СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОЙ ДИСПЕРСИОННО-ТВЕРДЕЮЩЕЙ ФЕРРИТОКАРБИДНОЙ СТАЛИ Российский патент 2016 года по МПК C22C33/04 C22C38/14 

Изобретение относится к области металлургии машиностроения, а именно к области получения и использования литейных материалов, может быть использовано при производстве литых штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки (штампы «Автофордж»), сплавов на основе меди и др.

Известны [1] теплостойкие штамповые стали мартенситного класса для горячего деформирования 3Х2В8Ф, 4Х4СВМФ (ДИ-22), 5Х3В3МФС (ДИ-23), 4Х5МФС и др.

Недостатком [1] штамповых сталей мартенситного класса является их применение при изготовлении пресс-инструмента только в кованом состоянии. Ограниченное применение [1] сталей мартенситного класса для изготовления литого пресс-инструмента связано с образованием литейных трещин в процессе кристаллизации отливок при ускоренном охлаждении. Кроме того, в процессе эксплуатации штампов горячего деформирования вследствие разогрева гравюры до высокой температуры (900°С) происходят полиморфные превращения α↔γ, что приводит к структурно-фазовому наклепу и снижению стойкости пресс-инструмента, изготовленного из сталей мартенситного класса.

Известен [2] опыт изготовления литых ковочных штампов для процесса твердожидкой штамповки бронз и латуней, штампы «Автофордж» на Литейном заводе ОАО «КАМАЗ» из стали 4Х3В2Ф2М2СХ.

Недостатком [2] является то, что штампы «Автофордж» (весом до 60 кг) получают путем литья в дорогостоящие цирконовые формы, изготовляемые по сложной технологии путем горячего отверждения с применением в качестве связки экологически вредных фенолформальдегидных смол. При этом медленное охлаждение при кристаллизации отливок приводит к образованию грубой литой структуры, что обусловливает пониженную работоспособность в сравнении с коваными штампами.

Перспективным способом получения высокостойкой литой пресс-оснастки с мелкозернистой структурой и отсутствием возможности структурно-фазового наклепа за счет исключения α↔γ превращения является применение сталей аустенитно-карбидного или ферритокарбидного класса.

Известна [3] аустенитно-карбидная сталь сложного химического состава 20Х20Н18ТЗЮФМБР, мас. %: углерод - 0,17-0,23; хром - 14,1-18,2; никель - 17,0-19,0; титан - 2,0-3,0; бор - 0,002-0,02; ванадий - 0,9-1,5; молибден - 0,8-0,9; алюминий - 1,2-1,5; ниобий - 0,1-0,15; церий - 0,04-0,05; железо - остальное.

Недостатком [3] являются большие экономические затраты, дефицитность легирующих элементов и технологические производственные сложности.

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения, прототипом, является экономно-легированная суспензионная литая дисперсионно-твердеющая ферритокарбидная штамповая сталь [4], сталь содержит, вес. %: углерод 0,27-0,32, титан 5,8-6,2, никель 0,5-0,9, карбид титана (TiC) 0,5-1,5, железо остальное, а также может содержать следов до 0,05% марганца, 0,15-0,17% кремния и ≈ 0,03% серы и фосфора. Карбид титана вводится в виде порошка с размером частиц до 10 мкм в ковш или в струю расплава в процессе заливки стали в охлаждаемую металлическую форму-кокиль. Титан вводится в предлагаемую сталь в количестве 4 мас. % для создания ферритной матрицы, которая образуется в системе Fe-Ti при указанном количестве Ti [5]. Порядка 1 мас. % идет на создание TiC, а 0,8 - с целью формирования фазы типа Ni₃Ti.

Недостатком [4] является необходимость применения дорогостоящих порошковых карбидов TiC.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа получения литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали путем утилизации отработанных твердосплавных металлокерамических вставок режущего инструмента из сплавов типа: Т5К6, Т15К6, Т5К10, Т21К8, ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К9, ТТ20К9 и Т30К4, содержащих карбиды титана (TiC), тантала (ТаС), вольфрама (WC).

Задачу достигают тем, что при данном способе заявляемая литая дисперсионно-твердеющая ферритокарбидная сталь может быть получена, например, следующим путем.

После расплавления стали 35Л в расплав вводятся ферротитан и ферроникель с обеспечением химического состава стали, содержащего, мас. %: углерод (С) 0,27-0,32; никель (Ni) 0,7-0,9 и титан (Ti) 5,8-6,2. Затем в расплав при температуре 1500-1520°С вводят отработанные твердосплавные металлокерамические вставки режущего инструмента из сплавов типа: Т5К6, Т15К6, Т5К10, Т21К8, ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К9, ТТ20К9, и Т30К4, содержащих карбиды титана (TiC), тантала (ТаС), вольфрама (WC) с последующей выдержкой при данной температуре в течение 30 мин, обеспечивающей растворение входящей в твердосплавные вставки кобальтовой связки и равномерное распределение в расплаве карбидов. После чего осуществляют разливку полученного расплава в кокиль с последующим охлаждением с получением стальных отливок, при этом сталь отливок имеет следующий химический состав, мас. %:

углерод (С) 0,27-0,32;

титан (Ti) 5,8-6,2;

никель (Ni) 0,7-0,9;

кобальт (Со) 0,02;

карбиды: титана (TiC), тантала (ТаС), вольфрама (WC) 0,5-1,5%;

железо (Fe) - остальное.

За счет ускоренного охлаждения отливок при заливке полученного расплава стали в кокиль образуется мелкозернистая структура с равномерным распределением карбидов в ферритной матрице без образования литейных трещин.

Наличие в сплаве Ni позволяет применять режимы дисперсионного твердения с образованием мелкодисперсных частиц типа Ni₃Ti, обеспечивающих дополнительное повышение твердости и сопротивление абразивному износу пресс-оснастки.

Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружены средства, которым присущи признаки, идентичные (совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Заявляемый способ имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение можно реализовать для производства литых штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки (штампы «Автофордж») сплавов на основе меди и др., при этом решается экологическая задача - утилизации твердосплавных металлокерамических вставок режущего инструмента. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.

Использованные источники

1. Л.А. Позняк, Ю.М. Скрынченко, С.И. Тишаев - Штамповые стали. - М.: Металлургия, 1980 - 240 с.

2. АС №1108126 СССР, МКИ С22С 38/26. Штамповал сталь. Авторы: М.С. Колесников, Э.Н. Корниенко, Л.А. Алабин и др. Опубликовано 15.04.84. Бюл. №30.

3. АС №1724723 СССР, МКИ С22С 38/26. Штамповал сталь. Авторы: М.С. Колесников, Л.В. Трошина и др. Опубликовано 03.02.91. Бюл. №26.

4. Патент "Суспензионная литая дисперсионно-твердеющая сталь" №2487958 С2 МП К С22С 38/14, С22С 33/04. Авторы: И.О. Леушин, Э.В. Панфилов, М.С. Колесников, В.И. Астащенко, Р.А. Бикулов, С.В. Калистов, Н.В. Саламашкина. Заявка №2011109290/02 от 11.03.2011. Опубликовано 20.07.2013. Бюл. №20.

5. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. - М.: Металлургиздат, 1962 - 574 с.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали для изготовления литых штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки. Расплавляют сталь 35Л. В полученный расплав вводят ферротитан и ферроникель с обеспечением химического состава стали, содержащего, мас.%: углерод (С) 0,27-0,32, никель (Ni) 0,7-0,9 и титан (Ti) 5,8-6,2. Затем в расплав при температуре 1500-1520°С вводят отработанные твердосплавные металлокерамические вставки режущего инструмента из сплавов: типа Т5К6, Т15К6, Т5К10, Т21К8, ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К9, ТТ20К9 и Т30К4, содержащих карбиды титана (TiC), тантала (ТаС), вольфрама (WC). Выдерживают расплав при данной температуре в течение 30 мин для обеспечения растворения входящей в твердосплавные вставки кобальтовой связки и равномерного распределения в расплаве карбидов. Осуществляют разливку полученного расплава в кокиль с последующим охлаждением с получением стальных отливок. Сталь отливок имеет следующий химический состав, мас.%: углерод (С) 0,27-0,32, титан (Ti) 5,8-6,2, никель (Ni) 0,7-0,9, кобальт (Со) 0,02, карбиды титана (TiC), тантала (ТаС), вольфрама (WC) 0,5-1,5%, железо (Fe) - остальное. Обеспечивается получения стали с мелкозернистой структурой и равномерным распределением карбидов в ферритной матрице без образования литейных трещин. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали, включающий расплавление стали 35Л, введение в полученный расплав ферротитана и ферроникеля с обеспечением химического состава стали, содержащего, мас.%: углерод (С) 0,27-0,32, никель (Ni) 0,7-0,9 и титан (Ti) 5,8-6,2, затем в расплав при температуре 1500-1520°С вводят отработанные твердосплавные металлокерамические вставки режущего инструмента из сплавов, содержащих карбиды титана (TiC), тантала (ТаС) и вольфрама (WC), с последующей выдержкой при данной температуре в течение 30 мин, обеспечивающей растворение входящей в твердосплавные вставки кобальтовой связки и равномерное распределение в расплаве карбидов, после чего осуществляют разливку полученного расплава в кокиль с последующим охлаждением с получением стальных отливок, при этом сталь отливок имеет следующий химический состав, мас.%:
углерод (С) 0,27-0,32;
титан (Ti) 5,8-6,2;
никель (Ni) 0,7-0,9;
кобальт (Со) 0,02;
карбиды: титана (TiC), тантала (ТаС), вольфрама (WC) 0,5-1,5%;
железо (Fe) - остальное.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в расплав вводят отработанные твердосплавные металлокерамические вставки режущего инструмента из сплавов типа Т5К6, Т15К6, Т5К10, Т21К8, ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К9, ТТ20К9 и Т30К4.