 0,5-3,5 один или несколько элементов из следующих:
Ванадий 0,01 — 2,0
Вольфрам 0,01 — 4,0
Титан 0,001-0,5
Цирконий 0,001 — 0,5
Ниобий 0,001 — 0,5 также один или несколько элементов из следующих:
Я2,, 1713971 А1 шение при 600 С твердости, предела текучести при сжатии коэффициента теплопроводности, сопротивления смятию, линейного размера критического раскрытия трещины и сохранения после действия циклических нагрузок сжатия и ри 600 С уровня разгаростойкости. Предлагаемая .сталь содержит, мас..7ь: углерод 0,25-0,29; кремний
0,5 — 0,96, марганец 0,5 — 0,8; хром 1,5 — 2,5; молибден 1 8 — 2,4; ванадий 0,7-0,98; медь 0,41,0; бор 0,004-0,007; .кальций 0,04 — 0,07; церий 0,08 — 0,12; дисилицид гафния 0,09—
0,17; окисы бериллия 0,05 — 0,11; цирконий
0,92 — 1,80; калий 0,04 — 0;10; празеодим 0,090,16; индий 0,05-0,08; железо — остальное, при условии выполнения соотношейия циркония и индия, равны 18,4-22,5, 4 табл.
Никель 0,25 — 1,0
Кобальт 0,05-4,0
Медь меньше 3,0
Бор 0,005 — 0,010 один или несколько элементов из следующих:
Кальций 0,0005-0,010
Редкоземельные металлы 0,0005 — 0,20
Железо Остальное
Эта сталь может быть использована для изготовления пуансонов размером
560х125 мм, высотой 215 мм для пресс-форм литья латуни Л85 под давлением, так как композиция по углероду и легирующим элементам может обеспечить при 600 С удовлетворительные уровни предела. текучести при сжатии, сопротивления смятию, линейного размера критического раскрытия трещины. Однако на таком широком диапазоне содержания углерода и легирующих элементов обнаруживаются ряд составов, кото1713971 рые в одном случае имеют низкие значения при 600 С твердости. предела текучести при сжатии, сопротивления смятию, в другом— недостаточные уровни коэффициента теплопроводности, линейного размера критического раскрытия трещины, а также низкой способности сохранять после действия циклических нагрузок сжатия при 600 С уровня разгаростойкости. Из-за низкой твердости при 600 С происходит интенсивный износ гравюры инструмента, в результате чего детали получаются бракованными с отклонениями по размерам: из-за низкого предела текучести при сжатии при 600 С и низкого сопротивления смятию при этой температуре происходит потеря геометрических размеров инструмента, s результате чего детали получаются бракованными с отклонениями по размерам чертежа. Из-за низ-. ких значений коэффициента теплопроводности, линейного размера критического раскрытия трещины при 600 С, а также из-за низкой способности сохранять после действия циклических нагрузок сжа.тия при 600 С уровня разгаростойкости инструмент выходит из строя по причине разрушения, что отрицательно сказывается на производительности литьевой машины.
Поэтому данная сталь может найти только ограниченное применение в машиностроении.
Известна сталь, содержащая, мас. :
Углерод 0,22 — 0,27
Кремний 0,8 — 1,2
Марганец 0,15 — 0,4
Хром 2,5-3,0
Молибден 1,6 — 2,0 .
Ванадий 0,6-0,8
Медь 0,5 — 1,2
Бор 0,003 — 0,005
Кальций 0,002 — 0,05
Церий 0,02 — 0,04
Железо Остальное
Известна сталь обладает при 600 С удовлетворительными уровнями твердости и предела текучести при сжатии и,поэтому может быть. использована для изготовления пуансонов для и ресс-форм литья, . однако низкие уровни сопротивления смятию при
600 С отрицательно сказываются на эксплуатационной стойкости инструмента; происходит смятие инструмента (потеря геометрических размеров инструмента), в результате чего детали получаются бракованными с отклонениями по размерам. Кроме того, известная сталь имеет низкие уровни коэффициента теплопроводности, линейного размера критического раскрытия трещины при 600 С, а также не сохраняет после действия циклических нагрузок сжатия при 600 С уровня разгаростойкости, изэа чего в совокупности инструмент выходит преждевременно из строя по причине разрушения, что отрицательно сказывается на
5 производительности литьевой машины. Поэтому ее применение ограничено для пуансонов размером 560х125 мм высотой 215 мм пресс-форм литья латуни под давлением.
Цель изобретения — повышение при 600 С
10 твердости, предела текучести. при сжатии, коэффициента теплопроводности, сопротивления смятию, линейного размера критического раскрытия трещины и сохранения после действия циклических нагрузок сжа15 тия при 600 С уровня разгаростойкости.
Для достижения указанной цели в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, медь, бор, кальций, церий, железо, дополнительно
20 вводят дисилициды гафния, окись бериллия, цирконий, калий, празеодим, индиц (физическое состояние их — твердое), при следующих соотношениях компонентов, мас. :
Углерод 0,25 — 0,29
25 Кремний 0,5 — 0,96
Марганец 0,5-0,8
Хром 1,5 — 2;5
Молибден 1,8 — 2,4
Ванадий 0,7 — 0,98
30 Медь 0,4 — 1,0
Бор 0,004 — 0;007
Кальций 0,04 — 0,07
Церий 0,08-0,12
Дисилициды гаф35 ния 0,09 — 0,17
Окись бериллия 0,05 — 0,11
Цирконий 0,92 — 1,80
Калий 0,04-0,10
Празеодим 0,09 — 0,16
40 Индий 0,05 — 0,08
Железо Остальное при условии, что содержание циркония и индия отвечает соотношению 18,4-22,5.
Предлагаемая сталь отличается от изве45 стной: .1. Дополнительным содержанием дисилицидов гафния от 0,09 до 0,17 мас, Дисилициды гафния, введенные в указанном количестве, обеспечивают в стали при литье
50 при 1600 — 1800 С равномерное распределение дисилицидов гафния, которые являются зародышами для дальнейшего выделения дисперсных карбидов хрома, молибдена, ванадия, а также боридов и получения в
55 последующем после ковки и термической обработки структуры с равномерным распределением дисперсных карбидов и боридов, что, в итоге, повышает при 600 С твердость, предел текучести при сжатии. уменьшение содержания дисилицидов гаф1713971 ния менее 0,09 мас,% снижает их эффективность в стали по измельчению карбидов хрома, молибдена, ванадия, а также боридов и равномерность их распределения в стали, что отрицательно сказывается на снижении при 600 С твердости, предела текучести при сжатии. Увеличение содержания дисилицидов гафния более 0,17 мас.% приводит к стали к крупным скоплениям дисилицидов гафния и вследствии этого об- 10 разуется неравномерное распределение карбидов хрома, молибдена, ванадия, а также боридов, которые слабо связаны с матрицей металла и быстро выкрашиваются, что отрицательно сказывается на снижении при 600 С предела текучести при сжатии, сопротивления смятию.
2. Дополнительным содержанием окиси бериллия в пределах от 0,05 до 0,11 мас,%.
Окись бериллия, введенная в указанных количествах, создает в стали инертные со слабой реакционной способностью к коагуляции дисперсные упрочняющие частицы, а также придает стали комбинированное карбидноокисноинтерметаллиднсе упрочнение, что в совокупности приводит к повышению способности сохранять после действия циклических нагрузок сжатия при
600 С уровень разгаростойкости, а также приводит к повышению сопротивления смятию при 600 С. Уменьшение содержания окиси бериллия менее 0,05 мас.% уменьшает в стали количество инертных со слабой реакционной способностью дисперсных упрочняющих частиц и снижает эффект комбинированного карбидноокисноинтерметаллидного упрочнения, что приводит к уменьшению после действия циклических нагрузок сжатия при 600 С уровня разгаростойкости, а также приводит при 600 С к снижению сопротивления смятию, Увеличение содер>кания окиси бериллия более 0,11 мас,% приводит к образованию сложных молибденованадиевобериллиевомедевых окислов в виде пленок по границам зерен, в результате чего снижаются коэффициент теплопроводности, сопротивление смятию, 3. Дополнительным содержанием циркония от 0,92 до 1,8 мас.%. Цирконий, введенный в указанном количестве, обеспечивает в стали равномерное распределение дисперсных карбидов циркония, а также обеспечивает измельчению зерна и структурных фаз при термической обработке, что в совокупности приводит к повышению при 600 С твердости, сопротивления смятию. Уменьшение содержания циркония менее 0,92 мас.% приводит к небольшому. количествудисперсных карбидов циркония, а также приводит к незначительному из20
55 мельчению зерна и структурных фаэ при термической обработке, что отрицательно сказывается на снижении при 600 С твердости, сопротивления смятию. Увеличение содержания циркония более 1,8 мас.% приводит к крупным скоплениям карбидов циркония с увеличенными размерами, в которых имеются дефекты в виде нарушений сплошности зерен, а.также приводит к повышению карбидной неоднородности, что в совокупности отрицательно влияет на снижение коэффициента теплопроводности.
Кроме того, увеличение содержания циркония более 1,8 мас.% приводит к перелегированию стали, из-за чего образуется большое количество остаточного аустенита, что в совокупности отрицательно сказывается, с одной стороны, на снижении твердости (закаливаемости), а, с другой стороны, при эксплуатации стали при 600 С в условиях циклического нагружения сжатия остаточный аустенит переходит в мартенсит с последующим выделением из отпускаемого мартенсита карбидов, которые выделяются по границам зерен, в результате. чего снижается линейный размер критического раскрытия трещины при 600 С.
4, Дополнительным содержанием индия от 0,05 до 0,08 мас.%. Индий, введенный в указанном количестве, усиливает общую десульфурацию стали, уплотняет структуру вблизи зерен, очищает границы зерен от обогащения фосфором и карбидного выде- . ления, что в совокупности положительно сказывается на повышении коэффициента теплопровадности, линейного размера.критического раскрытия трещины при 600 С.
Кроме того, индий на поверхности инструмента образует тонкую пленку, обогащенную индием, снижающий теплоперенос от расплавленного металла к металлу инструмента, во время эксплуатации инструмента в режиме горячего прессования, что положительно влияет на сохранении после действия циклических нагрузок сжатия при
600 С уровня разгаростойкости. Уменьшение содержания индия менее 0,05 мас.% неэффективно, так как снижение содержания индия повышает. рыхлость структуры вблизи зерен, не очищает границы зерен от обогащения фосфором и карбидных выделений, что отрицательно влияет на снижении линейного размера критического раскрытия трещины, коэффициента теплопроводности, Кроме того, из-за низкого содержания индия менее 0,05 мас.% на поверхности инструмента образуется незначительная пленка, малообогащенная индием, которая слабо снижает теплоперенос от расплавленного металла к металлу инструмента при
1713971 эксплуатации его в режиме горячего прессования, что отрицательно сказывается на уменьшении после действия циклических нагрузок сжатия при 600 С уровня разгаростойкости, Увеличение содержания индия более 0,08 мас. также нежелательно, так как имеет место загрязнение металла сложными многофазными включениями индия, Кроме того, при увеличении содержания индия более 0,08 мас. происходит увеличение остаточного индия в расплаве, в результате чего возрастает склонность стали к повторному окислению и загрязненность стали окислами индия увеличивается: все это приводит к снижению линейного размера критического раскрытия трещины, коэффициента теплопроводности.
5. Дополнительным содержанием калия от 0,04 до 0,10 мас. . Калий, введенный в указанном количестве, образует низкоплавкие комплексные эвтектоиды типа Х(КгО)х х Y(MnO} Z (ВгОз), которые выполняют функцию смазки при эксплуатации стали, имеющий разогрев рабочей поверхности до
600 С, что положительно сказывается на сохранении после действия при 600 С циклических нагрузок сжатия уровня разгаростойкости, Уменьшение содержания калия менее 0,04 мас, приводит к образованию в небольших количествах низкоплавких комплексных эвтектоидов типа Х(КгО) У(МпО) Z (ВгОз), которые недостаточно выполняют функцию смазки при эксплуатации стали, имеющий разогрев рабочей поверхности до 600 С, что отрицательно сказывается на уменьшении после действия циклических нагрузок сжатия при
600 С уровня разгаростойкости. Увеличение содержания калия более 0,10 мас. также нежелательно, так как имеет место загрязнение металла в большом количестве легкоплавкими комплексными эвтектоидами типа Х(КгО) Y (MnO) Z (ВгОз),в результате чего снижается при 600 С предел текучести при сжатии, сопротивление смятию.
6. Дополнительным содержанием празеодима от 0,09 до 0,16 мас,7О . Празеодим, введенный в указанном количестве, изменяет природу, форму и распределение сульфидных включений; сульфидные включения становятся более тугоплавкими и глобулярными, границы зерен очищаются от сульфидных включений не только по границам, но и в теле зерен. Все это в совокупности повышает линейные размеры критического раскрытия трещины при 600ОС,коэффициента теплопроводности. Уменьшение содержания празеодима менее 0,09 мас. неэффективно, так как снижение содержания празеодима уменьшает его функцию как глобуляризатора сульфидных включений: незначительно очищает зерна от сульфидных включений как по границам, так и по телу зерен, что приводит к снижению
5 линейного размера критического раскрытия трещины при 600 С, коэффициента теплопроводности. Увеличение содержания празеодима выше 0,16 мас.% также нежелательно, так как имеет место загряз10 нение металла сложными многофазными включениями, при этом за счет увеличения остаточного празеодима в расплаве заметно возрастает склонность стали к повторному окислению и загрязненность стали
15 неметаллическими включениями увеличивается, в результате чего снижаются линейный размер критического раскрытия трещины при 600 С, коэффициент теплопроводности, сопротивление смятию при
20 600 С.
7. Содержание циркония и индия в стали должно отвечать соотношению 18,4-22,5.
При этом содержание в стали циркония и индия должно быть в пределах состава за25 являемой стали, т.е, циркония в пределах
0,92 — 1,80 мас., а индия — в пределах 0,050,08 мас, . Соотношение циркония к индию в пределах 18,4:22,5 предотвращает обогащением фосфором и серой и их окислами гра30 ницы зерен как после термического, упрочнения, так и при эксплуатации стали в режиме теплового при 600 С циклического нагружения сжатия, что положительно влияет при 600 С на повышение линейного раз35 мера критического раскрытия трещины и предела текучести при сжатии. Кроме того, цирконий и индий при данном соотношении значительно растворяется в ферритной матрице и обеспечивает твердорастворное уп40 рочнение, что также .повышает предел текучести при сжатии при 600 С. Соотношение циркония и индия менее 18,4 снижает десульфураторо-дефосфорную их функцию, в результате чего границы зерен незначи45 тельно очищаются от фосфора и серы и их соединений, что приводит к снижению при
600 С линейного размера критического раскрытия трещины, предела текучести при сжатии. Кроме того, цирконий и индий при
50 соотношении .менее 18,4 незначительно растворяется в ферритной матрице и не обеспечивает твердорастворное упрочнение в значительной степени, что не приводит к повышению предела текучести при
55 сжатии при 600 С. Соотношение циркония к индию более 22,5 приводит к обогащению границ зерен многофазными включениями индия, а также приводит.к скоплению на границах зерен карбидов остроугольной формы, которые легко коагулируют при экс1713971
10 плуатации стали в режиме тепловой при (отпуск при 600 С продолжительностью
600ОС циклической нагрузки сжатия, что 3,1 ч, охлаждение на воздухе), составляет в совокупности отрицательно влияет на сни- при 600 C 51,8 ед. HRC. Твердость замеряют жении при 600 С линейного размера крити- на приборе Роквелла типа ТК вЂ” 2 при 600ОС, ческого раскрытия трещины, предела 5 Сталь, укаэанного состава, при 600 C текучести при сжатии и на снижение после имеет низкий линейный размер критическодействия при 600 С циклических нагрузок ro раскрытия трещины, равный 0,289 мм. Лисжатия уровня разгаростойкости. Приведен- нейные размеры критического раскрытия ное содержание углерода (0,25-0,29 мас.%) трещины (дс) определяют на шлифованных обеспечивает стали при 600 С высокую 10 до параметра шероховатости R> = 0,32 мкм твердость, предел текучести при сжатии. образцах малого размера 12х12х65 мм, выУказанное содержание кремния(05-0,96 мас.%) резан н ых электроэрозионным способом с обеспечивает стали сохранение после дей- поверхности заготовок размером 560х ствия циклических нагрузок сжатия при х125мм,высотой215мм,прошедшиезакал600 С уровня разгаростойкости, а также 15 ку(закалка оттемпературы аустенитиэации обеспечивает при 600 С высокий линейный 1050 С с выдержкой 3,0 ч и охлаждения е размер критического раскрытия трещины. масле) и отпуск (отпуск при температуре
Сталь, содержащая, мас,%: хром 1,5-2,5; 600 С с продолжительностью 3,1 ч, охлажмолибден 1,8-2,4; ванадий 0,7-0,98; бор дение на воздухе). Образцы имеюттреуголь0,004-0,007, обеспечивает при 600 С высо- 20 ный надрез с углом 45О и наведенную кое сопротивление к смятию. Указанное со- усталостную трещину. Испытания проводят держание марганца (0,5-0,8 мас.%) и меди на машине ИМ вЂ” 4А со скоростью деформи. (0,4-1,0 мас.%) в стали повышает коэффици- рования 1,2 ммlмин, расстояние междуопоент теплопроводности. Введение кальция рами 40 мм, приложение нагрузки— (0,04-0,07 мас.%) и церия (0,08-0,12 мас.%) 25 сосредоточенное на 1/2 образца с записью обеспечивает стали при 600 С высокий ли- диаграммы, по которой определяют время нейный размер критического раскрытия протекания пластической деформации трещины, Основным компонентом стали яв- (tnn) до момента разрушения образца. Велиляется железо, но, кромеуказанныхлегиру- чину критического раскрытия трещины . ющих элементов, в ней содержатся 30 (д ) вычисляют по формуле следующие примеси, мас.%: сера — до Ь вЂ” о
0,03:фосфор — до 0,03. Наиболее эффективдс— но сталь может быть использована для изго- пл /деф, товления пуансонов размером 560х125 мм, где Ь вЂ” длина в поперечном сечении образвысотой 215 мм для пресс-форм литья лату- 35 ца, мм; ни Л85 под давлением, 4 — длина трещины, включая надрез, мм:
Сталь выплавляют в электропечах по из- f — прогиб образца к моменту разрушевестномуспособувыплавкиинструменталь- . ния мм. ных сталей на обычных шихтовых L — половина расстояния между опораматериалах с соответствующим содержани- 40 ми образца, мм; ем ингредиентов, Для сравнения приводят тпл — время протекания пластической плавки 6-8 с граничными и оптимальными деформациидо момента разрушенияобраззначениями всех ингредиентов входящих в ца, мм; состав известной стали, с полученными по Väeô — скорость перемещения захватов каждому из них механическими свойствами 45 установки, ммlмин. в процессе их испытания на образцах того Сталь, указанного состава, после термиже типа и при тех же одинаковых условиях ческой обработки и действия циклических их изготовления, испытания, что и предла- нагрузок сжатия при 600 С имеет низкий уровень разгаростойкости, равный 6,2 мм.
Химический состав сталей плавок 1-8 50 Разгаростойкость определяют на шлифованных с параметром шероховатости Яо—
Состав плавки 1 не обеспечивает стали 0,32 мкм образцах размером 10х10х130 мм высокой твердости. твердость на шлифо- с надрезом по середине глубиной 2 мм и ванных с параметром шероховатости Ra = радиусом дна надреза 1 0,07 мм. Образцы
=0;32 мкм образцах размером 15х15х15 мм, 55 электроэрозионным способом вырезают с вырезанных электроэрозионным способом поверхности заготовок размером 560 х с поверхности заготовок 560х125 мм, высо- х125 мм, высотой 215 мм, прошедшие закалтой215мм, прошедшиезакалку{закалка от ку (закалка от температуры аустенизации температуры аустенизации 1050 С с выдер- 1050ОС с выдержкой 3,0 ч и охлаждения а жкой 3,0 ч и охлаждения в масле) и отпуск
1713971
12 масле) и отпуск (отпуск при 600 С продолжительностью 3,1 ч, охлаждение на воздухе) с последующим действием циклических нагрузок сжатия (циклирования), нормально приложенных к плоской поверхности пуансонов, Циклирование пуансонов (приложение циклических нагрузок сжатия) производят на литьевой машине с гидравлическим приводом путем циклического нагружения сжатия при нормальном напряжении 70 кгс/мм в количестве 2400 г циклов. Общая продолжительность цикла
50 с, в том числе время для достижения напряжения 70 кгс/мм составляет 10 с, акг тивное время нажатия 14 с. время перемещения штока литьевой машины для производства следующего цикла 26 с. Усилие штока машины замеряют манометром.
Пуансоны во время циклирования имеют температуру 600 С, Нормальное напряжение, равное 70 кгс/мм, — это минимальное г напряжение необходимое для литья под давлением деталей, а число -циклов циклов
2400 — это средняя стойкость пуансонов, изготовленных из известной стали. Для определения разгаростойкости образцы нагревают токами высокой частоты на установке ЛПЗ вЂ” 67В (частота тока 60 — 74 кГц) на глубину 1,2 — 1,5 мм. Термический цикл включает нагрев образцов до 600 С на глубину 1,2-1,5 мм в течение 7 c in охлаждения в воде до 20 С, Через 600 циклов образцы шлифуют до параметра шероховатости R> =
=0,32 мкм, протравливают 15 Д-ным водным раствором персульфата аммония при 20 С с продолжительностью 30 с. С помощью профилографа-профилометра типа А1 модели 252 с регистрирующим (записывающим) в прямоугольной системе координат устройством (максимальная длина трассы ощупывания 40 мм, вертикальное и горизонтальное увеличение профилографа
1000 раз, радиус кривизны вершины щупа
10 2,5 мкм) определяют на двух параллельных поверхностях, перпендикулярных к дну (линии) надреза, суммарную длину всех трещин. Затем подсчитывают число трещин на этих поверхностях и находят среднюю длинутрещины. Среднюю длинутрещины (I, мм) вычисляют из соотношения
I=L n, где L — общая (суммарная) длина трещины в двух параллельных поверхностях, перпендикулярных к дну (линии) надреза, мм; и— общее число трещин на двух параллельных поверхностях, перпендикулярно расположенных к дну (линии) надреза; 1 — средняя длина трещины, мм.
По средней длине трещины оценивают разгаростойкость стали.
Сталь, указанного состава, имеет при
600 С низкий уровень сопротивления смятию (Л I), равный 0,59 мм. Сопротивление смятию определяют на шлифованных с параметром шероховатости R = 0,32 мкм образцах диаметром 5 мм и длиной 8 мм, вырезанных электооэрозионным способом с поверхности заготовок размером
560х125 мм, высотой 215 мм, прошедшие закалку от температуры аустенизации
1050 С с выдержкой 3,0 ч и охлаждения в масле с последующим отпуском при 600 С продолжительностью 3, I ч, охлаждение на воздухе, Для on ределения соп ротивления смятию образец диаметром 5 мм и длиной
8 мм помещают вертикально между верхней и нижней водоохлаждаемыми плитами размером каждой 140х125 мм и высотой 170 мм, затем водоохлаждаемые плиты с образцом помещают внутри прямоугольной жесткой рамы, на основании которой внутри смонтирован гидравлический домкрат с манометром, Водоохлаждаемые плиты с образцом устанавливают внутри прямоугольной рамы так, чтобы нижняя поверхность водоохлаждаемой плиты находилась на площадке гид-. равлического домкрата, а верхняя поверхность верхней плиты упиралась в верхнюю перекладину рамы. Между нижней поверхностью перекладины рамы и.верхней поверхностью верхней плиты а также между нижней поверхностью площадки нижней плиты и верхней поверхностью площадики гидравлического домкрата устанавливают прокладки из электроизоляционного материала. Бодоохлаждаемые плиты имеют клеммы для подвода электрического тока. В начале испытания образец предварительно сжимают гидравлическим домкратом до нормального напряжения 57 кгс/ммг, а затем от электросварочной установки модели
ВС-600М УЗ через клеммы плит в образец пропускают электрический ток. Образец нагревается и расширяется, в результате чего напряжение сжатия дополнительно увеличивается до нормального напряжения (70 кгс/мм ). Затем после нагрева электричег ский ток отключают и образец охлаждают за счет стока тепла к водоохлаждаемым плитам. Температуру нагрева измеряют приваренной к поверхности образца 0,2 мм платина-платинородиевой термопарой.
Цикл температурно-силового воздействия (TCB) включает: электронагрев со скоростью 500 град/с до 600 С без выдержки, охлаждениедо4500С соскоростью50 град/с.
При достижении температуры 600 С в образце напряжение сжатия составляет 70 кгс/ммг.
Усилие домкрата, а также усилие, возникающее на образце в результате температур13
14
1713971 но-силового воздействия, замеряют манометром. После проведения 2400 циклов температурно-силового воздействия образец вынимают и определяют уменьшение длины (Л1) по формуле
Л1= lo 1; где hl — уменьшение длины;
Io и! — длина образца соответственно до и после температурно-силового воздействия, мм.
По изменению оценивают сопротивление смятию, Линейное измерение образцов .производят микрометром типа MK 25 — 1.
Сталь, указанного состава, имеет при
600 С низкий предел текучести при сжатии,: равный 2037 МПа, который определяют на образцах диаметром 5 мм и высотой 8 мм (образцы электроэрозионным способом вырезают с поверхности заготовок размером
560х125 мм, высотой 215 мм, прошедшие закалку от температуры аустенизации
1050 С о;выдержкой 3 ч и охлаждения в масле с щследующим отпуском при 600 С продолжительностью 3,1 ч, охлаждение на воздухе; образцы шлифуют до параметра шерохоцйости Ra = 0,32 мкм и испытывают при 600 С на машине ИМ-12А с записью диаграммы нагружения при скорости нагружения 1,2 мм/мин. Сталь, указанного состава, имеет низкий коэффициент теплопроводности 0,09714 кал см град с, который определяют на образцах диаметром 50 мм и длиной 190 мм, вырезанных электроэрозионным способом с поверхности заготовок размером 560 х 125 мм, высотой 215 мм, прошедшие закалку от температуры аустенизации 1050 С с выдержкой 3 ч и охлаждения в масле с последующим отпуском при 600 С продолжительностью 3,1 ч, охлаждение на воздухе. Образцы со всех сторон шлифуют до параметра шероховатости Ra=0,32 мкм.
Для определения коэффициента теплопроводности в образце вдоль вертикальной оси с торца головки на глубину 60 мм высверливают диаметром 30 мм полость, в которой устанавливают электронагреватель диаметром 20 мм, высотой 50 мм, и закрывают сверху торец головки образца шайбой диаметром 50 мм и высотой 15 мм из испытуемого материала образца. В образце от торца головки на расстоянии 90 и 140 мм производят перпендикулярно вертикальной оси образца на глубину 25 мм сверление диаметром 6 мм, в которое ко дну отверстия приваривают с помощью тока разряда конденсаторных батарей, диаметром 0,2 мм платина-платинородиеаые термопары, Образец в собранном виде вертикально голо-.
10 вкой вверх помещают через днище, в цилиндрическую камеру с внутренним диаметром
200 мм, внутренней высотой 300 мм и толщиной стенки 10 мм, Нижний торец образца крепится в днище камеры с обеих сторон с помощью телескопического в виде усеченного конуса крепежно-уплотнительного устройства с теплоизоля цион ными манжетами.
Образец устанавливают так, чтобы сверление под нижнюю термопару находилось на уровне 10 мм от внутренней стороны днища цилиндрической камеры, а нижний торец образца выходил за пределы наружной стороны камеры на 30 мм. Образец охлаждают снизу путем помещения всей нижней части камеры в ванну с водой с температурой 20 С (камеру становят в ванну на пустотелые ножки). Нагрев головки образца производят до 400 С, длительность испытания 20 мин.
20 Разность температур, расстояние между приваренными к образцу термопарами, площадь поперечного сечения образца между термопарами, расходуема мощность в печи головки образца, время испы25 тания — это исходные данные для вычисления коэффициента теплопроводно ссти по формуле
Q.!
Л
30 где А — коэффициент теплопроводности, кал/см град с;
Q — количество теплоты, кал;
t — расстояние между верхней и нижней термопары, см;
35 S — площадь поперечного сечения образца между верхней и нижней термопарами, см;
41 и l2 — показания температуры соответственно в верхней и нижней термопарами, 40 ОС; т — длительность испытания, с.
Состав плавки 2 при рассмотренных методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия
45 обеспечивает стали высокие уровни твердости (53,0 ед. HRC), предела текучести при сжатии (2168 МПа), сопротивления смятию (0,47 мм), коэффициента теплопроводности (0,11040 кал/см град с), размера критиче50 ского раскрытия трещины (0,397 мм), а также сохраняет после действия циклических нагрузок сжатия при 600 С уровень разгаростойкости (3,8 мм).
Состав плавки 3 при рассмотренных методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия обеспечивает стали высокие уровни твердости (54,1 ед.HRC), предела текучести при сжатии (2245 Mfla), сопротивления смятию
16 (0,39 мм), коэффициента теплопроводности (0,10637 кал/см град с), размера критического раскрытия трещины (0,376 мм), а также сохраняет после действия циклических нагрузок сжатия при 600 С уровень разгаростойкости (4,6 мм).
Состав плавки 4 при рассмотренных методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия обеспечивает стали высокие уровни твердости (55,3 ед,HRC), предела текучести при сжатии (2304 МПа), сопротивления смятию (0,32 мм), коэффициента теплопроводности (0,10043 кал/см град с), размера критического раскрытия трещины (0,312 мм), а также сохраняет после действия циклических нагрузок сжатия при 600 С уровень разгарастойкости (5,4 мм).
Состав плавки 5 при рассмотренных методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия не обеспечивает стали высоких уровней твердости (52,4 ед. HRC), предела текучести при сжатии (1973 МПа), сопротивления смятию (0,51 мм), коэффициента теплопроводности (0,09016 кал/см град с), размера критического раскрытия трещины (0,246 мм), а также не обладает способностью сохранять после действия циклических нагрузок сжатия при 600 С уровень раэгарастойкасти (7,0 мм), Состав плавки 6 при рассмотренных методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия не обеспечиваст стали высоких уровней твердости (42,8 ед.HRC), предела текучести при сжатии (1б80 МПа), сопротивления смятию (0,84 мм), коэффициента теплаправадности (0,08971 кал/см град с), размера критического раскрытия трещины (0,197 мм), а также не обладает способностью сохранять после действия циклических нагрузок сжатия при 600 С уровень.раэгарастайкости (10,4 мм), Состав плавки 7 при рассмотренных методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия не обеспечивает стали высоких уровней твердости (44,2 ед.HRC), предела текучести при сжатии (1747 Mfla), сопротивления смятию (0,77 мм), коэффициента теплапроводности (0,08524 кал/см град c), размера критического раскрытия трещины (0,156 мм), а также не обладает способностью сохранять после действия циклических нагрузок сжатия при 600 С уровень разгарастойкасти (12,7 мм).
Состав плавки 8 при рассмотренных методах испытаний, режимах термической обработки и циклического нагружения сжатия не обеспечивает стали высоких уровней твердости (46,7 ед. HRC), предела текучести при сжатии (1836 МПа), сопротивления смя5 тию (0,69 мм), коэффициента теплопроводности (0,08103 кал/см град с), размера критического раскаытия трещины (0,128 мм), а также не обладает способностью сохранять после действия циклических нагрузок
10 сжатия при 600 С уровень разгаростойкасти (13,9 мм).
Механические свойства предлагаемой и известной стали представлены в табл. 4.
Предлагаемая сталь для пуансонов
15 пресс-форм литья латуни Л85 под давлением составов плавок 2 — 4 при высоких значениях твердости, предела текучести при сжатии, сопротивления смятию, коэффициента теплопроводности, линейного размера
20 критического раскрытия трещины обладает способностью сохранять после действия циклических нагрузок сжатия при 6000С уровень раэгарастойкости, что приводит к повышению стойкости инструмента, 25
Формула изобретения
Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, медь, бар, кальций, церий, железо, о.т л и ч а ю щ
30 а я с я тем, что, с целью повышения при температуре 600 С твердости, предела текучести при сжатии, коэффициента тепло- провадности, сопротивления смятию, линейного размера критического раскрытия
35 трещины и сохранения после действия циклических нагрузок сжатия при температуре .
600 С уровня разгаростойкости, она допол-,, нительно содержит дисилициды гафния, окись бериллия, цирконий, калий, празео40 дим, индий при следующем соотношении компонентов,мас.7:
Углерод 0,25 — 0,29
Кремний 0,50 — 0,96
Марганец 0,5-0,8
45 Хром 1,5 — 2,5
Молибден 1,8 — 2,4
Ванадий 0,7 — 0,98
Медь 0,4 — 1,0
Бар 0,004-0,007
50 Кальций 0,04-0,07
Церий 0,08 — 0,12
Дисилициды гафния 0,09-0,17
Окись бериллия 0,05-0,11
Цирконий 0,92-1,80
55 Калий 0,04 — 0;10
П разеадим 0,09-0,16
Индий 0,05-0,08
Железа Остальное при условии выполнения соотношения циркония и индия, равного 18,4-22,5.
1713971
Таблица 1
Таблица 2
Таблица 3
Таблица4