Сталь Советский патент 1992 года по МПК C22C38/50 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке легированных конструкционных сталей.

Изобретение может быть использовано в любых областях машиностроения при изготовлении тяжелонагруженных деталей машин и механизмов, таких как шестерни редукторов и коробок передач, упрочненных диффузионным способом и работающих при больших удельных давлениях.

Известна конструкционная сталь, содержащая, мас.%:

Углерод0,23-0,29

Кремний0,17-0,37

Марганец0,50-0,80

Хром0,40-0,60

Молибден0,40-0,50

Никель0,80-1,10

Титан0,04-0,09

ЖелезоОстальное

Однако данная сталь нетехнологична, так как требует проведения длительного изотермического отжига с целью предотвращения образования бейнитной структуры Кроме того, эта сталь не обеспечивает оптимальной поверхностной твердости в прутках сечением 80 мм.

Наиболее близкой к изобретению является конструкционная сталь, содержащая, мас.%:

Углерод0,18-0,23

Кремний0,17-0,37

Марганец0,80-1,10

Хром0,80-1,10

Никель0,80-1,10

Молибден0,30-0,40

Титан0,03-0,09

ЖелезоОстальное

Однако эта сталь не обеспечивает после химико-термической обработки оптимальную толщину эвтектидного слоя с НУ не меч

|о

4 00

нее 500, что приводит к раннему образованию питтинга на поверхности деталей и, как следствие, к падению контактной прочности зубчатых передач и пониженной долговечности механизмов и машин.

Кроме того, повышенное содержание титана приводит к образованию в цементованном слое крупных карбидов титана, что также снижает контактную прочность деталей.

Предпочтение, которое отдается высоколегированным хромоникелевым и хромо- никельмолибденовым сталям при выборе материала для тяжелонагруженных цементованных деталей основывается, главным образом, на их преимуществах по статической прочности, пластичности и ударной вязкости. Однако долговечность деталей, большей частью работающих при переменных напряжениях, определяется не столько статической прочностью материала, сколько сопротивлением усталостному и контактному разрушению.

Целью изобретения является повышение контактной прочности за счет снижения вредного влияния карбидов титана и получения мелкодисперсной упрочняющей кар- бонитридной фазы в цементованном слое, что обеспечивает оптимальную толщину эффективного слоя с НУ не менее 500.

Указанная цель достигается тем, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден и титан, дополнительно вводится алюминий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,18-0,23

Кремний0,17-0,37

Марганец0,80-1,10

Хром0,80-1,10

Никель0,80-1,10

Молибден0,20-0,30

Титан0,005-0,06

Азот0,005-0,02

Алюминий0,01-0,02

ЖелезоОстальное

Образующийся при этом микролегирующий комплекс, содержащий алюминий, титан, азот, должен быть в соотношении

, 3,0.

Одновременное введение алюминия в количестве 0,01-0,02% и азота в количестве 0,005-0,02% при содержании титана 0,005- 0,06% приводит к образованию карбонит- ридных и нитридных соединений, наличие которых расширяет температурный интервал растворения этих соединений, обеспечивая мелкодисперсную структуру цементованного слоя.

Образование карбонитридной фазы обедняет твердый раствор углеродом и снижает устойчивость аустенита в цементованном слое, а после закалки образуется

однородная структура скрытоигольчатого мартенсита с равномерно распределенными дисперсными выделениями остаточного аустенита и мелкодисперсной карбонитридной фазой. Такая структура оказывается

благоприятной для деталей, работающих при повышенных контактных и изгибных нагрузках (шестерни, поршневые пальцы и др.). Кроме того, получение таких структур дает возможность снизить содержание Мо с

0,3-0,4 до 0,2-0,3% без опасения снижения работоспособности деталей машин.

Содержание алюминия менее 0,01% и азота менее 0,005% не обеспечивает образования достаточного количества второй

фазы

Содержание алюминия более 0,02% неоправдано и может привести к нежелательному образованию крупных включений окислов алюминия, что в свою очередь вызывает снижение свойств. При увеличении содержания азота более 0,02% появляется опасность выделения свободного азота при охлаждении слитков стали, что приводит к резкому снижению свойств. С целью снижения вредного карбидов титана также изменено его содержание с 0,03-0,09 до 0,005-0,06%.

Химический состав и свойства предлагаемой (составы 1-12) и известных (составы

13 и 14) сталей приведены в табл. 1 и 2.

Испытания на контактную выносливость проводили на машине МКВ-К до появ- ления усталостного выкрашивания (питтинга), начало которого воспринимал

датчик вибрации. Условия испытания близки к условиям работы зубчатых колес. Предел контактной выносливости (ok) оценивали постпоением усталостных кривых на базе 10 циклов. Испытывали по 3

образца от каждого состава стали. На каждом образце проводили 5 испытаний.

Как следует из табл. 2, введение алюминия и азота и снижение содержания титана обеспечивает повышение контактной прочности. Кроме того, экономия остродефицитного молибдена составляет 25-30%.

Технология.выплавки стали не отличается от технологии выплавки базовых сталей.

Формула изобретения Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибд., титан и железо, отличающаяся тем, что, с

Механические свойства предлагаемой и известных

Таблица 2 сталей

Использование: изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционной стали, и может быть использовано в любых отраслях машиностроения при изготовлении тяжелонагруженных деталей машин и механизмов, таких как шестерни редукторов и коробок передач, упрочненных диффузионным способом и работающих при больших удельных давлениях. Сущность изобретения: сталь дополнительно содержит алюминий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,18-0,23; кремний 0,17-0,37; марганец 0,80-1,10; хром 0,80-1,10; никель 0,80-1,10; молибден 0,20-0,30; титан 0,005-0,06; азот 0,005-0,02; алюминий 0,01-0,02; железо остальное, при этом соотношение титан + алюминий/азот должно быть 3,0. 2 табл.