ШТАМПОВЫЙ СПЛАВ Российский патент 2004 года по МПК C22C19/05 

Изобретение относится к металлургии, в частности к инструментальным материалам высокой теплостойкости, используемых для литых и кованных штампов горячего деформирования, работающих без интенсивного охлаждения.

Известен штамповый сплав, содержащий углерод, хром, вольфрам, молибден, кобальт, железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,24-0,26

Хром 6,0-6,2

Вольфрам 7,0-8,0

Молибден 1,5-2,0

Кобальт 7,5-8,0

Железо Остальное

(см. Сагодеева Т.Г. Исследование штамповых сталей высокой теплостойкости. М.: автореферат, 1971, с. 15-21).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является штамповый сплав, содержащий углерод, хром, титан, алюминий, молибден, кобальт, никель, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,1-0,12

Хром 18,0-19,0

Титан 3,0-3,2

Алюминий 1,3-1,6

Молибден 10,0-10,5

Кобальт 10,0-11,0

Никель Остальное

(см. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983. с. 461-465).

Недостатком описанных штамповых сплавов является низкая эксплуатационная стойкость штампового инструмента, обусловленная не высокой твердостью и теплостойкостью штамповых сплавов, применяемых для его изготовления.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной стойкости инструмента за счет увеличения твердости и теплостойкости штампового сплава.

Это достигается тем, что штамповый сплав содержит углерод, хром, алюминий, молибден и никель в следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,1-0,12

Хром 13,0-15,0

Алюминий 3,0-6,0

Молибден 4,5-6,5

Никель 72,5-79,5

Введение в состав штампового сплава углерода в количестве 0,1-0,12 мас.% является оптимальным, т.к. способствует образованию карбидов хрома или С₂С₆, которые принимают участие в процессе дисперсионного твердения. При содержании углерода более 0,12 мас.% происходит уменьшение количества упрочняющей фазы типа Ni₃Аl, что снижает твердость штампового сплава при старении.

Введение в состав штампового сплава хрома в количестве 13,0-15,0 мас.% является оптимальным, т.к. при таком содержании хрома увеличивается сопротивление штампового сплава окислению при высоких температурах и повышается его способность к дисперсионному твердению без участия титана. При содержании хрома ниже 13,9 мас.% снижается количество карбидов хрома, которые принимают участие в процессе дисперсионного твердения. При содержании хрома более 15,9 мас.% происходит резкое снижение теплостойкости и жаропрочности штампового сплава.

Введение в состав штампового сплава алюминия в количестве 3,0-6,0 мас.% является оптимальным, т.к. при этом достигается максимальное количество упрочняющей фазы, что приводит к получению максимальной твердости после старения. При содержании алюминия ниже 3,0 мас.% не обеспечивается требуемая твердость штампового сплава за счет малого количества упрочняющей фазы. При содержании алюминия более 6,0 мас% происходит снижение пластичных свойств штампового сплава и как следствие - затруднения при ковке.

Введение в состав штампового сплава молибдена в количестве 4,5-6,5 мас.% является оптимальным, т.к. повышает температуру рекристаллизации γ-твердых растворов и замедляет их разупрочнение, и кроме этого способствует увеличению пластичности и прочности штампового сплава. При содержании молибдена ниже 4,5 мас.% происходит понижение температур старения, что, в свою очередь, снижает теплостойкость штампового сплава. Содержание молибдена более 6,5 мас.% не целесообразно, т.к. не оказывает влияния на повышение твердости и прочности штампового сплава.

Пример конкретного выполнения. Предлагаемый штамповый сплав выплавлялся в открытой индукционной печи. Масса слитков составляла от 4 до 50 кг. Слитки ковались на прутки сечением 12×12 мм. Степень деформации - 76%. Температура ковки составляла 1050-1150°С. Охлаждение после ковки выполнялось на воздухе. Структура штампового сплава представлена аустенитом с мелкими равномерно распределенными интерметаллидными частицами.

Штамповый сплав исследовался на механические свойства в холодном и горячем состоянии после закалки и отпуска.

Закалка осуществлялась при температуре 1180-1200°С с выдержкой до 14-16 с на 1 мм сечения прутка для полного прогрева изделия и последующим охлаждением в масле. Твердость после закалки составила HRC 30-31.

Отпуск осуществлялся нагревом до температуры 700-850°С. При температуре 800°С после 10 ч выдержки твердость составила HRC 45-46.

Для сравнительной оценки использовался штамповый сплав ХН53К11МЮТ (прототип) известного состава.

Теплостойкость предполагаемого штампового сплава оценивалась по температуре длительного нагрева, после которого сохранялось твердость HRC45. Данная температура равнялась 880°С, что на 80°С выше, чем у штампового сплава прототипа.

Определение механических свойств проводилось после обработки по приведенным ранее температурам, обеспечивающим получение твердости HRC45-46.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый состав штампового сплава обладает оптимальными свойствами, он обеспечивает лучшую теплостойкость и механические свойства по сравнению с составом штампового сплава-прототипа твердого HRC 45-46, относительным удлинением 12% и относительным сужением 19%.

Исследования показали увеличение в 2-3 раза стойкости инструмента, в частности, концевых фрез, выполненных из предлагаемого штампового сплава, по сравнению со стойкостью инструмента, выполненного из штампового сплава-прототипа. Это позволяет применять предлагаемый штамповый сплав для изготовления прессовых инструментов, например мелких вставок окончательного штампового ручья, матриц и пуансонов выдавливания, а также штампов горячего деформирования, рабочая поверхность которых нагревается до 800-900°С.

Таким образом, использование предлагаемого штампового сплава повышает эксплуатационную стойкость инструмента вследствии увеличения твердости и теплостойкости штампового сплава.

Изобретение относится к металлургии, в частности к инструментальным материалам высокой теплостойкости, используемым для литых и кованых штампов горячего деформирования, работающих без интенсивного охлаждения. Предложен штамповый сплав, содержащий углерод, хром, алюминий, молибден и никель, при этом он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,1-0,12, хром 13,0-15,0, алюминий 3,0-6,0, молибден 4,5-6,5, никель 72,5-79,5. Технический результат - повышение эксплуатационной стойкости инструмента, выполненного из предлагаемого штампового сплава.

Штамповый сплав, содержащий углерод, хром, алюминий, молибден и никель, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,1-0,12

Хром 13,0-15,0

Алюминий 3,0-6,0

Молибден 4,5-6,5

Никель 72,5-79,5