Как калить сталь 50

Обновлено: 10.05.2024

Закаливание стали представляет собой сложный технологический процесс, заключающийся в нагреве материала до определенной температуры с быстрым охлаждением. Подобный процесс проводится для получения неравновесной структуры, которая будет более устойчивой к механическому воздействию. Сталь 50 относится к группе конструкционных металлов повышенного качества, область применения которой в машиностроении обширна. Зачастую ее выбирают при производстве тяжело нагруженных валов, валиков и шкивов, муфты, пружин и рессор.

Зачем проводить закалку?

В последнее время закалка все чаще проводится для того, чтобы повысить твердость поверхность для повышения срока службы детали. Если закалка прошла правильно, ее результатом станет:

Существенно повышается прочность и твердость. Для того чтобы поверхность зуба зубчатого колеса не деформировалось при воздействии нагрузки выполняется рассматриваемая процедура. Также пружины и рессоры могут выдерживать большие нагрузки по причине существенного повышения прочности путем изменения структуры при сильном нагреве и быстром охлаждении материала.
Повышается износостойкость поверхности. Несмотря на хорошие эксплуатационные качества стали, при ее использовании для изготовления деталей, используемых в машиностроении, авиастроении, есть вероятность быстрого износа из-за возникающей силы трения при контакте. Существенно повысить срок службы деталей можно путем изменения начальной структуры металла.
Современные методы проведения рассматриваемого процесса позволяют улучшить качества только поверхности детали, сердцевина, ее вязкость, остается неизменной. Этот момент определяет то, что прочность, твердость и износостойкость повышаются без проявления хрупкости, то есть получаемая деталь также имеет хорошую пластичность, может выдерживать продольную нагрузку.

Качество проводимой закалки зависит от скорости нагрева и правильности выбора температуры, времени выдержки и охлаждения. При этом наиболее важным параметром можно назвать температуру нагрева и скорость охлаждения, так как они определяют твердость, прочность металла. Закалка является сложным технологически процессом, для реализации которого нужно специальное оборудование и определенные навыки в проведении подобной работы.

Основные характеристики стали

Любую сталь можно охарактеризовать следующими показателями:

Химический состав.
Критические точки – основной показатель, который учитывается при закалке стали. Путем проведения научных опытов были выявлены критические точки для всех металлов, в том числе и рассматриваемого.
Механические и физические свойства. Закалка подразумевает изменение показателя HRC, который используется для обозначения твердости.

Стоит отметить, что сталь 65Г, которая используется при производстве рессор и пружин, должна обладать определенной пластичностью, для чего проводится отпуск: отжечь – значит существенно снизить пластичность.

Физические свойства стали 50

Особенности проводимой закалки

Температура отжига стали 50, то есть критические точки, равны 725 и 750 градусов Цельсия. Если провести нагрев структуры до температуры 700 градусов Цельсия, то аллотропические превращения не начинают протекать, что определяет сохранение физических и механических свойств даже после быстрого охлаждения. Закалка должна проводится строго с учетом критических точек.

Если температура нагрева находится в промежутке между двумя указанными критическими точками, то в структуре остается феррит, который считается мягкой составляющей. Этот момент определяет неполное повышение твердости, то есть преобразование структуры прошло не полностью. Этот метод используется для получения металла с показателем HRC, который наиболее подходит для производства с использованием штампа. При этом получаемые детали будут обладать хорошими механическими качества.

Механические свойства стали 50

Оптимальной температурой в рассматриваемом случае считается промежуток от 800 до 820 градусов Цельсия. В этом случае структура становится мелкозернистой, что определяет твердость и прочность материала с наилучшим показателем HRC. Использование большой температуры нагрева перед быстрым охлаждением оказывает губительное воздействие на сталь 50, так как зерно становится довольно крупным. Крупное зерно определяет ухудшение механических свойств, к примеру, повышается хрупкость. Хрупкая сталь не может выдерживать переменные и ударные нагрузки, что приводит к откалыванию части детали.

Оборудование для проведения работы

Нагреть заготовку до температуры более 800 градусов Цельсия можно только при использовании специального оборудования. При этом самодельные печи не предназначены для закалки стали 50, так достигнуть 810 градусов Цельсия, контролировать и поддерживать эту температуру для достижения высокого качества закалки можно только в высокотехнологичных печах промышленного изготовления. В последнее время наибольшей популярностью пользуется ТВЧ закалка.

К особенностям проводимой работы можно отнести:

повысить твердость следует только поверхностного слоя;
повышенная вязкость в центральной части изделия позволяет сохранить нужную степень эластичности;
нагреву подвергается исключительно поверхностный слой, сердцевина остается абсолютно неизменной.

Подобным образом можно существенно повысить прочность детали без изменения показателя вязкости сердцевины.

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагреве

К преимуществам современного метода закалки ТВЧ можно отнести:

Требуется меньше времени для нагрева, а также можно существенно сэкономить на количестве потребляемого источника энергии.
В данном случае существенно снижается риск появления трещин или коробления поверхности. С этой проблемой встречаются многие, кто проводит закалку стали 50. Появление трещин определяет отсутствие возможности дальнейшего использования детали.
Во время расплавки металла не происходит выгорание углерода. Этот момент определяет отсутствие окалины.
Современное оборудование позволяет достаточно просто провести изменение глубины закаливаемого слоя.
Избежать различных деформаций заготовки можно при использовании индукционного метода нагрева.
Есть возможность осуществить автоматизацию и механизацию процесса.
Оборудование просто в использовании, имеет компактные размеры, легко настраивается.

Производители подобного оборудования рекомендуют его использовать для стали, с содержанием углерода 0,4-0,45%. Однако отметим, что этот метод применим и в рассматриваемом случае.

Закалка стали

Для придания стали определенных эксплуатационных качеств на протяжении многих десятилетий проводится термообработка. Сегодня, как и несколько столетий назад, закалка стали предусматривает нагрев металла и его последующее охлаждение в определенной среде. Температура нагрева стали под закалку должна быть выбрана в соответствии с составом металла и механическими свойствами, которые нужно получить. Допущенные ошибки при выборе режимов закалки приведут к повышению хрупкости структуры или мягкости поверхностного слоя. Именно поэтому рассмотрим способы закалки стали, особенности применяемых технологий, а также многие другие моменты.

Какой бывает закалка метала?

Для чего нужна закалка стали знали еще древние кузнецы. Правильно выбранная температура закалки стали позволяет изменять основные эксплуатационные характеристики материала, так как происходит преобразование структуры.

Закалка – термообработка стали, которая сегодня проводится для улучшения механических качеств металла. Процесс основан на перестроении атомной решетки за счет воздействия высокой температуры с последующим охлаждением.

Технология закалки стали позволяет придать недорогим сортам металла более высокие эксплуатационные качества. За счет этого снижается стоимость изготавливаемых изделий, повышается прибыльность налаженного производства.

Основные цели, которые преследуются при проведении закалки:

Повышение твердости поверхностного слоя.
Увеличение показателя прочности.
Уменьшение пластичности до требуемого значения, что существенно повышает сопротивление на изгиб.
Уменьшение веса изделий при сохранении прочности и твердости

Существуют самые различные методы закалки стали с последующим отпуском, которые существенно отличаются друг от друга. Наиболее важными режимами нагрева можно назвать:

Температуру нагрева.
Время, требующееся для нагрева.
Время выдержки металла при заданной температуре.
Скорость охлаждения.

Изменение свойств стали при закалке может проходить в зависимости от всех вышеприведенных показателей, но наиболее значимым называют температуру нагрева. От нее зависит то, как будет происходить перестроение атомной решетки. К примеру, время выдержки при закалке стали выбирается в соответствии с тем, какой прочностью и твердостью должно обладать зубчатое колесо для обеспечения длительной эксплуатации в условиях повышенного износа.

Цвета закалки стали

При рассмотрении того, какие стали подвергаются закалке стоит учитывать, что температура нагрева зависит от уровня содержания углерода и различных примесей. Единицы закалки стали представлены максимальной температурой, а также временем выдержки.

При рассмотрении данного процесса изменения основных эксплуатационных свойств следует учитывать нижеприведенные моменты:

Закалка направлена на повышение твердости. Однако с увеличением твердости металл становится и более хрупким.
На поверхности может образовываться слой окалины, так как потеря углерода и других примесей у поверхностных слоев больше, чем в середине. Толщина данного слоя учитывается при расчета припуска, максимальных размеров будущих деталей.

Выполняется закалка углеродистой стали с учетом того, с какой скоростью будет проходить охлаждение. При несоблюдении разработанных технологий может возникнуть ситуация, когда перестроенная атомная решетка перейдет в промежуточное состояние. Это существенно ухудшит основные качества материала. К примеру, охлаждение со слишком большой скоростью становится причиной образования трещин и различных дефектов, которые не позволяют использовать заготовку в дальнейшем.

Процесс закалки сталей предусматривает применение камерных печей, которые могут нагревать среду до температуры 800 градусов Цельсия и поддерживать ее на протяжении длительного периода. Это позволяет продлить время закалки стали и повысить качество получаемых заготовок. Некоторые стали под закалку пригодны только при условии нагрева среды до температуры 1300 градусов Цельсия, для чего проводится установка иных печей.

Отдельная технология разрабатывается для случая, когда заготовка имеет тонкие стены и грани. Представлена она поэтапным нагревом.

Полную закалку используют обычно для сталей и деталей, которые не подвержены растрескиванию или короблению.

Зачастую технология поэтапного нагрева предусматривает достижение температуры 500 градусов Цельсия на первом этапе, после чего выдерживается определенный промежуток времени для обеспечения равномерности нагрева и проводится повышение температуры до критического значения. Холодная закалка стали не приводит к перестроению всей атомной сетки, что определяет только несущественное увеличение эксплуатационных характеристик.

Как ранее было отмечено, есть различные виды закалки стали, но всегда нужно обеспечить равномерность нагрева. В ином случае перестроение атомной решетки будет проходить так, что могут появиться серьезные дефекты.

Методы предотвращения образования окалины и критического снижения концентрации углерода

Назначение закалки стали проводится с учетом того, какими качествами должна обладать деталь. Процесс перестроения атомной сетки связан с большими рисками появления различных дефектов, что учитывается на этапе разработки технологического процесса.

Даже наиболее распространенные методы, к примеру, закалка стали в воде, характерно появления окалины или существенного повышения хрупкости структуры при снижении концентрации углерода. В некоторых случаях закалка стали проводится уже после финишной обработки, что не позволяет устранить даже мелкие дефекты. Именно поэтому были разработаны технологии, которые снижают вероятность появления окалины или трещин. Примером можно назвать технологию, когда закалка стали проходит в среде защитного газа. Однако сложные способы закалки стали существенно повышают стоимость проведения процедуры, так как газовая среда достигается при установке печей с высокой степенью герметичности.

Более простая технология, при которой проводится закалка углеродистой стали, предусматривает применение чугунной стружки или отработанного карбюризатора. В данном случае сталь под закалку помещают в емкость, заполненную рассматриваемыми материалами, после чего только проводится нагрев. Температура закалки несущественно корректируется с учетом созданной оболочки из стружки. Технология предусматривает обмазывание емкости снаружи глиной для того, чтобы избежать попадание кислорода, из-за чего начинается процесс окислений.

Температура нагрева стали при термообработке

Как ранее было отмечено, термообработка предусматривает и охлаждение сталей, для чего может использоваться не только водяная, но, к примеру, и соляная ванная. При использовании кислот в качестве охлаждающей жидкости одним из требований является периодическое раскисление сталей. Данный процесс позволяет исключить вероятность снижения показателя концентрации углерода в поверхностном слое. Чтобы провести процесс раскисления используется борная кислота или древесный уголь. Также не стоит забывать о том, что процесс раскисления сталей приводит к появлению пламя на заготовки во время ее опускания в ванную. Поэтому при закалке, закалкой сталей с применением соляных ванн следует соблюдать разработанную технику безопасности.

Рассматривая данные методы термической обработки с последующим охлаждением следует отметить, что они существенно повышают себестоимость заготовки. Однако сегодня охлаждение в воде или закалка при заполнении камеры кислородом не позволяют повысить показатели свойств стали без появления дефектов.

Закалка стали — технологический процесс

Процедура охлаждения

Рассматривая все виды закалки стали стоит учитывать, что не только температура нагрева оказывает сильное воздействие на структуру, но и время выдержки, а также процедура охлаждения. На протяжении многих лет для охлаждения сталей использовали обычную воду, в составе которой нет большого количества примесей. Стоит учитывать, что примеси в воде не позволяют провести полную закалку с соблюдением скорости охлаждения. Оптимальной температурой воды, используемой для охлаждения закалённой детали, считают показатель 30 градусов Цельсия. Однако стоит учитывать, что жидкость подвергается нагреву при опускании раскаленных заготовок. Холодная проточная вода не может использоваться при охлаждении.

Обычно используют воду при охлаждении для получения не ответственных деталей. Это связано с тем, что изменение атомной сетки в данном случае обычно приводят к короблению и появлению трещин. Закаливание с последующим охлаждением в воде проводят в нижеприведенных случаях:

При цементировании металла.
При поверхностной закалке.
При простой форме заготовки.

Детали после финишной обработки подобным образом не охлаждаются.

Для придания нужной твердости заготовкам сложной формы используют охлаждающую жидкость, состоящую из каустической соды, нагреваемой до температуры 60 градусов Цельсия. Стоит учитывать, что закаленное железо при использовании данной охлаждающей жидкости приобретает более светлый оттенок. Специалисты уделяют внимание важности соблюдения техники безопасности, так как могут выделяться токсичные вещества при нагреве рассматриваемых веществ.

Процесс закалки стали

Тонкостенные детали также подвергаются термической обработке. Закалочное воздействие с последующим неправильным охлаждением приведет к тому, что концентрация углерода снизиться до критических значений. Выходом из сложившейся ситуации становится использование минеральных масел в качестве охлаждающей среды. Используют их по причине того, что масло способствует равномерному охлаждению. Однако попадание воды в состав масла становится причиной появления трещин. Поэтому заготовки должны подвергаться охлаждению при использовании масла с соблюдением мер безопасности.

Рассматривая назначение минеральных масел в качестве охлаждающей жидкости следует учитывать и некоторые недостатки этого метода:

Соблюдая режимы нагрева можно создать ситуацию, когда раскаленная заготовка контактирует с маслом, что приводит к выделению вредных веществ.
В определенном интервале воздействия высокой температуры масло может загореться.
Подобный метод охлаждения позволяет выдержать требуемую твердость, измеряемую в определенных единицах, а также избежать появления трещин в структуре, но на поверхности остается налет, удаление которого также создает весьма большое количество проблем.
Само масло со временем теряет свои свойства, а его стоимость довольно велика.

Какие именно жидкости используют для охлаждения стали?

Вышеприведенная информация определяет то, что жидкость и режим охлаждения выбираются в зависимости от формы, размеров заготовки, а также того, насколько качественной должна быть поверхность после закалки. Комбинированным методом охлаждения называется процесс применения нескольких охлаждающих жидкостей. Примером можно назвать закалку детали сложной формы, когда сначала охлаждение проходит в воде, а потом масляной ванне. В этом случае учитывается то, до какой температуры на каком этапе охлаждается металл.

Закалка и отпуск стали 65Г

Конструкционная высокоуглеродистая сталь марки 65Г, поставляемая соответственно техническим требованиям ГОСТ 14959, представляет собой сталь рессорно-пружинной группы. Она должна сочетать в себе высокую поверхностную твёрдость (для чего в её состав вводится до 1% марганца) и повышенную упругость. Все эти характеристики обеспечиваются в результате выполнения надлежащей термической обработки изделий, изготовленных из рассматриваемой стали.

Исходный химсостав стали и требования к деталям, изготавливаемым из неё

Относясь к разряду экономнолегированных, сталь 65Г относительно дешёвая, что обуславливает её широкое и эффективное применение. В числе главных её компонентов находятся:

углерод (в пределах 0,62…0,70 %);
марганец (в пределах 0,9…1,2 %);
хром и никель (до 0,25…0,30 %).

Все остальные составляющие – медь, фосфор, сера и т.д. – относятся к примесям, и допускаются в химическом составе данного материала в количествах, ограничиваемых госстандартом.

При достаточной твёрдости (например, после поверхностной нормализации она должна составлять не менее 285 НВ), и прочности на растяжение (не ниже 750 МПа), сталь 65Г обладает достаточно высокой для своего класса ударной вязкостью – 3,0…3,5 кг∙м/см 2 . Это даёт возможность использовать материал для производства ответственных деталей подъёмно-транспортного оборудования (в частности, ходовых колёс мостовых кранов, катков), а также пружинных шайб и пружин неответственного назначения.

Стоит отметить, что детали пружин, изготовленные из стали 65Г, плохо свариваются, а также не могут противостоять периодически возникающим растягивающим напряжениям (относительное удлинение не превышает 9%), а потому не подлежат применению в неразъёмных конструкциях машин и механизмов. При проведении процессов холодного пластического деформирования сталь становится весьма малопластичной уже при малых (до 10%) деформациях, поэтому, при необходимости изготовления из неё пружин больших размеров, приходится применять нагрев исходных заготовок, даже под листовую штамповку. Впрочем, и в горячем состоянии предельные степени деформации стали 65Г не превышают 50…60%.

Химический состав стали 65Г

Несмотря на то, что в ходе деформационного упрочнения предел временного сопротивления материала увеличивается до 1200…1300 МПа, этих показателей недостаточно для того, чтобы придавать конечной продукции (например, пружинам) необходимую эксплуатационную прочность. Поэтому закалка и отпуск стали 65Г обязательны.

Оптимальные технологические процессы термической обработки материала

Выбор режима термообработки диктуется производственными требованиями. В большинстве случаев для придания надлежащих физико-механических характеристик используют:

нормализацию;
закалку с последующим отпуском.

Температурно-временные параметры термической обработки и выбор её вида зависят от исходной структуры стали. Данный материал принадлежит к сталям доэвтектоидного типа, поэтому в его составе при температурах выше нижней точки аустенитного превращения — 723 °С — на 30…50 °С содержится аустенит в виде твердой механической смеси с незначительным количеством феррита. Поскольку аустенит – более твёрдая структурная составляющая, чем феррит, то интервал закалочных температур для стали 65Г будет существенно ниже, чем для конструкционных сталей с более низким процентным содержанием углерода. Таким образом, температурный интервал закалки стали данной марки должен находиться в пределах не более 800…830 °С.

Примерно такой же температурный диапазон применяют и для проведения нормализации – технологической операции термообработки, которую используют с целью исправления структуры материала изделия, для снятия внутренних напряжений, а при последующей механической обработке полуфабриката – и для улучшения его обрабатываемости.

Поскольку ударная вязкость у закалённой стали 65Г – пониженная, то после закалки изделия из неё, в частности, пружины, обязательно должны пройти высокий отпуск. Происходящие в ходе отпуска мартенситно-аустенитные превращения снижают уровень возникающих во время закалки внутренних напряжений, снижают хрупкость и несколько поднимают показатели ударной вязкости.

Переход высокого отпуска исключается из режима только в том случае, когда заготовка проходит изотермическую закалку. В результате высокого отпуска сталь 65Г приобретает структуру сорбита, характерными особенностями которой являются мелкодисперсность структуры при сохранении изначально высоких показателей твёрдости, что полностью соответствует эксплуатационным требованиям.

Режимы закалки стали 65Г

Для соблюдения тех характеристик, которые заданы техническими условиями на эксплуатацию деталей, при выборе режима закалки учитывают следующие составляющие:

способ и оборудование для нагрева изделий до требуемых температур;
установление нужного температурного диапазона закалки;
выбор оптимального времени выдержки при данной температуре;
выбор вида закалочной среды;
технологию охлаждения детали после закалки.

Интенсивность нагревания предопределяет качество получаемой структуры. Для малолегированных сталей процесс ведут достаточно быстро, поскольку при этом минимизируется риск обезуглероживания материала, и, как следствие, потеря деталью своих прочностных параметров. Однако чересчур быстрый нагрев вызывает к жизни иные неприятности. В частности, для крупных деталей, с большими перепадами поперечных сечений это может вызвать неравномерное прогревание металла, с перспективой дальнейшего появления закалочных трещин, выкрашивания углов и кромок.

Для достижения максимальной степени равномерности нагрева сталь сначала подогревают в предварительных камерах термических печей до температур, несколько ниже закалочных – от 550 до 700 °С, и только потом деталь направляется непосредственно в закалочную печь. Быстрее всего нагрев осуществляется в расплавах солей, медленнее – в газовых печах, и ещё медленнее – в электрических печах. Именно поэтому поверхностная закалка изделий из стали 65Г в индукционных печах выполняется достаточно редко. Индуктор, как закалочный агрегат, используется лишь для изделий с малым поперечным сечением. При выборе вида нагревательного устройства важен также состав атмосферы, которая в нём создаётся. В частности, для термических печей, работающих на газе, стараются всемерно снижать длительность пребывания детали в печи, поскольку в противном случае происходит выгорание части углерода поверхностного слоя.

Исходя из нормируемой для стали 65Г температуры закалки в 800…820 °С, предельная величина обезуглероженного слоя не должна быть более 50…60 мкм.

Температурный диапазон закалочных температур может корректироваться в зависимости от конфигурации изделия. Например, если деталь имеет сложные очертания, малые габариты и изготовлена из листового металла, то оптимальной температурой будет нижняя граница указанного выше диапазона. Управляя температурой закалки (например, с помощью автоматических датчиков температуры), можно менять толщину закалённого слоя и величину зоны, которая прокалилась менее остальных. К подобным техническим решениям прибегают, когда различные части детали работают в разных эксплуатационных условиях.

Сталь 65Г не боится перегрева, однако при закалке по верхнему значению температурного диапазона ударная вязкость материала начинает уменьшаться, что сопровождается ростом зерён в микроструктуре.

Для снижения коробления деталей, которые имеют тонкие рёбра и перемычки, пользуются нагревом в соляных закалочных ваннах. Чаще применяют расплав хлористого натрия, а для раскисления в рабочий объём ванны добавляют буру или ферросилиций.

Выдержка при закалке изделий из стали 65Г при заданном температурном интервале происходит до тех пор, пока полностью не произойдёт перлитное превращение. Этот процесс зависит от размера поперечного сечения детали и способа нагрева. Для наиболее употребительных случаев можно воспользоваться данными таблицы:

Временя нагрева и выдержки в зависимости от закалочной среды и габаритов заготовки

Наибольший габаритный размер детали, мм	Закалка в пламенной печи		Закалка в электропечи
Наибольший габаритный размер детали, мм	Время нагрева, мин	Время выдержки, мин	Время нагрева, мин	Время выдержки, мин
До 50	40	10	50	10
До 100	80	20	88	20
До 150	120	30	130	30
До 200	160	40	175	40

Охлаждение изделий после закалки производят не в воду, а в масло, это позволяет избежать возможной опасности растрескивания.

Технология последующего отпуска

Как уже указывалось, для получения структуры сорбита изделия из стали 65Г подвергают только высокому отпуску при температурах 550…600 °С, с охлаждением на спокойном воздухе. Для особо ответственных деталей иногда проводят дополнительный низкий отпуск. Диапазон его температур — 160…200 °С, с последующим медленным охлаждением на воздухе. Такая технология позволяет избежать накапливания термических напряжений в изделии, и повышает его долговечность. Для отпуска можно применять не только пламенные, но и электрические печи, оснащённые устройствами для принудительной циркуляции воздуха. Время выдержки изделий в таких печах — от 110 до 160 мин (увеличенные нормативы времени соответствуют деталям сложной конфигурации и значительных поперечных сечений).

В качестве рабочих сред при закалке стали 65Г не рекомендуется использовать воду и водные растворы солей. Ускорение процесса охлаждения, которое вызывает вода, часто сопровождается неравномерностью прокаливания.

Итоговый контроль качества закалки состоит в оценке макро- и микроструктуры металла, а также в определении финишной твёрдости изделия. Поверхностная твёрдость продукции, изготовленной из стали 65Г, должна находиться в пределах 35…40 НRC после нормализации, и 40…45 НRC – после закалки с высоким отпуском.

Обзор конструкционной стали 50хфа

Сталь марки 50ХФА является конструкционным материалом с узкой областью применения: пружины, рессоры, тяжело нагруженный ответственные детали. Она обладает высокой усталостной прочностью, что отражается на химическом составе.

Изделия хорошо растягиваются, возвращают форму при разжатии и могут сохранять эксплуатационные характеристики при высоких температурах.

Характеристики конструкционной стали

Сталь этой марки обладает рядом характеристик, определяющих сферу ее применения.

Твердость

Показатель твердости отвечает за сопротивление сплава сдавливанию более твердого тела: победита, алмазного наконечника, быстрорежущей стали.

Величина твердости определяется с помощью разных методов, разработанных учеными.

По Роквеллу

Метод Роквелла основан на вдавливании алмазного конуса в тестируемый образец с последующим замером результатов. Существует несколько размерных шкал по Роквеллу, чаще используют две: A (до 100 единиц) и B (до 130 по HRC).

Алмаз самый твердый материал в природе. По-данному показателю ему нет аналогов. Это позволяет получать более точные результаты при проведении испытаний по методу Роквелла.

Температура отпуска в градусах по Цельсию	HRC
200	52–54
300	50–51
450	48–49
500	45–47

По Бринеллю

Метод Бринелля основан на вдавливание стального шарика в тестируемый образец перпендикулярно к его поверхности за определенное время с последующим измерением отпечатка.

В состоянии плавки

Твердость стали 50ХФА в период плавки составляет HB 10 −1 = 269 МПа.

Плотность

Плотность принято измерять кг/м 3 или в тоннах на кубометр. Цифровое значение в обоих случаях совпадает. Значение плотности меняется при разной температуре. Это происходит из-за теплового и объемного расширения. У металлов при росте температуры плотность падает. Плотность стали 50ХФА 7800 кг/м 3 .

Марка

50ХФА — марка стали представляет собой металлический сплав с основой из железа, присутствием хрома, марганца, углерода, кремния, ванадия в разных концентрациях.

Химический состав

Химический элемент	Процентная концентрация
Углерод	0,46–0,54
Кремний	0,17–0,37
Марганец	0,5–0,8
Фосфор	< 0,025
Сера	< 0,025
Хром	0,8–1,1
Никель	< 0,4
Ванадий	0,1–0,2
Железо	< 0,4
Алюминий	0,02–0,05

Высокий ли предел прочности?

Этот показатель означает максимально возможное количество напряжений, которое может выдержать материал перед разрушением. Физический смысл предела прочности заключается в усилии растяжения, которое прикладывается к имеющему определенное сечение образцу для его разрыва.

Предел выносливости винтовых пружин из стали марки 50ХФА при ассиметричном цикле — 55–60 кгс/мм 2 .

Предел текучести

Понятие предела текучести означает максимальную нагрузку, прилагаемую к конструкции, не вызывающую деформацию и последующее разрушение.

Справка: чем выше предел текучести, тем больше показатели нагрузок, которые выдерживает деталь без изменения конструктивных свойств.

Предел текучести стали 50ХФА равен 0,2 МПа.

Ударная вязкость

Показатель ударной вязкости является механической характеристикой материала, обозначающей отношение работы разрушения при ударе к начальной площади его конечного сечения в плоскости излома.

Ударная вязкость (Дж/см 2 )	Температура термической обработки образца
31	850 °С
37	550 °С
67	600 °С

Температура эксплуатации

Температура эксплуатации помогает определить диапазон значений температур, при работе в которых материал сохраняет свои технические характеристики. Сталь 50ХФА имеет температуру эксплуатации до 300°С.

Механические свойства

Механические свойства материала представляют собой совокупность характеристик сопротивляемости к воздействию статических, динамических и других типов нагрузок. Выявление свойств проходит с помощью лабораторных испытаний:

на растяжение;
сжатие;
изгиб;
твердость;
ударную вязкость.

После проведения экспериментов материалу приписывают определенные значения механических свойств.

Отпускная хрупкость

Отпускная хрупкость стали определяется снижением прочности межзеренной связи при пребывании материала в температурном интервале 600—400 °С.

Свариваемость

Свариваемость является показателем возможности металла образовывать неразъёмное соединение при сварке с достаточными конструктивными и эксплуатационными характеристиками.

Свариваемость бывает двух видов — физическая и технологическая. Она оценивается на основе соответствия сварного соединения свойствам свариваемого материала к образованию дефектов.

Свариваемость стали 50ХФА — материал не применяется для сварных конструкций.

Группа стали

Сталь 50ХФА причисляют к группе конструкционных рессорно-пружинных сплавов. Она обладает рядом особенностей:

высоким пределом текучести;
приемлемой антикоррозийной устойчивостью;
способностью изменять форму при воздействии внешних факторов;
способностью сохранять прочность, механическую устойчивость, химическую инертность во время сжатия.

Нормами ГОСТ регламентируется сортовой прокат стали 50ХФА:

Цена в 2021 году

Актуальная цена стали марки 50ХФА примерно 78 рублей за килограмм.

Расшифровка

Показатель	Его расшифровка
σ_в	Значение возможной прочности при растяжении, МПа
σ_0,05	Максимальное значение упругости, МПа
σ_0,2	Условное значение текучести, МПа
δ₅,δ₄,δ₁₀	Процентное удлинение при разрыве
σ_сж0,05 и σ_сж	Текучесть при сжатии, МПа
ν	Процентный сдвиг
s_в	Кратковременная прочность, МПа
ψ	Сужение в процентах
KCU и KCV	Вязкость при ударе по образцу с U- и V-концентраторами
s_T	Предел текучести для остаточной деформации, МПа
HV	Твердость по методу Виккерса
HRC_э	Твердость по методу Роквелла, С
HRB	Твердость по Роквеллу, В
HB	Твердость по методу Бринелля

к содержанию ↑

Для каких деталей применяют, можно ли для ответственных?

Сталь марки 50ХФА применяют для производства тяжелогружёных ответственных деталей с высокими показателями усталостной прочности:

пружины, работающие до 300 °С;
станины молотов;
клети прокатных станов и т. д.

Свойства рессорного и пружинного материала

К свойствам сталей относятся:

химические и технические показатели;
механические и магнитные характеристики.

На их основе определяют возможные сферы использования материала, методы его производства.

Технологические

Сталь марки 50ХФА не применяется для сварных конструкций, обладает устойчивостью к возникновению флокенов, малосклонна к отпускной хрупкости.

На технологические свойства сталей влияет химический состав сплавов, концентрация в нем железа и других элементов.

Физические

Физические свойства отвечают за структурное изменение материала при оказываемом на него воздействии. Сталь марки 50ХФА имеет следующие характеристики:

модуль упругости 10 −5 (МПа) — 2.18;
коэффициент линейного расширения 10 6 (1/°C) — 11.7;
теплопроводность (Вт/(м·°C)) — 40;
плотность (кг/м 3 ) — 7800;
удельная теплоемкость (Дж/(кг·°C)) — 490;
удельное сопротивление 10 9 (Ом·м) — 320.

Аналоги (заменители)

Аналогами стали 50ХФА на Российском рынке считается 40X, 45X, 50ХН. Эти марки можно использовать для производства деталей, обладающих заявленными характеристиками.

Зарубежные

Сталь 50ХФА можно заменить следующими зарубежными аналогами без понижения эксплуатационных характеристик, произведенных таким образом деталей:

США — H61500, G41500;
Германия — 1.8159, GS-50CrV4;
Япония — SUP10, SCM445H;
Швеция — 2230;
Франция — 50CrV4RR, 50CV4.

Существует также марки, общие для стран Евросоюза — 50rV4, 51rV4, 51CrMnV4. Изделия из этих марок используются для производства пружин, станин и молотов.

Марка стали 50: основные характеристики, свойства и аналоги

Сталь широко применяется в машиностроении и изготовлении приборов. В зависимости от специфики работы конкретных деталей и конструктивных элементов для них требуются различные марки стали. Каждая марка обладает определенными свойствами, такими как: устойчивость к трению, высокая прочность, особые магнитные свойства и др.

Описание материала

Сталью называется сплав металлов, который представляет собой твёрдый раствор углерода в основной структуре железа, с содержанием не менее 45 % железа и от 0,02 до 2,14 % углерода.

Характеристики

По Роквеллу. Твердость по шкале HRC: 56—58.
По Бринеллю. Твердость по Бринеллю: 241 HB.
В состоянии плавки. Сталь 50 плавится при температуре порядка 1500 °C. Для повышения твердости поверхностного слоя (не затрагивая сердцевины) используется ТВЧ закалка.

Сталь имеет плотность 7,8 г/см 3 (или 7800 кг/м 3 ).

Качественная конструкционная углеродистая сталь имеет 18 марок: начиная с 05, 08, 10, а затем увеличивается по 5 единиц до 85. Эти цифры указывают количество углерода в составе сплава в сотых долях процента.

Кроме железа и углерода, в составе могут быть:

кремний — 0,17—0,37 %;
фосфор — 0,03 %;
сера — 0,035 %;
хром — 0,25 %;
никель — 0,3 %;
медь — 0,3 %;
марганец — 0,5—0,8 % (предельное содержание 1,65 %).

Предел прочности

Предел прочности равен 6 кгс/мм 2 .

Предел текучести равен 375 Н/мм 2 .

Ударная вязкость при закалке в масле и воде

При закалке с 850 °С в масле и отпуске при 450 °С ударная вязкость при соответствующих температурах равна:

при t = 20 °C — 50 Дж/см 2 ;
при t = -60 °C — 38 Дж/см 2 .

Для закалки с 850 °С в воде и отпуск при 600 °С значения следующие:

при t = 20 °C — 80 Дж/см 2 ;
при t = -20 °C — 68 Дж/см 2 ;
при t = -50 °C — 52 Дж/см 2 .

Рабочая температура закалки стали составляет от 450 до 700 °C.

К важным механическим свойствам стали 50 относятся:

временное сопротивление в нормализованном состоянии 630 Н/мм 2 ;
относительное удлинение 14 %;
относительное сужение 40 %.

Сталь 50 не подвержена отпускной хрупкости, изделия из нее не боятся ударных нагрузок.

Трудносвариваемая. Используются ручная дуговая сварка и контактно-точечная сварка. Предварительно сталь подогревают, впоследствии рекомендуется термообработка.

Группа

В зависимости от состава выделяют три группы стали:

М1: углерод до 0,35 %, легирующие элементы до 2 %;
М2: углерод 0,35—0,65 %, легирующие элементы 2—5 %;
М3: углерод более 0,65 %, легирующие элементы более 5 %.

Требования к стальному прокату сформулированы в ГОСТ 1050—2013 «Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей».

Этот документ устанавливает единую классификацию, марки стали, сортамент и технические характеристики продукции.

Какая цена в 2021 году?

Цена на прокат зависит от поставщика и региона. К примеру, в Санкт-Петербурге «Индустриальный Металлургический Комплекс» предлагает следующий порядок цен:

круг стальной — 31200 руб./т;
полоса стальная — 91406 руб./т;
квадрат стальной — 34800 руб./т.

Буквы в начале или в конце маркировки обозначают значимые характеристики стали. В начале могут быть такие буквы:

Р — быстрорежущая инструментальная сталь (сталь Р6М5).
Ш — подшипниковая сталь (ШХ9).
А — автоматная сталь (АС20ХГНМ, А20).

В конце маркировки встречаются следующие обозначения:

ПП — пониженная прокаливаемость (ст58пп).
К — качественная углеродистая сталь (сталь 20К).
А — высококачественная сталь (сталь 40А означает, что сталь содержит около 0,40 % углерода).
Буквами и цифрами в конце маркировки указывается содержание легирующих компонентов и их количество: марганец (Mn) — Г; кремний (Si) — С; хром (Cr) — Х; никель (Ni) — Н и т. д. (ст09Г2С — содержание марганца 2 %, содержание кремния не более 1—1,5 %, поэтому цифра не указана).

Для электротехнической стали характерно обозначение марки из четырех-пяти цифр с возможным добавлением одной-двух букв (10880, 21880). Первая цифра показывает вид обработки:

Вторая цифра — нормируемый коэффициент старения:

Третья цифра — это группа по основной нормируемой характеристике. Две последние связаны со значениями основной нормируемой характеристики.

Область применения

Из стали марки 50 изготавливаются детали, работающие на трение, например:

зубчатые колеса;
прокатные валки;
штоки;
тяжело нагруженные валы, оси;
малонагруженные пружины и рессоры;
лемехи;
пальцы звеньев гусениц;
муфты сцепления коробок передач;
корпуса форсунок, и др.

Свойства

Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при НВ 196—202 и σ_B = 640 МПа, K_{υ тв. спл}. = 1,0 и K_{υ б. ст.} = 0,7.

К физическим свойствам относятся:

модуль упругости — 216 Гпа;
удельная теплоёмкость — 487 Дж/кг * К;
коэффициент линейного расширения — 11,2 * 10 -6 К -1 ;
коэффициент теплопроводности — 48 Вт/м * К.

Зарубежные аналоги

Среди зарубежных аналогов стали 50 можно выделить:

США — 1050.
Германия, Италия, Франция, Евросоюз — C50.
Япония — S50C.
Китай, Болгария — 50.
Англия, Испания, Венгрия — C50E.
Бельгия — C53.
Польша — 55.
Румыния — LC50AT.
Швеция — 1655.

Сталь — самый распространенный сплав железа. Когда речь идет о железных конструкциях и предметах, чаще всего имеются в виду изделия из той или иной стали. Мировым лидером в экспорте стали является Китай. Также в число крупнейших производителей входят Япония, Германия, Южная Корея и Россия.

Читайте также: