Сталь
Иллюстрации
Реферат
Союз Советск их
Соцналистическнк
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пи8637О6 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 0".05.79 (21) 2759626р2 — 02 с присоединением заявки № (28) Приоритет (5t)M. Кл.
С 22 С 38!54
Государственный комитет по делам изобретений н открытий
Опубликовано 15.09.81. Бюллетень ¹ 34
Дата опубликования описания 15.09.81 (53) УДК 669.15— — 194 (088.8) объединение по производству легковых автомобилей "Авто (54) СТАЛЬ
15
Изобретение относится к металлургии, а именно к производству конструкционной стали с повышенной обрабатываемостью резанием и пониженной склонностью к деформации в процессе химико — термической обработки, применяемой в машиностроении для изготовления массовых деталей, в частности зубчатых колес малого и среднего модуля, Известна сталь (1), которая содержит, вес.%:
Углерод 0,18 — 0,24
Марганец 0,8 -1,1
Кремний 0,17 — 0,37
Хром 0,4 — 0,7
Никель 0,4 -0,7
Бор 0,0010-0,005
Титан 0,03 — 0,09
Недостатками этой стали являются повышенная прокаливаемость и неудовлетворительная обрабатываемость.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является сталь (2), содержащая, вес.%:
Углерод 0,1-0,3
Марганец 0,5 — 1,35
Хром 0,25 — 0,85
Алюминий 0.01 — 0,1
Молибден 0,07 — 0,2
Бор 0,0005 — 0,004
Сера 0,035 — 0,13
Кальций 0,001 — 0,01
Кремний сс 0,4
Фосфор 0,03
Титан 0,003 — 0,05
Азот <0,015
Медь с 0,3
Никель с 0,25
Железо Остальное
Недостатками этой стали являются низкая ударная вязкость, прочность при изгибе и усталостная прочность.
Цель изобретения — повышение ударной вязкости, прочности при изгибе и усталостной прочности стали.
Для достижения поставленной цели сталь, содержащая утлерод, марганец, кремний, хром, никель, титан, бор, серу, кальций, алюминий, 863706 азот и железо, содержит компоненты при следувшем соотношении, вес.%:
Углерод 0,18 — 0,25
Марганец 0,45 — 0,79
Кремний 0,17--0,37
Хром 0,4 -0,7
Никель 0,4 -0,7
Титан 0,005 — 0,03
Бор 0,0005-0,003
Сера 0,015 — 0,06
Кальций 0,001 — 0,008
Алюминий 0,010 — 0,05
Азот 0,005 — 0,015
Железо Остальное
Химический состав исследованных плавок приводится в табл. 1.
Выплавку стали производят по действующим технологическим инструкциям. Металл прокатан в цеховых условиях и на промышленно-экспериментальном стане НИИМа 250/105х350 на ф 40 и к.в 40 мм.
Механические свойства исследованных плавок испытывают согласно требованиям ГОСТ 4543 — 7 после термической обработки заготовок
15х15х60 мм (образцов с припуском под шлифовку) по режиму: аустенизация 920 С в течение 10 ч, закалка с температуры подстуживания
850-870 С в масле, отпуск 180 . Полученные результаты представлены в табл. 2.
Хладноломкость стали оценивают методом сериальных испытаний ударных образцов в интервале температур от +20. до --100 C. 3а поло жение порога хладноломкости принимают температуру появления в изломе 50% кристалличности. Полученные данные представлены в табл. 3.
Экономное легирование никелем (0,4--0,7%) повышает вязкие свойства не только сердцевины, но и поверхностно-упрочненных слоев стали после химико-термической обработки, характерной для цементованных образцов (geталей). Образцы типа ударных (10х10х57 мм), но без канавок, подвергают химико-термической обработке в безмуфельных агрегатах: о о цементация 900 — 910 С, закалка с 820 С в roо рячем масле, отпуск 180 . Темп толкания
30 мин.
Результаты исшлтаний ударной вязкости сердцевины в сочетании с упрочненным слоем глубиной 0,8 мм представлены в табл. 4.
Для оценки прочности при изгибе из предлагаемой и известной стали были изготовлены пластины размером 2,5х10х80 мм и подвергнуты химико — термической обработке по указанному режиму. Положительное влияние легирования никелем на прочность при изгибе и стрелу прогиба насквозь цементованных пластин видно из данных табл. 5, Лальнейшее повышение содержания никеля в стали выше 0,7% нецелесообразно не только из-за дефицитности никеля, но и вследствие
его отрицательного влияния на структуру диффузионных слоев (возрастание количества остаточного аустепита в цементованных, нитроцементованных слоях после закалки, что проявляется в снижении эксплуатационных свойств цементованшях деталей), Предлагаемая сталь обеспечивает качественную микроструктуру сердцевины и слоя после закалки с температурой нагрева 820 С, в то время как известную сталь принято подвергать закалке с 850-860 С.
Пониженные температуры (8 0 С) химико„„о, термической обработки предлагаемой стали по о сравнению с известной сталью (850 С) обеспечивают снижение брака по деформации деталей до 0,5% против 1,5 — 2%.
Усталостную прочность предлагаемои и известной сталей испытывали по ГОСТ 2860 — 65 на гладких продольных образцах на базе 10 млн. циклов. Значения пределов усталости испытанных вариантов представлены в табл. 6.
Ускоренные стендовые испытания стали предлагаемой и известной стали показали, что предел контактной выносливости предлагаемой стали достигает -170 кгс/мм, а известной стали 130 кгс/мм .
4о Повышение содержания серы (количества сульфидных включений) отрицательно влияет на усталостные свойства. Так, установлено, что усталостная прочность известной стали при повышении содержания серы с 0,035% до 0,085%
45 на гладких образцах в закалешгом и низкоотпушенном состоянии понижается на 25%.
863706 ю
О ОО с о
I ln ln
I ! ! !
О О (4 о
l I=I 00 in ю О () и
О О О О О о О о о Оо о о,-", о ((° «4 (О о ( о о (»
О
О г-1 о
O O О О
o o о о
О О О,О С"
Я Я 8 о о
8 Я
О О
8 о
In о с» 8 о о о ь о о м о о о
o c" о ь
О о (ч (ч (4
o o о о о о î c c" (Ч о о о (1 о 8 о о о о о (»4 (4
8 8
О О м ь о о
8 88 о о а о» о о о
00 (4 с м
o o о о а
М М
О О
О О о о м о о о о
О0 00
М о о о с
Щ
М о о а а
I ( о о
О О а в () (Ч о о я с? О о о (ln
О о (4 с о о (4 М с? о о с?
О о О
CI о (О О (Ч с
О 41 Ю о С ( О о („Ь а о С о о с? о о и о»
ln о
ln о ( (4 М о о о о
М (Ч о о
00 О (4 (4 о о о1 (Ч о (Ч
М
О (Г 4 о о\ (4
С»
Ch 0Il (4 (.4 о" о (, Л (Ч о l) М Ch Ю Ch ? (Ч Ch (4 (»4 о о о и ((о о о о о о о о о о (Ч (- (.
О ОГЧ (4 CO (4 О
04 О (Ч о о о о
00. О ln
° (4 (4 (4 о о о о о о о
Г4 (4 (Ч .о о о
4 а в (а о (Я о Я о о
О О О О О О
Ю
М O о о о о о о
Е
j (Ч М
Й ( а м (О о о Я о™ о о о о
863706
Табл ица 2
Удлинение, о ",%
Предел текучести б,кгс/ Р
Ударная вязкость ан, кгс M/см
Сжатие у,%
132-154
116-128
12 — 14 58 — 62 11,5 — 14,8
3,0-3,4
Таблица 3
Ударная вязкость, а н, кгс м/см при температуре испытаний, С
-100 — 40 — 20 — 80 — 60
13,4 12,9 11,3
6,0 5,9 5,0
8,4 — 80
10,2
4,0
4,5
-100
8,1
9,3
13,0
15,2
12,1 — 100
4,6
4,9
5,1
6,0
7,0
Известная — 40
4,7
5,2
-20
1,5
2,0
2,0
П р и м е ч а н и е. В числителе значения ударной вязкбсти (средние по 5 испытаниям) для продольных образцов, в знаменателе — для поперечных.
Таблица 4
Предлагаемая плавка, N
Известная
Показатель
11
Ni 0,7%
Ni 04%
Ударная вязкость, а„, кгс м/см
6,3
5,3
0,7
2,2
6,8
Предел прочности, б В, кгс/мм
Плавка, о
Предлагаемая
14,7
5,4
12,0
3,8
8,4
2,3
14,0
6,2
14,5
6,9
1 1,2
3,1
12,7
5,3
8,2
2,7
Ni 0,6%
12,4
4,7
6,4
2,0
9,1
4,7
5,0
1,8
3,8
0,8
7,5
3,9
7,7
4,5
4,0
0,7
2,1
0,7
Твердость, В3
Порог хладноломкости продольных образцов, Ос
863706
Таблица 5
Сталь
Показатели
Известная плавка, У
Предлагаемая плавка, У
Ni 0,7%
Ni 06%
Ni 04%
12
Прочность при изгибе, кгс/мм
117
164
246
230
210
Стрела прогиба, мм
1,6
2,45
3,7
3,6
3,5
Таблица 6
Сталь после закалки и низкого отпуска после химико- термического упрочнения
50 — 58
Предлагаемая
95 — 98
65 — 78
Известная
42 — 48
0,18 — 0,25
0,45 — 0,79
0,17 — 0,37
0,4 -0,7
0,4 — 0,7
Составитель С. Леркачева
Техред А,Савка
Редактор М. 11иткина
Корректор М. ШаРоши
Заказ 7710/43 Тираж 684
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Подписное
Филиал ПГ1П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Формула изобретения
Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, титан, бор, серу, кальций, алюминий, азот и железо, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения ударной вязкости, прочности при изгибе и усталостной прочности, она содержит компоненты при следующем соотношении, вес.%:
Углерод
Марганец
Кремний
Хром
Никель
Предел усталости (э „, кгс/мм зо Титан 0,05 — 0,03
Бор 0,0005 — 0,003
Сера 0,015 — 0,06
Кальций 0,001 — 0,008
Алюминий 0,010 — 0,05
Азот 0,005 — 0,015
Железо Остальное
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Сталь 20 ХГНТР ГОСТ 4543 — 71. Сталь
40 легированная, конструкционная, марки и технические требования.
2. Патент Японии N4 44855, кл. 10 J 172(С 22 С 39/14), 1972.