Властивості штампової сталі 4Х4Н5М4Ф2 для гарячого деформування кольорових металів та сплаві

Abstract

Наведено результати досліджень механічних властивостей литої та кованої сталі з регулюванням аустенітного перетворення під час експлуатації після термічного зміцнення. Враховуючи оптимальні режими термічної обробки (гартування 1100 ±5 ºС та відпуск) досліджуваної сталі, визначено параметри фізико-механічних властивостей: твердість, межу міцності, межу плинності, ударну в’язкість, питому електричну провідність та мікротвердість у структурі металу. Запропонований покращений склад сталі (4Х4Н5М3Ф2) з підвищенням температури гартування на 60 ºС дозволив збільшити теплостійкість на 35 ºС у порівнянні зі сталлю марки 4Х3Н5М3Ф з регулюванням аустенітного перетворення під час експлуатації (без деформації — кування). Встановлено відпускну крихкість досліджуваної сталі (4Х4Н5М4Ф2) за температури відпуску 475 ±15 ºС (першого роду) та вище 650 ºС (другого роду). Підвищення крихкості досліджуваної сталі в інтервалі температур 460…490 ºС спричиняє зменшення ударну в’язкість, змінює структурно-чутливу величину (підвищує питому електричну провідність), підвищує твердість відпущеного мартенситу, підвищує поріг міцності та межу плинності. В роботі показана можливість використання досліджуваної сталі для інтервалу температур експлуатації гарячого деформування міді (550…650 ºС), мідно-нікелевого (900…950 ºС) та алюмінієвого сплаву (450…500 ºС) з підвищеним ресурсом експлуатації у порівнянні зі сталями феритного класу 4Х5МФ1С та 3Х3М3Ф сортового прокату. Дослідно-промислові випробування штампової сталі з регулюванням аустенітного перетворення під час експлуатації (4Х3Н5М3Ф та 4Х4Н5М4Ф2) проводились на українських та китайських підприємствах: завод «Спецлитьё» (м. Дніпро, Україна); ВАТ «Артемівський завод по обробці кольорових металів» (Донецька обл., м. Бахмут, Україна); компанія «Futec Co., Ltd» (м. Нінхай, КНР); корпорація «New material technology Co., Ltd» (м. Куньшань, КНР). Зливки з досліджуваних сталей одержували за технологією електрошлакового переплаву: ПАТ «Рівненський науково-дослідний інститут технології машинобудування», (м. Рівне, Україна); корпорація “Tiangong International Co., Ltd” (м. Дан’ян, КНР).

The results of researches of mechanical properties of cast and forged steel with regulation of austenitic transformation at operation, after thermal hardening are resulted. Taking into account the optimal modes of heat treatment (hardening 1100 ±5 ºС and tempering) of the investigated steel, the parameters of physical and mechanical properties were deter-mined: hardness, strength threshold, yield strength, toughness, electrical conductivity and microhardness in the metal struc-ture. The proposed improved composition of steel (4Kh4N5М4F2) with an increase in quenching temperature by 60 ºС, allowed to increase heat resistance by 35 ºС in comparison with steel with regulation of austenitic transformation during operation of 4Kh3N5М3F brand (without deformation-forging). The tempering brittleness of the investigated steel (4Kh4N5М4F2) at the tempering temperature of 475 ±15 °С (first kind) and above 650 °С (second kind) was established. Increasing the brittleness of the studied steel in the temperature range of 460…490 °C causes to reduce the toughness, change the structurally sensitive value (increase in electrical conductivity), increase the hardness of the released martensite, increase the strength threshold and yield strength. The paper shows the possibility of using the investigated steel for the operating temperature range of hot deformation of copper (550…650 ºС), copper-nickel (900…950 ºС) and aluminum alloy (450…500 ºС) with increased service life in comparison with ferritic steels 4Kh5МF1S and 3Kh3М3F of rolled grade. Exper-imental and industrial tests of die steel with regulation of austenitic transformation during operation (4Kh3N5М3F and 4Kh4N5М4F2) were carried out in Ukrainian and Chinese enterprises: Spetslityo plant (Dnipro, Ukraine); Artemivsk plant for non-ferrous metals processing (Donetsk Region, Bakhmut, Ukraine); Futec Co., Ltd (Ninghai, China); New material technol-ogy Co., Ltd (Kunshan, China). Ingots from the investigated steels were obtained by the technology of electroslag remelting: Rivne Research Institute of Mechanical Engineering Technology (Rivne, Ukraine); Tiangong International Co., Ltd (Danyang, China).

Приведены результаты исследований механических свойств литой и кованой стали с регулировкой аустенит-ного превращения при эксплуатации после термического упрочнения. Учитывая оптимальные режимы термиче-ской обработки (закалка 1100 ±5 °С и отпуск) исследованной стали, определены параметры физико-механических свойств: твердость, порог прочности, предел текучести, ударная вязкость, удельная электрическая проводи-мость и микротвердость в структуре металла. Предложен улучшенный состав стали (4Х4Н5М3Ф2) с повышени-ем температуры закалки на 60 °C, что позволило повысить теплостойкость на 35 °С по сравнению со сталью с регулированным аустенитным превращением при эксплуатации марки 4Х3Н5М3Ф (без деформации — ковки). Ус-тановлена отпускная хрупкость исследованной стали (4Х4Н5М4Ф2) при температуре отпуска 475 ±15 °С (первого рода) и выше 650 °С (второго рода). Повышение хрупкости исследованной стали в интервале температур 460…490 °С приводит к уменьшению ударной вязкости, изменяет структурно-чувствительную величину (повыше-ние удельной электрической проводимости), повышает твердость отпущенного мартенсита, повышает порог прочности и предел текучести. В работе показана возможность использования исследованной стали для интер-вала температур эксплуатации горячего деформирования меди (550…650 °С), медно-никелевого (900…950 °С) и алюминиевого сплава (450…500 °С) с повышенным ресурсом эксплуатации по сравнению со сталями ферритного класса 4Х5МФ1С и 3Х3М3Ф сортового проката. Опытно-промышленные испытания штамповой стали с регули-рованным аустенитным превращением при эксплуатации (4Х3Н5М3Ф и 4Х4Н5М4Ф2) проводились на украинских и китайских предприятиях: завод «Спецлитьё» (г. Днепр, Украина); ОАО «Артемовский завод по обработке цветных металлов» (Донецкая обл., г. Бахмут, Украина); компания «Futec Co., Ltd» (г. Нинхай, КНР) корпорация «New material technology Co., Ltd» (г. Куньшань, КНР). Слитки из исследованных сталей получали по технологии электрошлакового переплава: ОАО “Ровенский научно-исследовательский институт технологии машинострое-ния” (г. Ровно, Украина); корпорация «Tiangong International Co., Ltd» (г. Даньян, КНР).