автоматная сталь и изделие, выполненное из нее
Классы МПК: | C22C38/60 содержащие свинец, селен, теллур или сурьму или более 0,04% серы по массе |
Автор(ы): | Шмурнов Евгений Анатольевич (RU), Машинин Владимир Васильевич (RU), Алиев Алиназар Акпер оглы (RU), Алиев Азер Алиназар оглы (RU), Кабарихо Григорий Владимирович (RU), Ермаков Анатолий Семёнович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования" (ФГУП НИИАЭ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-12-05 публикация патента:
10.11.2011 |
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу стали, используемой для изготовления деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей методом механической и термической обработки. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, кальций и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,32-0,38, марганец 1,35-1,65, кремний 0,18-0,35, сера 0,15-0,22, фосфор 0,040-0,050, кальций 0,0025-0,0040, железо и неизбежные примеси - остальное. Микроструктура стали состоит из мелкозернистого феррита с баллом действительного зерна 8-9, пластинчатого перлита и 10-15% зернистого перлита. Соотношение содержания марганца и серы составляет Mn×S 0,345, суммарное содержание серы и фосфора составляет S+P 0,26, суммарное содержание углерода, марганца и кремния составляет C+Mn+Si 2,30, и суммарное содержание серы и кальция составляет S+Ca 0,223. Повышаются значения механических свойств, технологичность, обрабатываемость и чистота поверхности деталей, соответствующая 7-8 классу. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Формула изобретения
1. Автоматная сталь для деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод | 0,32-0,38 |
марганец | 1,35-1,65 |
кремний | 0,18-0,35 |
сера | 0,15-0,22 |
фосфор | 0,040-0,050 |
кальций | 0,0025-0,0040 |
железо и неизбежные примеси | остальное, |
при этом она имеет микроструктуру, состоящую из мелкозернистого феррита с баллом действительного зерна 8-9, пластинчатого перлита и 10-15% зернистого перлита, а соотношение содержания марганца и серы составляет Mn·S 0,345, суммарное содержание серы и фосфора составляет S+P 0,26, суммарное содержание углерода, марганца и кремния составляет C+Mn+Si 2,30 и суммарное содержание серы и кальция составляет S+Ca 0,223.
2. Деталь распределителя зажигания автомобильного карбюраторного двигателя, выполненная из автоматной стали, отличающаяся тем, что она выполнена из стали по п.1 и имеет чистоту поверхности, соответствующую 7-8 классу.
3. Деталь по п.2, отличающаяся тем, что она выполнена в виде валика распределителя зажигания автомобильного карбюраторного двигателя.
4. Деталь по п.2, отличающаяся тем, что она выполнена в виде кулачка распределителя зажигания автомобильного карбюраторного двигателя.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии, в частности к стали для изготовления деталей машин методом механической и термической обработки, в частности для изготовления деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей.
Известна сталь АС45Г2 для изготовления деталей машин методом механической и термической обработки, в частности валика распределителя зажигания автомобильных карбюраторных двигателей, содержащая, мас.%:
углерод | - 0,4-0,48 |
марганец | - 1,35-1,65 |
кремний | - не более 0,10 |
сера | - 0,24-0,35 |
фосфор | - не более 0,040 |
свинец | - 0,15-0,35 |
железо и неизбежные примеси | - остальное. |
Механические свойства стали после нормализации и отпуска: т=440 Н/мм2 (45 кгс/мм2 ), в=640 Н/мм2 (65 кгс/мм2 ), 5=6%, НВ=229, (ГОСТ 1414-75) «Сталь конструкционная повышенной и высокой обрабатываемости резанием». Технические условия (- прототип изобретения).
Микроструктура стали АС45Г2 после нормализации и отпуска состоит из крупнозернистого феррита (балл зерна 5-6) и пластинчатого перлита.
Поскольку известная сталь содержит свинец, ее производство прекращено.
Недостатками известной стали и выполненных из нее изделий являются:
- вредные условия производства стали;
- большое содержание углерода - до 0,48%, которое снижает ее обрабатываемость;
- нестабильность значений механических свойств, влияющая на нестабильность эксплуатационных свойств деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок;
- свинец в стали вызывает некоторую анизотропию ее пластичности и вязкости;
- содержание серы до 0,35% повышает склонность к коррозии готовых деталей в процессе эксплуатации.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в оптимизации химического состава стали, предназначенной для изготовления изделий методом механической и термической обработки, с получением мелкозернистой структуры, способствующей повышению значений механических свойств, повышению технологичности, обрабатываемости и чистоты поверхности изделий 7-8 класса.
Технический результат изобретения состоит в реализации поставленной задачи.
Указанный технический результат достигается тем, что автоматная сталь для деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу и железо, согласно изобретению дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод | - 0,32-0,38 |
марганец | - 1,35-1,65 |
кремний | - 0,18-0,35 |
сера | - 0,15-0,22 |
фосфор | 0,040-0,050 |
кальций | - 0,0025-0,0040 |
железо и неизбежные примеси | - остальное, |
при этом она имеет микроструктуру, состоящую из мелкозернистого феррита с баллом действительного зерна 8-9, пластинчатого перлита и 10-15% зернистого перлита, а соотношение содержания марганца и серы Mn×S 0,345, суммарное содержание серы и фосфора S+P 0,26; суммарное содержание углерода, марганца и кремния C+Mn+Si 2,30, суммарное содержание серы и кальция S+Ca 0,223, а так же тем, что изделие, выполненное из автоматной стали, согласно изобретению выполнено из стали по п.1 и имеет чистоту поверхности, соответствующую 7-8 классу. При этом изделие выполнено в виде валика или в виде кулачка распределителя зажигания автомобильного карбюраторного двигателя.
Сущность изобретения заключается в оптимизации химического состава стали с целью получения необходимой структуры и механических свойств, обеспечивающих изготовление деталей машин типа валиков и кулачков со стабильной заданной чистотой поверхности - 7-8 класса.
Содержание углерода в предлагаемой стали менее 0,32 мас.% и кремния менее 0,18 мас.% ведет к снижению прочности, а выше 0,38 и 0,35 мас.% соответственно - к снижению пластичности.
Кальций (0,0025-0,0040 мас.%) вводится в сталь с целью образования в ней кальцийсодержащих включений, оказывающих смазывающее действие при высокой температуре в очаге резания.
Сера и фосфор в заявленных количествах способствуют повышению качества обрабатываемой поверхности и стойкости инструмента.
Экспериментально установлено, что совокупность заявленных признаков, в том числе соблюдение вышеуказанных зависимостей между содержанием элементов, обеспечивает достижение заявленного технического результата, заключающегося в оптимизации химического состава стали, предназначенной для изготовления изделий методом механической и термической обработки, с получением заданной структуры, способствующей повышению значений механических свойств, повышению технологичности, обрабатываемости и чистоты поверхности изделий 7-8 класса.
Примеры реализации изобретения.
Выплавку металла проводили в электропечи и получили две плавки стали следующего состава, мас.%:
Плавка 1 - углерод - 0,33; кремний - 0,20; марганец - 1,55; сера - 0,22; фосфор - 0,045; кальций - 0,0030; железо и неизбежные примеси - остальное. C+Mn+Si=2,08. Mn×S=0,341. S+P=0,265. S+Ca=0,223.
Плавка 2 - углерод - 0,38; кремний - 0,30; марганец - 1,55; сера - 0,20; фосфор - 0,048; кальций - 0,0036; железо и неизбежные примеси - остальное. C+Mn+Si=2,23. Mn×S=0,31. S+P=0,248. S+Ca=0,2036.
Затем проводили термическую обработку калиброванного проката 13 и 18 мм - отжиг с нагрева ТВЧ.
Механические испытания на растяжение были выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ 1497. Результаты испытаний приведены в таблице.
Таблица | ||
Механические свойства | Плавка 1 | Плавка 2 |
Временное сопротивление разрыву, Н/мм2 | 680 | 720 |
Относительное удлинение, % | 22,4 | 19,4 |
Твердость, НВ | 197 | 207 |
Структура | 6-7 | 8-9 |
Класс чистоты | 6-7 | 7-8 |
Микроструктура калиброванного проката состоит из феррита, пластинчатого перлита с 10-15% зернистого перлита. Балл ферритного зерна, определенный по ГОСТ 5639-82, приведен в таблице.
Из полученного калиброванного проката методом механической обработки были изготовлены валики и кулачки распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей. Чистота поверхности изделий указана в таблице.
Из первой плавки на сто штук валиков и кулачков брак составил 3,5%. Из второй плавки на сто штук валиков и кулачков брак не обнаружен.
Таким образом, оптимальное сочетание химического состава, микроструктуры и механических свойств заявленной стали создает благоприятные условия для механической обработки, получения качественных изделий класса чистоты 7-8, повышения стойкости дорогостоящего инструмента и производительности оборудования.
Класс C22C38/60 содержащие свинец, селен, теллур или сурьму или более 0,04% серы по массе