сталь для звеньев патронной ленты
Классы МПК: | C22C38/32 с бором F42B12/72 отличающиеся материалом |
Автор(ы): | Гулин Олег Александрович (RU), Липченко Юрий Николаевич (RU), Сидоров Юрий Михайлович (RU), Чижевский Олег Тимофеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "Прибор" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-03-21 публикация патента:
10.01.2007 |
Изобретение относится к легированным сталям, содержащим хром с бором, которые предназначены для изготовления штамповкой полосы звеньев патронной ленты, в частности, под набивку малокалиберных артиллерийских патронов для автоматической стрельбы. Сталь для звеньев патронной ленты включает углерод 0,49-0,55, кремний 0,17-0,37, марганец 0,50-0,80, хром 0,10-0,30, бор 0,001-0,0045, алюминий 0,05-0,15, титан 0,02-0,10, железо - остальное. Технический результат - расшинение технологических возможностей за счет повышения закаливаемости стали при улучшении механических и эксплуатационных свойств звеньев патронной ленты, изготовленной из нее. 1 табл.
Формула изобретения
Сталь для звеньев патронной ленты, содержащая железо, углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, титан и бор, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод | 0,49-0,55 |
Кремний | 0,17-0,37 |
Марганец | 0,50-0,80 |
Хром | 0,10-0,30 |
Бор | 0,001-0,0045 |
Алюминий | 0,05-0,15 |
Титан | 0,02-0,10 |
Железо | Остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к сплавам черных металлов, а более конкретно к легированным сталям, содержащим хром с бором, которые предназначены для изготовления штамповкой из полосы звеньев патронной ленты, в частности, под набивку малокалиберных артиллерийских патронов для автоматической стрельбы.
Уровень данной области техники характеризует легированная сталь 50 по ГОСТ 1050-88, содержащая (мас.%): углерод (0,47-0,55), кремний (0,17-0,37), марганец (0,50-0,80) и железо остальное, из которой прокаткой получают листовые заготовки для изготовления изделий пластической деформацией.
Недостатком указанной легированной стали является структурная и химическая неоднородность, ограничивающие автоматизацию упрочняющей термообработки изделий в закалочных агрегатах конвейерного типа, используемых в серийном производстве боеприпасов, потому что при этом технологически не обеспечивается повторяемость заданных механических свойств.
Отмеченный недостаток устранен в легированной стали 50РА (по ТУ 14-1-2687-79), из которой изготавливают штамповкой звенья патронной ленты стрелкового оружия, содержащей (мас.%): углерод (0,49-0,55), кремний (0,17-0,37), марганец (0,50-0,80), хром (0,10-0,30), бор (0,001-0,0045) и железо - остальное, которая по назначению и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога.
Хром является основной легирующей добавкой, способствующей улучшению механических и эксплуатационных свойств звеньев, изготовленных из этой стали, а введение бора улучшает ее технологичность, повышая устойчивость аустенита при закалке в проходных автоматах.
Диапазон содержания в стали углерода ограничен уровнем пластичности звеньев патронной ленты при эксплуатации, обеспечивающей на верхнем пределе заданное усилие разрушения (не менее 950 кг), а на нижнем - растягивающее усилие 500 кг.
При содержании кремния выше 0,37 мас.% снижается пластичность стали в отожженном состоянии, что на операциях гибки профиля звеньев служит причиной трещинообразования, то есть брака.
Уменьшение содержания кремния менее 0,17 мас.% приводит к снижению твердости звеньев патронной ленты после закалки и отпуска.
Уменьшение доли марганца менее 0,50 мас.% повышает критическую скорость закалки, что снижает твердость звеньев.
Повышение содержания марганца более 0,30 мас.% приводит к росту зерна в стали, снижая эксплуатационные характеристики готовых звеньев.
Верхний предел диапазона содержания в стали хрома ограничен ценой, так как при введении в состав хрома больше 0,30 мас.% эксплуатационные свойства звеньев не улучшаются.
При содержании в стали хрома менее 0,10 мас.% не обеспечивается заданный уровень закаливаемости.
Содержания бора выше 0,0045 мас.% ухудшает технологичность стали: при прокатке недостаточная ее пластичность в горячем состоянии может привести к структурным разрушениям в листовом материале, при этом устойчивость аустенита при закалке не повышается.
При содержании в стали бора менее 0,001 мас.% снижается твердость звена после закалки из-за потери устойчивости аустенита стали при термообработке.
Массовое соотношение компонентов известной стали оптимизировано для гарантированного получения требуемых механических и эксплуатационных свойств звеньев патронной ленты стрелковых боеприпасов.
Однако, при закалке звеньев ленты для малокалиберных артиллерийских патронов из известной стали не обеспечивается повышенный уровень твердости, растягивающих усилий и усилий разрушения материала звеньев для надежного функционирования автоматических артиллерийских пушек с динамической пошаговой подачей ленты.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение технологических возможностей за счет повышения закаливаемости стали при улучшении механических и эксплуатационных свойств звеньев патронной ленты, изготовленных из нее.
Требуемый технический результат достигается тем, что известная легированная сталь для звеньев патронной ленты, включающая железо, углерод, кремний, марганец, хром и бор, согласно изобретению, дополнительно содержит алюминий и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод | 0,49-0,55 |
кремний | 0,17-0,37 |
марганец | 0,50-0,80 |
хром | 0,10-0,30 |
бор | 0,001-0,0045 |
алюминий | 0,05-0,15 |
титан | 0,02-0,10 |
железо | остальное |
Отличительные признаки позволили повысить механические и эксплуатационные свойства известной стали, адаптировав изготовленные из нее звенья к большим циклическим импульсным нагрузкам растяжения, возникающим при подаче патронной ленты с артиллерийскими боеприпасами в автоматике пушки.
Количественное соотношение компонентов стали было оптимизировано расчетным путем по математической модели планирования эксперимента и проверено натурными испытаниями звеньев, изготовленных на стали различного количественного состава в контрольных плавках.
Содержание в стали алюминия меньше 0,05 мас.% недостаточно для необходимого измельчения зерна, поэтому достигаемые термообработкой растягивающее усилие и усилие разрушения звена ниже заданного уровня.
При содержании алюминия выше 0,15 мас.% образуются твердые соединения типа Al2O3, которые не деформируются при прокатке стали, в результате чего ее поверхность не соответствует нормативным требованиям.
При содержании титана менее 0,02 мас.% неполностью связывается азот в жидкой стали, при этом бор переводится в нитриды, результатом чего является снижение закаливаемости стали и, следовательно, недостаточная твердость звена.
Содержание в стали титана более 0,10 мас.% приводит к образований значительного количества труднодеформируемых карбидов титана, снижающих качество прокатки листовой заготовки звеньев.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть при решении поставленной в изобретении задачи получен эффект суммы, а не сумма эффектов признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по боеприпасам, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления звеньев патронной ленты можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Показателями оценки качества звеньев для патронной ленты являются твердость звена после закалки (HRC), растягивающее усилие и усилие разрушения (кг), установленные по чертежу соответственно: 55, 500 и 950.
Для экспериментального исследования служебных характеристик звеньев патронной ленты, изготовленных из предложенной стали различных количественных составов, были изготовлены опытные плавки с разным содержанием компонентов состава в пределах заявленных диапазонов, граничных значений и за установленными границами диапазонов долевой массы в стали.
Из опытных составов по штатной технологии были изготовлены звенья ленты для 30-мм артиллерийских патронов, которые проверяли на соответствие требованиям чертежа по механике и натурно испытали в автоматике пушки.
Результаты исследований характерных составов стали приведены в таблице.
Таблица | ||||||||||
№ п/п | содержание компонентов в стали, * мас.% | Механические и эксплуатационные свойства звеньев | ||||||||
С | Si | Mn | Cr | B | Al | Ti | ||||
1 | 0,49 | 0,17 | 0,80 | 0,30 | 0,001 | 0,05 | 0,02 | 56 | 550 | 1000 |
2 | 0,55 | 0,37 | 0,50 | 0,10 | 0,0045 | 0,15 | 0,10 | 56 | 580 | 1080 |
3 | 0,52 | 0,26 | 0,65 | 0,20 | 0,002 | 0,09 | 0,07 | 57 | 560 | 1070 |
4 | 0,48 | 0,16 | 0,81 | 0,09 | 0,0005 | 0,04 | 0,01 | 53 | 485 | 920 |
5 | 0,56 | 0,38 | 0,49 | 0,31 | 0,005 | 0,16 | 0,11 | 57 | 590 | 930 |
6 | 0,53 | 0,22 | 0,70 | 0,22 | 0,003 | - | - | 55 | 510 | 960 |
* - железо остальное; в стали присутствуют примеси (мас.%):серы до 0,025 и фосфора до 0,020. |
Образец N6 - прототип
Как видно из таблицы, эксперименты полностью подтвердили заявленную сущность изобретения.
Предложенное усовершенствование стали рекомендовано для практического использования в отрасли.
Из полосы предложенной стали в автомате пространственной гибки профиля звеньев патронной ленты с грейферным перекладчиком были изготовлены опытные партии для натурных испытаний в артиллерийских системах с автоматической подачей патронов калибром 23, 30 и 45 мм.
Пространственный профиль звеньев по геометрии и качеству поверхности, а также их физико-механические характеристики соответствуют требованиям чертежа и условиям эксплуатации.
Механических повреждений звеньев, нарушений сплошности материала и отклонений от первоначального профиля звеньев после трехкратной подачи патронной ленты в автоматике пушки не обнаружено, что свидетельствует о высоком качестве звеньев, промышленно изготовленных из предложенной стали, которые пригодны для эксплуатации в условиях динамического нагружения автоматики высокоскоростных артиллерийских систем.
Класс F42B12/72 отличающиеся материалом