штамповый сплав

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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 -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 1212 мм. Степень деформации - 76%. Температура ковки составляла 1050-1150С. 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 1180-1200С 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 700-850С. При температуре 800С 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 880С, что на 80С 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 800-900С.

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