Легирующий материал для электрошлаковой наплавки стальных заготовок формообразующей оснастки

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЛЕГИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ФОРМООБРАЗУЮЩЕЙ ОСНАСТКИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Клещенак Геннадий Иванович Стефанович Василий Александрович Тарновская Ольга Геннадьевна Лесько Александр Михайлович Захарченко Валерий Иванович(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Легирующий материал для электрошлаковой наплавки стальных заготовок формообразующей оснастки, содержащий стружку стали 5 ХНМ и оксид ванадия, отличающийся тем, что дополнительно содержит алюминиевый порошок и азотированную стружку стали 5 ХНМ при следующем соотношении компонентов, мас.оксид ванадия 5-7 алюминиевый порошок 0,30-0,35 азотированная стружка стали 5 ХНМ 2-7 стружка стали 5 ХНМ остальное,при этом азотированная стружка содержит 4,5-6,5 азота. Изобретение относится к спецэлектрометаллургии, а именно изготовлению стальных заготовок формообразующей оснастки с использованием метода электрошлаковой наплавки и нерасходуемых электродов. Известен легирующий шихтовой материал 1, содержащий следующие компоненты,мас.стружка стали 5 ХНМ 95,7-98,5 легирующие брикеты 1,5-4,3,причем состав брикетов следующий, мас.оксид ванадия 25 15,5-16,5 углеродосодержащий компонент 17,0-19,5 окалина 65,0-66,5 жидкое стекло 10887 1 2008.08.30 Данный легирующий материал не обеспечивает достаточно высокого комплекса физико-механических свойств, необходимых для эффективной работы формообразующей оснастки горячего деформирования и ее высокой эксплуатационной стойкости. При использовании известного легирующего материала достигаются следующие показатели механических свойств ударная вязкость 400-450 кДж/м 2, твердость 38-41,предел прочности в 1450-1500 МПа. При таком комплексе свойств не обеспечивается достаточно высокая эксплуатационная стойкость формообразующей оснастки. Для повышения ударной вязкости и твердости стали 5 ХНМ, содержащей ванадий, необходимо дополнительное легирование стали азотом. Задачей, решаемой изобретением, является повышение механических свойств стальных заготовок формообразующей оснастки с использованием метода электрошлаковой наплавки. Достигается поставленная задача тем, что легирующий материал для электрошлаковой наплавки стальных заготовок формообразующей оснастки, содержащий стружку стали 5 ХНМ и оксид ванадия, дополнительно содержит алюминиевый порошок и азотированную стружку стали 5 ХНМ при следующем соотношении компонентов, мас.оксид ванадия 5-7 алюминиевый порошок 0,30-0,35 азотированная стружка стали 5 ХНМ 2-7 стружка стали 5 ХНМ остальное,при этом азотированная стружка содержит 4,5-6,5 азота. Использование данного легирующего шихтового материала для электрошлаковой наплавки стальных заготовок формообразующей оснастки (преимущественно штампов горячего формирования из стали 5 ХНМ) позволяет стабильно вести электрошлаковый процесс на установке, созданной на базе флюсоплавильной печи типа У-560. Плавление легирующего материала осуществляется с использованием рафинирующих флюсов АНФ-6 и АН-295, возможно также использование и других флюсов. Дополнительное введение в сталь 5 ХНМ азота и ванадия позволяет повысить такие показатели механических свойств,как теплостойкость, которая наряду с ударной вязкостью и твердостью обеспечивает высокую эксплуатационную стойкость штампов горячего деформирования за счет образования нитридов ванадия типа, а также карбонитридных фаз, содержащих ванадий. Теплостойкость стали повышается за счет повышения стабильности фаз и структурных составляющих в стали за счет дополнительного легирования ее ванадием и азотом. Так,при использовании состава 1 (прототип) сталь сохраняет твердость 45 э до температуры 500-520 С, а при использовании составов 2-10 указанный выше показатель (э) сохраняется до температур 580-600 С, что с образованием нитридов ванадия и карбонитридов ванадия, которые являются более устойчивыми фазами, чем карбиды ванадия. Восстановление ванадия из его оксида осуществляется за счет использования в составе легирующего материала алюминиевого порошка, а также углерода нерасходуемых графитовых электродов. Проведены плавки с использованием различных составов легирующего материала. Результаты исследований представлены в таблице. При вводе в состав легирующего материала азотированной стружки менее 2(состав 2) не наблюдается повышение механических свойств стали (э, в, ), что связано с низким содержанием азота в стали. При содержании азотированной стружки более 7(состав 7) наблюдается некоторое снижение ударной вязкостиза счет увеличения размеров карбонитридных фаз из-за повышенного содержания азота и ванадия в стали. При содержании оксида ванадия менее 5(состав 8) наблюдается снижение ударной вязкости,прочности и твердости за счет низкого содержания в стали нитридов ванадия, а при содержании более 7(состав 7) механические свойства практически не изменяются. Поро 2 10887 1 2008.08.30 шок алюминия является восстановителем ванадия из его оксида. При содержании его менее 0,3(состав 9) содержание ванадия низкое, что приводит к снижению комплекса механических свойств. При содержании более 0,35(состав 10) механические свойства стали практически не изменяются. Составы легирующего материала, химический состав и механические свойства выплавленных сталей Содержание компонентов, мас. Жид- АлюАзотиЭлект- Жеп/п Стружка Оксид кое миниеВанадий Азот рованрод- лезная стали ванастекло вый Сэ(2) ная ный окали 5 ХНМ дия сверх поростружка бой на 100 шок 95,70 1 (прото 15,8 18,9 65,3 5,0 0,20 45 тип) 2 93,25 1,5 5,0 0,25 0,15 0,01 45 3 92,75 2,0 5,0 0,25 0,15 0,015 46 4 91,75 3,0 5,0 0,25 0,15 0,018 47 5 87,70 5,0 7,0 0,30 0,37 0,050 49 6 85,70 7,0 7,0 0,30 0,38 0,060 49 7 84,15 8,0 7,5 0,35 0,39 0,062 48 8 90,80 5,0 4,0 0,20 0,05 0,050 41 9 91,90 5,0 3,0 0,10 0,01 0,050 39 10 87,60 5,0 7,0 0,40 0,38 0,052 48- в таблице приведено содержание компонентов в легирующем брикете- данная твердость сохраняется до температуры 580-600 С для составов 2-10 и до 500520 С для состава 1. Источники информации 1. Патент РБ 4267, МПК С 22 В 9/18, В 22 19/10, 2001. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3