Инструментальная сталь

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Федулов Владимир Николаевич Сазоненко Игорь Олегович(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Инструментальная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам,молибден, ванадий, железо, отличающаяся тем, что содержит компоненты в следующем соотношении, мас.углерод 0,40-0,55 кремний 0,5-1,0 марганец 0,4-0,8 хром 1,00-1,75 вольфрам 1,5-2,8 молибден 1,5-2,2 ванадий 0,5-0,9 железо остальное. Изобретение относится к области металлургии, в частности к инструментальным сталям, используемым для изготовления рабочих частей пресс-форм для литья медных сплавов или штампов горячей обработки никелевых сплавов и других высокопрочных материалов. Известна инструментальная сталь 4 ХМФС 1 состава (мас. ) углерод - 0,37-0,45,кремний - 0,5-0,8, марганец - 0,5-0,8, хром - 1,5-1,8, молибден - 0,9-1,2, ванадий - 0,3-0,5,железо - остальное. Данная сталь имеет низкую теплостойкость и используется в штампах с разогревом во время прессования стальных изделий до 550 С и характеризуется неглубокой прокаливаемостью и чувствительностью к концентрации напряжений. Поэтому ее используют для штампов простой формы диаметром (стороной) до 350 мм. Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по химическому составу и достигаемому эффекту является инструментальная сталь 4 Х 2 В 2 МФС 2 состава (мас. ) углерод 17311 1 2013.06.30 0,42-0,50, кремний - 0,3-0,6, марганец - 0,3-0,6, хром - 2,0-2,5, вольфрам - 1,8-2,4, молибден - 0,8-1,1, ванадий - 0,6-0,9, железо - остальное. Указанная сталь после закалки в масло и высокого отпуска используется для инструментов с температурой разогрева рабочей поверхности до 600 С и кратковременно до 640 С, что является недостаточным при изготовлении пресс-форм литья медных сплавов или штампов прессования, например, никелевых сплавов и характеризуется недостаточной стойкостью. Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение теплостойкости стали для повышения износостойкости штампов и пресс-форм при получении изделий,когда разогрев поверхности рабочих частей при эксплуатации составляет 650 С и кратковременно до 690 С. Решение задачи достигается тем, что инструментальная сталь, содержащая углерод,кремний, марганец, хром, вольфрам, молибден, ванадий и железо, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.углерод 0,4-0,55 кремний 0,5-1,0 марганец 0,4-0,8 хром 1,00-1,75 вольфрам 1,5-2,8 молибден 1,5-2,2 ванадий 0,5-0,9 железо остальное. В табл. 1 приведены химические составы сталей, полученных в результате выплавки опытных образцов при проведении исследований, а в табл. 2 - результаты испытаний механических свойств заготовок 70125 мм всех этих сталей после термического упрочнения закалка с нагревом при 1080 С, выдержка 1,5 ч, охлаждение в маслеотпуск, в той же последовательности. Таблица 1 Содержание легирующих элементов, мас.п/п 1 (прототип) 0,45 0,5 0,35 2,1 2,18 1,11 0,65 92,66 2 0,55 0,5 0,8 1,75 1,5 1,85 0,7 92,35 3 0,5 0,82 0,4 1,41 2,2 1,5 0,9 92,27 4 0,4 1,0 0,6 1,00 2,8 2,2 0,5 91,50 5 0,35 1,35 0,3 1,87 1,2 1,1 0,4 93,43 6 0,6 0,36 0,93 0,8 2,39 2,38 1,04 91,50 Таблица 2 Значения механических свойств после отпуска, 620 С, 2 ч после отпуска, 650 С, 2 ч твердость,(замер ударная вязкость , твердость,(замер твертвердости на поверхности) МДж/м 2 (не менее) дости на поверхности) 1 51-52 0,25 46-48 2 53-54 0,35 50-52 3 53-55 0,32 50-53 4 51-54 0,38 48-52 5 50-51 0,40 46-48 6 53-56 0,28 51-54- для п. 1 - температура отпуска 600 С. 17311 1 2013.06.30 Увеличение по сравнению с прототипом в составе стали содержания молибдена, а также одновременное лимитирование содержания вольфрама, хрома, ванадия и кремния в составе стали способствует получению после закалки и повышения температуры высокого отпуска до 650 С в течение 2 ч инструмента с требуемой структурой стали, обеспечивающей выигрыш в свойствах и теплостойкости. Закалка с температурой нагрева 1080 С(выдержка в течение 1-2 ч в зависимости от толщины сечения) и охлаждение в масле позволяют получить в структуре стали после окончательного отпуска при 650 С достаточно теплостойкий перлит отпуска и высокотвердые за счет увеличения содержания молибдена вторичные карбиды (все вместе - высоколегированная матрица) с одновременно распределенными равномерно в матрице (без присутствия по границам зерен) первичными карбидами типа , сохранившимися после нагрева под закалку и охлаждения в масле и легированными в достаточном количестве вольфрамом, хромом, молибденом и ванадием. Общим итогом создания заявляемого состава инструментальной стали явилось повышение стойкости штампов горячего формообразования за счет повышения теплостойкости структуры до 650 С и кратковременно до 690 С. Видно, что дополнительное легирование стали, взятой в качестве прототипа (пример 1), молибденом и лимитирование содержания вольфрама, хрома и ванадия (примеры 2, 3, 4), позволило при сохранении примерно одной и той же твердости значительно повысить теплостойкость структуры стали заявляемого состава за счет изменения температуры последнего отпуска до 650 С в течение 2 ч вместо температуры отпуска 600 С 2 ч в предыдущем случае. Штампы для горячего формообразования изделий из никелевых сплавов, изготовленные из стали заявленного состава, выплавленной из инструментального стального лома(сталь Р 6 М 5 в количестве 40 сталь 45 в количестве 60 ), в результате проведения сравнительных испытаний показали стойкость в 1,5 раза выше, чем штампы, изготовленные из стали-прототипа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3