АВТОМАТНАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ
AUTOMATIC STEEL AND ITEM MADE FROM IT

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.
т
в
5
2
2
2
2
Механические свойства стали после нормализации и отпуска: σ=440 Н/мм(45 кгс/мм), σ=640 Н/мм (65 кгс/мм), δ=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 ΣS+P≤0,26; суммарное содержание углерода, марганца и кремния ΣC+Mn+Si≤2,30, суммарное содержание серы и кальция ΣS+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. ΣC+Mn+Si=2,08. Mn×S=0,341. ΣS+P=0,265. ΣS+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. ΣC+Mn+Si=2,23. Mn×S=0,31. ΣS+P=0,248. ΣS+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/мм<sup>2</sup>
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.