Сталь Советский патент 1984 года по МПК C22C38/32 

Изобретение относится к металлу гической промьжленности, в частнос к сталям, предназначенным для дета лей, работакнцих в условиях износа высокого контактного давления. Известна сталь 9Х2МФ 1 . Основными недостатками стали яв ляются низкая прокаливаемость при объемной закалке деталей массой св ше 100 кг и недостаточная теплосто кость. При этом требуемая по услов ям эксплуатации твердость готовых деталей (более 60 HR) может быть получена после закалки и низкого отпуска при 160-180с. Такая обраб ка приводит к преждевременному выходу деталей из строя из-за хрупко разрушения. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигае мому эффекту является сталь С23 с держащая, мас.%: Углерод1-2,2 Кремний0,15-0,35 Марганец0,15-0,4 Хром5,5-12,5 Ванадий0,15-0,7 Молибден0,4-1,5 Иттрий0,2-0,5. .Бор0,015-0,025 Алюминий0,5-0,9 ЖелезоОстальное Недостатком известной стали является низкое сопротивление хрупком разрушению. Целью изобретения является повыш ние сопротивления хрупкому разруше Эта цель достигается тем,что стал содержащая углерод, кремний, марган хром, молибден, ванадий, алюминий, бор и железо, содерзйит компоненты п следующем соотношении, мас.%: 0,9-1,1 Углер од 0,2-0,4 Кремний 0,8-1,0 Маргенец 2,8-3,3 0,5-0,7 Молибден 0,15-0,25 Ванадий 0,08-0,12 Алюминий 0,003-0,007 Остальное Железо Указанное содержание углерода об печивает высокую твердость 62-60 HR закаленной стали, отпущенной при 220-250°С. При содержании углерода менее 0,9% снижается температура от пуска для получения указанной твер. дости, что ведет к повьш1ению хрупко ти. При содержании углерода более 1,l% уменьшается способность к пластической деформации. Кремний в указанных количествах не является легирующим элементом, а действует как.раскислитель. Марганец вводился для увеличения прокаливаемости. При содержании марганца менее 0,8% прокаливаемость уменьшается, содержание марганца 1% повышает склонность к росту зерна, а это приводит к снижению ударной вязкости. Содержание хрома в указанных пределах повышает прокаливаемость. При содержании хрома менее 2,8% прокаливаемость уменьшается, повьш1ение содержания хрома 3,3% приводит к карбидной ликвации, усиливающейся с увеличением веса поковки или отливки.; Молибден в указанных пределах действует как и хром: повышает прокаливаемость стали и ее теплостойкость при температурах отпуска 600-650 0 до 50-40 HR(. V(, расширяет область применения предлагаемой стали как теплостойкого материала. При содержании молибдена менее 0,5% уменьшается прокаливаемость стали, а увеличение содержания молибдена 0,7%, удорожая сталь, не увеличивает существенно ее прокаливаемости. Содержание ванадия в указанньк пределах препятствует росту зерна стали в процессе нагрева под ковку. При содержании ванадия менее 0,15% его влияния на рост зерна не ощущается. При содержании ванадия более 0,25% огрубляется структура стали. Введение алюминия и бора ведет к измельчению зерна и снижению чувствительности стали к хрупкому ра-зрушению. При содержании алюминия менее 0,08% его влияния не ощущается. При содержания алюминия свьш1е 0,12% его способность измельчать зерно резко снюкается и структура становится крупнозернистой. Содержание бора менее 0,003% не обеспечивает повышения ударной вязкости, а свыше 0,007% - ведет к красноломкости из-за нагагчия низкоплавкоь эвтектики. Проведено сравнительное исследование плавок предлагаемого состава стали и известного. Состав выплавленных плавок приведен в табл. 1.

Сталь

Плавка

Компоненты и их содержание, мас.%

Si |Мп I Сг I Мо I V I At В I Y Ье 10,9 0,2 0,8 2,8 0,5 0,15 21,0 0,3 0,9 3,05 0,6 0,231,1 0,4 1,0 3,3 0,7 0,25 Извест41,0 0,150,15 5,5 0,4 ная 51,6 0,25 27,5 9,0 0,95 62,2 0,350,40 12,5- 1,5

Металл выплавляли в индукционной

печи. Слитки весом 12 кг проковывались на заготовки 0 18 мм. Заготовки всех плавок проходили отжиг по режиму: температура нагрева 860°С - 1 ч, охлаждение с печью до 700-720°С, выдержка 1,5 ч, охлаждение с печью. Твердость после отжига 220-240 НВ. Прокаливаемость и теплостойкость определялись на образцах 015 мм, 1 15 мм. Ударная вязкость и сопрогивление хрупкому разрушению при испытании на изгиб определялись на стандартных призматических образцах с надрезом Менаже по ГОСТ 1497-73 на машине типа ИМ-4А. Оценкой прокаливаемости является твердость, полученная аа образцах 0 15 мм, h 15 мм, охлажденных при закалке с .фиксированной скоростью в перлитном интервале.

На основании опытных данных, полученных при.зачеканке термопар в реалные детали, выбраны скорости охлажДания 8500, 3500, 2400 и 800 /ч, соответствующие скоростям охлаждения в масле .сечений 50, 120, 360 и 600 мм

Т а б.л и ц а 1

Теплостойкость определялась по твердости,.полученной на закаленных образцах, отпущенных в интервале температур 200-650°С, время вьщержки при температуре отйуска - 4 ч. В табл. 2 приведены данные прокалив аемости предлагаемой стали.

Т а б Ji и ц .а 2

В табл. 3 приведены данные по теп-.остойкости плавок, которая определя- у - -

ется твердостью, полученной при отпуске закаленных образцов.

Т а б л и ц а 3 0,08 0,003 - Осталь0,1 0,005 - Тоже 0,12 0,007 - ,15 0,5 0,1,5 0,,42 0,7 0,02 0,,7 0,9 0,025 0,5- Сопротивление хрупкому разрушению оценивали по величине разрушающей нагрузки, полученной при испытании на изгиб. Испытание проводилось на стандартньпс ударных образцах с надрезом Менаже на разрывной машине типа ИМ-4А. Карбидная неоднородность сталей определялась по ГОСТ 59-5073.

Данные приведены в табл. 4.

Таблица 4

СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, алюминий, бор и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения сопротивления .хрупкому разрушению, она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: 0,9-1,1 Углерод 0,2-0,4 Кремний 0,8-1,0 Марганец 2,8-3,3 Хром 0,5-0,7 Молибден 0,15-0,25 Ванадий 0,08-0,12 Алюминий 0,003-0,007 Бор Остальное Железо

-Закалка при 930°С в масло + отпуск при -2ч, воздух

То же

Известная

Закалка при 1030 С в масло + отпуск при 200с

Ниже 1 (нет избыточных карбидов)

19,300 19,000

То же 1

18,900