Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Упрочняющая термическая обработка стали 30ХГСА

Упрочняющая термическая обработка стали 30ХГСА .

Закалка — самый распространенный вид термической обработки. Столь широкое распространение этого вида термической обработки объясняется тем, что при помощи закалки и последующего отпуска можно изменить свойства стали в очень широком диапазоне. Были рассмотрены превращения, которые протекают в стали, имеющей структуру аустенита, при ее охлаждении с различной скоростью.

Фактическая скорость печного нагрева определяется температурой, до которой нагрето печное пространство, и массой помещенной в него детали.

Температура закалки определяется исходя из массовой доли углерода в стали и соответствующего ей значения критической точки. В зависимости от температуры нагрева закалку называют полной или неполной. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т. е. нагревают выше критических температур Ас3 или Асcm, при неполной – до межкритических температур – между Ас1=760 и Ас3 (Асcm)=830.

Закалку проводят с нагревом до 850—900 °С (выше точки А3 сердцевины изделия), чтобы произошла полная перекристаллизация с измельчением аустенитного зерна в доэвтектоидной стали. В углеродистой стали из-за малой глубины прокаливаемости сердцевина изделия пос­ле первой закалки состоит из феррита и перлита. В прокаливающейся насквозь легирован­ной стали сердцевина изделия состоит из низкоуглеродис­того мартенсита. Такая структура обеспечивает повышен­ную прочность и достаточную вязкость сердцевины.

Температура закалки равна:

В результате после охлаждения со скоростью выше Vкр получили структуру сердцевины детали, состоящую из троостита . В поверхностном слое структуру крупноигольчатого мартенсита.

Время нагрева детали до заданной температуры зависит от температуры нагрева, степени легированности стали, конфигурации изделий, мощности и типа печи, величины садки, способа укладки изделий и других факторов.

Время выдержки исчисляется с момента достижения детали заданной температуры и так же, как и время нагрева, зависит от многих факторов, влияющих на процессы растворения и структурных превращений, происходящих в стали.

Время закалки расчитывается по следующим формулам.

— будет зависит от нагревающего устройства ( в нашем случае это будет электропечь т.е. время нагрева будет 1 мин/1 мм сечения наибольшего диаметра в изделии).

— будет составлять 25% от времени нагрева.

Закалку данной детали будем проводить в электропечи, располагая в нем изделия, нагрева= 1 мин * 1 мм сечения = 55 1=55 минут нагрева.

Время выдержки в электропечи составит 25% от времени нагрева, выдержки= 13 минут 45 секунд.

Время закалки составит 1 час 8 минут 45 секунд.

Выбор охлаждающей среды.

Условия аустенитизации и соответственно состояние аустенита оказывают большое влияние на кинетику фазовых превращений при последующем охлаждении и конечные свойства образующихся при этом структур стали.

Для получения мартенситной структуры при закалке стали её необходимо охлаждать со скоростью не меньшей, чем критическая скорость закалки (/охл. > /кр). Значение /кр определим, воспользовавшись диаграммой изотермического превращения переохлаждённого аустенита (рисунок 5).

Рисунок 5 – С- кривые изотермического распада аустенита для стали 30ХГСА.

Зная скорость охлаждения, мы можем определить закалочную среду. В данном случае при закалке на мартенсит необходимо охлаждать в масло, так как сталь 30ХГСА – легированная.

Вода как охлаждающая среда имеет некоторые существенные недостатки: высокая скорость охлаждения в области температур мартенситного превращения нередко приводит к образованию закалочных дефектов; с повышением температуры резко ухудшается закалочная способность. При температуре воды 80 – 90 0 С пленочное кипение распространяется на большую область температур и занимает до 95% всего периода охлаждения, поэтому мы охлаждаем в масле.

Читайте так же:
Температура плавления платины в градусах цельсия

При закалке изделий в горячей воде вследствие их медленного охлаждения при высоких и быстрого при низких температурах тепловые напряжения получаются низкими, а наиболее опасные структурные – высокими, что может вызвать образование трещин. Наиболее высокой и равномерной охлаждающей способностью отличаются холодные 8-12%-ные водные растворы NaCl и NaOH, которые хорошо зарекомендовали себя на практике.

Влияние легирующих элементов.

Сталь 30ХГСА содержит следующие легирующие элементы: хром, марганец. Прежде всего легирующие элементы увеличивают такое важное свойство как критический диаметр прокаливаемость. Наша сталь прокаливается насквозь до 50 мм. Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование. Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15. 20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых.

Такой элемент как хром будет входить в твердый раствор железа и упрочнять его, сужать область существования аустенита, образовывать устойчивые карбиды, повышать сопротивление коррозии.

Легирующие элементы (хром и марганец), повышая устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для многих сплавов критическая скорость закалки снижается до 20°С/с и ниже, что имеет большое практическое значение. Это связано с тем что для распада аустенита углеродистой стали нужна диффузия углерода. Маленькие атомы углерода перемещаются в кристаллической решетке железа легко, а для распада аустенита легированной стали должна пройти диффузия легирующих элементов. Их атомы по размеру сравнимы с атомами железа, и диффузия идет медленнее. Переохлажденный аустенит оказывается устойчивее. Карбидообразующие элементы: Cr, Ni — при малом их содержании растворяются в цементите, замещая в нем атомы железа(что существенно повышает твердость). Состав карбида в этом случае может быть выражен формулой (Fe, M)mCn, где М — символ суммы легирующих элементов, a m, n — коэффициенты, определяемые химической формулой карбида. При повышении содержания карбидообразующих элементов могут образовываться самостоятельные карбиды.

Типовые режимы термической обработки сталей (Таблица)

Таблица составлена технологами термического цеха крупного предприятия для использования в практической работе и позволяет быстро и правильно назначить соответствующий режим термической обработки для 30-ти марок стали наиболее применяемых в машиностроении.

Температ. закалки, град.С

Температ. отпуска, град.С

Температ. зак. ТВЧ, град.С

Температ. цемент., град.С

Температ. отжига, град.С

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Сталь 20

Сталь 35

Сталь 45

Сталь 65Г

Сеч. до 10 мм (пружины)

Сталь 20Х

Сталь 40Х

Сталь 50Х

Сталь 12ХН3А

С печью до 550…650

Сталь 38Х2МЮА

Сталь 7ХГ2ВМ

Сталь 60С2А

Сталь 35ХГС

С печью до 500…650

Сталь 50ХФА

Сталь ШХ15

Сталь У7, У7А

Вода до 250, масло

Сталь У8, У8А

Вода до 250, масло

Сталь У10, У10А

Вода до 250, масло

Сталь 9ХС

Сталь ХВГ

Сталь Х12М

Сталь Р6М5

560…570 3-х кратн.

В масле до 300…450 град., воздух до 20

Выдержка 2…3 часа, воздух

Сталь Р18

560…570 3-х кратн.

В масле до 150…200 град., воздух до 20

Пружин. сталь Кл. II

После холодной навивки пружин 30-ть минут

Сталь 5ХНМ, 5ХНВ

Читайте так же:
Самодельные колеса для тележки

Азотирование. Сеч. св. 70 мм

Сталь 30ХГСА

Сталь 12Х18Н9Т

Сталь 40ХН2МА, 40ХН2ВА

Сталь ЭИ961Ш

Сталь 20Х13

Сталь 40Х13

Общее время нагрева (время нагрева и выдержки) деталей при закалке берётся из расчёта 1 минута на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения. В соляных ваннах — 35 секунд на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения.

Общее время нагрева (время нагрева и выдержки) деталей при отпуске берётся из расчёта:

а) низкий отпуск (температура 130…240 град.) — 3 минуты на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения, но не менее 30 — 40 минут.

б) средний отпуск (температура 240. 450 град.) — 2 — 3 минуты на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения.

в) высокий отпуск (температура 450. 700 град. — 2 минуты на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения.

Окончательный контроль термической обработки деталей вести по фактической твёрдости.

Сталь 30ХГСА

Ст. 30ХГСА относится к среднелегированной группе углеродистых сталей с включением легирующих элементов на уровне от 2,5% до 10%. В составе сплава содержится 0,3% углерода, что влияет на некоторые эксплуатационные свойства металлопроката. Для повышения качеств металла, сплав легируют кремнием, марганцем, хромом, никелем, медью.

Наличие стали ст.30ХГСА на складе

Остатки обновлены: 6 сентября 2021 07:36

06.09.2021г МАР-3
6мм 2000х6000 30ХГСА31,670
10мм 2000х6000 30ХГСА21,850
36мм 1500х3900 (3970ф.д) 30ХГСА1,66311,663
50мм 1500х6000 30ХГСА3,55513,555
06.09.2021г. МЕТ-1
30хгса Мариуполь
8мм 2000х6000 30ХГСА ГОСТ 11269-760,75410,754
8мм 2000х6000 30ХГСА ГОСТ 11269760,75886,064

Состав стали 30ХГСА:

  • железо (Fe) – 96%;
  • углерод (С) — 0,28-0,34%;
  • хром (Cr) – 0,8-1,1%;
  • кремний (Si) — 0,9-1,2%;
  • марганец (Mn) — 0,8-1,1%;
  • никель (Н) — 0,3%;
  • медь (Сu) — 0,3%;
  • сера, фосфор (S, P) – по 0,025% для каждого.

Буквенное наименование легирующего элемента в марке 30ХГСА совпадает с первой буквой его наименования. Сначала идет процентное вхождение углерода в сотых долях. Цифра 30 указывает на вхождение углерода 0,3%. Гост разрешает вхождение углерода на уровне 0,28-0,34%. Другие показатели 30ХГСА:

Х – хром;

Г – марганец;

С – кремний.

Буква «А» в конце марки стального проката указывает на принадлежность сплава к высококачественной стали, которая может работать при низких температурах и различных нагрузках.

Влияние легирующих элементов на свойства ст. 30ХГСА

Основным легирующим элементом в сплаве 30ХГСА служит хром. За счет его воздействия повышается жаропрочность, коррозионная и окислительная стойкость, прочность, способность стали к термической обработке. Марганец повышает прочность, улучшает прокаливаемость, ударную сопротивляемость, снижает коробление при закалке. Но в тоже время, он повышает рост зерен и понижает пластичность. Кремний увеличивает упругость, но вместе с этим, понижает ударную вязкость. Никель и медь, с незначительным вхождением по 0,3% способствуют повышению твердости, износостойкости, однородности структуры. Никель, марганец, хром, углерод повышают устойчивость стали при охлаждении.

Химический состав в % стали 30ХГСА

CSiMnNiSPCrCu
0.28 — 0.340.9 — 1.20.8 — 1.1до 0.3до 0.025до 0.0250.8 — 1.1до 0.3

Заменители

Основными заменителями ст. 30ХГСА являются стали: 25ХГСА, 35ХГСА, 40ХФА, 35ХМ, 40ХН. В некоторых случаях технологи закладывают другие высокоуглеродистые среднелегированные марки сталей с вхождением хромоникелевого, марганцевого, кремниевого состава.

Зарубежные аналоги материала 30ХГСА

Внимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.

Термообработка

Улучшение свойств ст.30ХГСА проявляется после определенного вида термообработки. Детали из среднелегированной стали используют после закалки, отпуска, другого вида термической обработки с температурой от +550 до +660 град. Цельсия.

Ст. 30ХГСА после ТО обладает:

  • высокой прочностью с пределом сопротивления разрыву до 2800 МПа;
  • хорошей ударной вязкостью;
  • выносливостью;
  • способностью работать в разных температурных режимах;
  • стойкостью к коррозии, окислению.

Ст.30ХГСА хорошо обрабатывается (режется, перфорируется, шлифуется, куется, штампуется, хорошо сваривается). Кроме всех положительных свойств, ст.30ХГСА обладает невысокой стоимостью, так как не содержит в своем составе дорогостоящих легирующих элементов.

Процесс сваривания

Для сваривания ст.30ХГСА подходят полуавтоматы, аргонодуговая сварка. Предварительно нужно подогреть металл до температуры от +250 до +300 град., а после сваривания – нужно провести медленное охлаждение. Во избежание выгорания легирующих элементов, сварочные работы нужно проводить быстро, без задерживания горелки в одном месте. После 8-ми часов остывания, сварные швы ст. 30ХГСА закалывают и осуществляют высокий отпуск при температуре +880 град. с дальнейшим охлаждением в масле (при t от +20 до + 50 град.). Отпуск – нагрев детали до +400 …+600 град. с последующим охлаждением в горячей воде.

Механические свойства при Т=20 o С стали 30ХГСА

СортаментРазмерНапр.sвsTd5yKCUТермообр.
ммМПаМПа%%кДж / м 2
Трубы, ГОСТ 8731-8768611
Трубы холоднодеформир., ГОСТ 8733-7449118
Пруток, ГОСТ 4543-71Ø 2510808301045490Закалка 880 o C, масло, Отпуск 540 o C, вода,
Лист толстый, ГОСТ 11269-76490-74020Нормализация
Лист толстый, ГОСТ 11269-7610809490Закалка и отпуск
Лист тонкий, ГОСТ 11268-76490-74020Нормализация
Лист тонкий, ГОСТ 11268-76108010Закалка и отпуск
Твердость 30ХГСА после отжига , ГОСТ 4543-71HB 10 -1 = 229 МПа
Твердость 30ХГСА , Трубы холоднодеформир. ГОСТ 8733-74HB 10 -1 = 229 МПа
Твердость 30ХГСА , Пруток горячекатан. ГОСТ 10702-78HB 10 -1 = 217 МПа
Твердость 30ХГСА нормализованного , Лист толстый ГОСТ 11269-76HB 10 -1 = 156 — 217 МПа

Применение

Ст 30ХГСА, считающаяся настоящим достижением отечественной науки, появилась во времена Великой Отечественной войны и применялась для нужд авиации. Сегодня ст.30ХГСА, которую называют «хромансиль», также применяется в самолетостроении, военной промышленности. Кроме этого, среднелегированная сталь 30ХГСА используется в машиностроении, станкостроении, строительстве для создания:

Все о стали 30ХГСА – состав, характеристики, сфера применения, достоинства и недостатки

Сталь 30ХГСА ; один из наиболее востребованных в промышленности и в чем-то даже легендарный сплав, вошедший в историю как прорывной для времени своего открытия. Марка была открыта перед началом войны советскими учеными И.И. Сидориным и Г.В. Акимовым ; сотрудниками ВИАМ (Всесоюзного Института Авиационных Материалов). Сталь 30ХГСА на несколько лет стала мировым лидером среди материалов для авиастроения и успешно применялась советской авиацией в годы войны. До сих пор Сталь 30ХГСА используется в авиастроении, машиностроении, кораблестроении и многих других отраслях как мирной, так и военной промышленности.

Расшифровка

Расшифровка стали 30ХГСА указывает на химический состав сплава и качество марки. В состав стали 30ХГСА входят и другие элементы, помимо тех, что указаны в маркировке, но их доля в сплаве незначительна. При увеличении доли элемента в сплаве до существенной, его буквенное обозначение добавляется в маркировку с указанием доли. Состав стали 30ХГСА характеризует ее как высокоуглеродистую среднелегированную высшего качества, что указывает на прочность и пригодность для производства износостойких деталей, несущих конструкций и других изделий с повышенными требованиями.

  • Цифра 30 в маркировке указывает на процентное соотношение содержания углерода в сотых долях (0.3%);
  • буква Х означает наличие хрома в сплаве, но не более 1.5%, на что указывает отсутствие цифры рядом с буквой;
  • буква Г указывает на марганец, содержание которого не превышает 1.5%;
  • буква С указывает на кремний в составе сплава, доля которого не превышает 1.5%;
  • буква А в конце маркировки означает высшую категорию качества стали.

У стали 30ХГСА есть другое название ; «хромансиль», образованное от обозначений входящих в ее состав химических элементов ; хрома, марганца, кремния. Это название популярно среди строителей.

Характеристики

30ХГСА ; среднелегированная высокоуглеродистая конструкционная сталь. Благодаря высокому содержанию углерода, сталь 30ХГСА отличается прочностью и устойчивостью к физическим воздействиям, чем обусловлено ее широкое применение в строительстве. Сталь 30ХГСА по показателю свариваемости относится ко второй группе, отличается хорошей свариваемостью при соблюдении некоторых условий. Варить рекомендуется с прогревом до 250С и избегать резкого охлаждения. Выполнение этих условий обеспечит минимальный риск образования трещин, а сварные швы смогут выдерживать нагрузки максимального предела выносливости.

Предел текучести стали 30ХГСА ; 820 МПа, что более чем вдвое превосходит аналогичный показатель стали 12Х18Н10Т. Предел выносливости составляет 490 МПа, что ровно вдвое больше аналогичного показателя у стали 45. При нагрузке 980 МПа сталь 30ХГСА разрушается полностью. Твердость по шкале Роквелла составляет 45-50 ед. Максимальная температура сохранения механических характеристик равна 400С.

Характеристики стали 30ХГСА регламентированы межгосударственным стандартом ГОСТ 4543-2016.

Сортамент изделий, изготовление и области применения

Сталь 30ХГСА применяется в производстве деталей с повышенными требованиями к износоустойчивости: поршневые механизмы в двигателях, валы, рычаги, оси, лопасти, несущие конструкции. Особой категорией изделий из стали 30ХГСА являются бесшовные трубы. Бесшовная труба изготовляется из круглого или пустотелого стального профиля способами горячей и холодной деформации.

Виды поставки стали 30ХГСА

Материал 30ХГСА поставляется в следующих видах:

  • сортовой прокат;
  • фасонный прокат;
  • калиброванный пруток;
  • шлифованный пруток;
  • серебрянка;
  • лист толстый;
  • лист тонкий;
  • полоса;
  • поковки;
  • кованые заготовки;
  • трубы.

Сортамент бесшовных труб из стали 30ХГСА

  • ГОСТ 8731-87 ; горячекатаные для машиностроения и трубопроводов;
  • ГОСТ 8732-78 ; горячедеформированные общего назначения;
  • ГОСТ 8733-74 ; холоднодеформированные и горячедеформированные общего назначения;
  • ГОСТ 8734-75 ; холоднодеформированные;
  • ГОСТ 21729-76 ; конструкционные;
  • ГОСТ 9567-75 ; прецизионные.

Способ горячей деформации

Основные этапы изготовления бесшовной стальной трубы из стали марки 30ХГСА методом горячей деформации:

  1. подготовительные процедуры;
  2. нарезка заготовок в соответствии с ГОСТом 8732-78;
  3. нагрев заготовки до 1200С;
  4. бурение полнотелой заготовки на специальном станке, в результате чего получается гильза;
  5. прокат и вытягивание гильзы под вальцами на специальном оборудовании;
  6. калибровка;
  7. контроль качества и испытания на механическую прочность.

Способ холодной деформации

Основные этапы изготовления бесшовной стальной трубы из стали марки 30ХГСА методом холодной деформации:

  1. нарезка и химическая обработка заготовок (протравливание);
  2. очистка заготовок;
  3. формирование круглой формы и толщины стенок на специальном оборудовании с помощью валов;
  4. калибровка;
  5. контроль качества и испытания на механическую прочность.

5 областей применения

Бесшовные стальные трубы выпускаются в разных размерах и с разной толщиной стенок, что позволяет использовать их в разных сферах производства. Перечисляем пять главных областей применения бесшовных труб из стали 30ХГСА:

  1. машиностроение, самолетостроение ; применяются в основном в деталях, предназначенных для эксплуатации под сильным давлением и требовательных к качеству материала изготовления;
  2. нефтегазовая промышленность ; доставляют нефтепродукты и природный газ на большие расстояния;
  3. жилищное строительство ; для прокладки коммуникаций газо- и водоснабжения, идеальны для горячего водоснабжения благодаря устойчивости к высоким температурам;
  4. добыча угля ; горячекатные трубы применяются для отвода побочных продуктов;
  5. оборонная промышленность ; для возведения конструкций повышенной прочности.

Использование в промышленности

Сталь 30ХГСА относится к высококачественным сплавам, всегда востребованным в самых разных областях производства. Из сплава 30ХГСА отливают корпуса, сплошные трубы различного диаметра, детали двигателей, крепежи, оружейные стволы.

  • В строительстве. Из стали 30ХГСА производятся высокопрочные крепежные элементы для строительных конструкций, устойчивые к переменным нагрузкам. Крепежи из стали 30ХГСА имеют ограниченную сферу применения из-за низкой устойчивости к коррозии или требуют защитных мер.
  • В машиностроении и самолетостроении. Из стали 30ХГСА изготавливаются цельные корпуса, сварные конструкции, подвижные детали (лопасти, валы, рычаги, оси), крепежные элементы. В самолетостроении из стали 30ХГСА в основном изготавливаются расходные детали.
  • В нефтегазовой промышленности. В качестве несущих конструкций для газопроводов высокого давления применяются горячекатные стальные трубы.
  • В оборонной промышленности. 30ХГСА является распространенной оружейной сталью, из нее изготавливаются стволы для отечественного стрелкового оружия.

Тепловая обработка

30ХГСА ; это улучшаемый сплав, его характеристики можно повысить за счет правильной тепловой обработки ; закаливания или отпуска. Это касается не только заготовок, но и готовых стальных изделий, улучшаемых с помощью химико-термического воздействия.

Разновидности термообработки стали 30ХГСА

  • Закаливание. Процедура, направленная на улучшение характеристик поверхностного слоя стали. Сталь 30ХГСА закаливается при температуре 880С и подвергается охлаждению в масле, чтобы не допустить нежелательных структурных изменений.
  • Отпуск. Закаливание стали меняет ее структурные характеристики. После такой внутренней перестройки может возникнуть напряжение, приводящее к трещинам. Чтобы не допустить этого, таль 30ХГСА подвергают отпуску при температуре 540С. Для охлаждения можно использовать воду.
  • Ковка. В результате ковки структура металла становится более прочной. Сталь 30ХГСА куют после нагревания до 1240С и охлаждают на открытом воздухе.

Прокаливаемость стали 30ХГСА сравнительно невысока, она составляет всего 24-40 мм глубины прокаливаемого слоя.

Преимущества и недостатки

Как и любая марка стали, 30ХГСА обладает набором особенностей, определяющих сферы ее применения. У нее есть как сильные стороны, так и уязвимости, ограничивающие ее использования в определенных условиях. В ряде случаев недостатки можно нивелировать с помощью дополнительной обработки ; тепловой, химической или нанесения защитного покрытия на поверхность изделия.

  • ударная вязкость ; высокая способность стали противостоять динамическим нагрузкам;
  • твердость ; объясняется высоким содержанием углерода в составе стали;
  • износоустойчивость ; устойчивость к переменным нагрузкам, особо ценное качество стали 30ХГСА, сделавшее ее незаменимой в самолетостроении;
  • хорошая свариваемость;
  • высокая сопротивляемость постоянному тепловому воздействию (до 400С).
  • Низкая прокаливаемость ; небольшая глубина изменений при закалке;
  • Флокеночувствительность ; подверженность образованию внутренних трещин, снижающих механические показатели;
  • Коррозионная подверженность ; сталь нельзя использовать в условиях повышенной влажности или прямого контакта с водой без гальванического покрытия или других защитных мер.

Химический состав

Химический состав стали 30ХГСА и процентные доли содержания значимых элементов приведены в следующей таблице.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector