Можно ли закалить сталь 20

Обновлено: 04.05.2024

Сталь 20 относится к разряду обогащенных углеродом конструкционным сталям высокого уровня качества. На производства поставляется в нескольких вариациях – серебрянка, калиброванная, кованная или горячекатаная. Можно выделить пять типов данной разновидности стали по требованиям к ее механическим свойствам.

Типы стали по требованию к механическим свойствам:

Первый тип представляет собой сталь всех используемых видов обработки, но без проведенных испытаний по растяжению и ударной вязкости.
Второй тип – это образцы нормализованной стали всех типов обработки размеров в двадцать пять миллиметров, которые подвергаются испытаниям на растяжение и ударную вязкость.
Третий тип представляет собой все те же образцы, на которых проводятся вышеупомянутые испытания. Единственное отличие – это их размер. В этом типе он составляет от двадцати шести до ста миллиметров.
Четвертый тип представляет собой образцы из заготовок с размером - до сотни миллиметров, которые были обработаны термическим путем. Они также применяются для проведения испытаний над материалом.
Пятый тип – это также образцы, которые изготовлены из отожженных или выскоопущенных сталей. Еще одно технологическое решение – это образцы из нагартованной стали.

Сталь 20 может быть при необходимости заменена схожими материалами марок 15 и 25.

Технологические свойства стали 20

Для начала процесса ковки достаточно разогреть сталь до +1280 градусов Цельсия, а завершаться процесс должен при температуре -750 градусов Цельсия, при том что охлаждение поковки производится воздушным способом. Сталь марки 20 относится с типу нефлокеночувствительных, а также она не склонна к отпускной способности. Возможность сваривания данного типа стали ничем не ограничена, за исключением тех деталей, которые подвергались химико-термической обработке.

Сталь 20 зачастую используется в процессе производства тех деталей, которые работают со сравнительно небольшим нагружением. Это могут быть оси, пальцы или шестерни, а также и те детали, которые будут подвергаться цементированию для продления срока службы. Помимо всего, такой тип стали может быть использован в процессе изготовления особо тонких деталей, в большинстве своем работающих на истирание. Без термической обработки этот вид стали используется в производстве крюков подъемных кранов, а также прочих деталей, эксплуатация которых производится под некоторым давлением в диапазоне температур от -40 до +450 градусов Цельсия. Химико-термическая обработка наделяет сталь 20 всеми необходимыми свойствами для использования ее в качестве основы для деталей, главной особенностью которых является высокий уровень прочности поверхности.

Химический состав стали 20

Состав марки стали 20 очень разнообразен, ведь в нем представлен углерод, марганец, кремний, медь, мышьяк, никель, фосфор и сера. По сути своей данный тип стали представляет собой очень интересную смесь, в составе которой имеется феррит и перлит. В процессе термической обработки структуру материала можно изменить до пакетного мартенсита. Стоит отметить, что данные преобразования структуры приведут к тому, что прочность стали увеличиться, а ее пластичность, наоборот, уменьшиться. Если сталь 20 подвергнуть термической обработке, после этого она может быть использована в процессе изготовления особой продукции метизного типа.

Технические характеристики углеродистой стали 20

Характеристики стали 20 на протяжении длительного периода обеспечивают ее востребованность практически во всех отраслях машиностроения. Изготовленные из конструкционного сплава детали отличаются устойчивостью к высоким рабочим нагрузкам.

Расшифровка марки

Сплав относится, согласно ГОСТу 1050-88, к конструкционным углеродистым качественным сталям, к которым предъявляются более жесткие требования по составу и условиям производства.

Маркировка свидетельствует об усредненном содержании главного компонента (углерода) в сотых долях процента – 0,20%. С увеличением его концентрации повышается поверхностная твердость материала, но одновременно снижается пластичность. Диапазон допустимых концентраций углерода в металле нормативами установлен в пределах 0,17-0,24%.

Марганец и кремний используются в качестве раскислителей. Они способствуют удалению из металла кислорода и других газов, повышающих пористость его структуры. Содержание кремния находится в пределах 0,17-0,35%, марганца – 0,35-0,60%.

В малых количествах в сплаве содержатся и другие элементы, оказывающие положительное влияние на его свойства. Однако их концентрации слишком малы:

никеля – до 0,3%;
хрома – 0,2%;
меди – 0,3%.

Неизбежно присутствие в металле минимальных количеств вредных примесей, ухудшающих его механические свойства:

Аналоги и сортамент

Марку стали 20 можно заменить схожими по свойствам отечественными аналогами: 15; 25; 30; 40Х.

Аналоги стали производятся также во многих странах:

1020, 1023, H10200 – США;
C18, C25E – Италия;
1.0405, C22R – Германия;
C25-2 – Бельгия;
S20C, S20CK – Япония;
SM20C – Южная Корея;
XC25 – Франция;
Ck22 – Швейцария;
1450 – Швеция;
М1020 – Австралия.

Номенклатура продукции представлена:

сортовым прокатом разных стандартов;
шлифованным прутком ГОСТа 14955-77;
листовым прокатом и лентой;
коваными заготовками;
газопроводными трубами;
швеллерами и кругами.

Свойства материала

Физические свойства стали 20:

удельный вес – 7850 кг/м 3 ;
температура плавления – 1500 градусов;
коэффициент теплопроводности – 48 Вт/м*К;
удельная теплоемкость – 490 Дж/кг*К;
коэффициент линейного расширения – 11,6*10-6 1/град;
удельное электросопротивление – 220 Мом*мм.

Сталь не отличается большой устойчивостью к действию воды или химически агрессивных сред. При контакте с ними на поверхности изделий образуются следы ржавчины. Для защиты от коррозии на них наносится гальваническое покрытие.

Среди механических свойств сплава следует выделить показатели:

твердости – 163 МПа, придающие ей высокую износостойкость;
модуля упругости – 200 МПа;
предела прочности на разрыв – 36-46 кг/мм2;
ударной вязкости – 780 кДж/м2;
предела выносливости – 14 кг/мм2;
относительного удлинения – 23-26%;
относительного сужения – 55%;
температур ковки – 1280-750 градусов.

Сплав отличается хорошей свариваемостью и не требует предварительной подготовки.

Режимы термической обработки

При помощи термической обработки возможно улучшение технических характеристик стали 20 без введения дорогих легирующих добавок:

закалка позволяет придать сплаву требуемые свойства;
отпуск снимает внутренние напряжения и повышает его прочность;
отжиг выравнивает структуру металла.

После термообработки феррито-перлитная структура стали превращается в мартенсит, при котором происходит повышение прочности и уменьшение пластичности металла. В зависимости от химического состава подбираются критические точки, нагрев заготовок ведется в доменных или индукционных печах. Температурный режим закалки – 790-820 градусов. Время выдержки составляет от нескольких часов до полутора суток.

После нагревания в структуре сплава происходит первичная перестройка. Охлаждение проводится в воде или масле. Крупные изделия охлаждают на воздухе. Каждый из способов связан с некоторыми недостатками: при водяном охлаждении возможно возникновение окалины; при использовании масла существует вероятность его воспламенения и образования токсичного дыма.

Отпуск проводится при температурах 160-200 градусов. После термообработки на поверхности деталей могут возникнуть небольшие дефекты, которые снимаются механическим способом. Поэтому заготовки для закалки делаются с учетом припуска.

Уровни раскисления

Процесс раскисления необходим для восстановления железа из его оксидов и удаления частиц кислорода из структуры сплава. По характеру застывания углеродистая сталь 20 делится на три типа.

Кипящая сталь неоднородна по структуре и содержит большое количество газа. Из-за его обильного выделения поверхность расплава кипит. Такой металл обладает повышенной хрупкостью и плохой свариваемостью. Однако у него есть и свои плюсы:

низкая стоимость;
экономичность производства;
отсутствие отходов.

Кипящая сталь используется для производства менее ответственных деталей.

Спокойная сталь образуется при раскислении металла с помощью кремния и марганца. Она содержит минимальное количество окислов железа и имеет плотную однородную структуру. Процесс раскисления проводится при высокой температуре и позволяет максимально удалить из металла растворенный кислород. Расплав застывает спокойно, без выделения пузырьков газа. Такая сталь обладает высокой устойчивостью к ударным нагрузкам и используется для производства опорных конструкций.

Полуспокойная сталь характеризуется промежуточными свойствами.

Преимущества и недостатки

Как и любые углеродистые сплавы, сталь 20 обладает множеством плюсов и небольшими минусами. К ее несомненным достоинствам относятся:

отличное сочетание прочности и пластичности, которое делает ее незаменимой для изготовления изделий, работающих на истирание;
сталь не склонна к образованию трещин при обработке давлением;
не чувствительна к возникновению флокенов;
свариваемость металла до термообработки неограниченна;
сварные швы не требуют последующей термообработки;
нет склонности к отпускной хрупкости;
сплав устойчив в условиях действия сверхкритических температур пара, в трубах высокого давления;
выдерживает диапазон рабочих температур от -40 до +450 градусов;
сталь хорошо штампуется при любой температуре;
за счет цементации возможно повышение поверхностной твердости;
сталь отличается оптимальным соотношением цены и качества.

Недостатком сплава является подверженность коррозийным процессам. Для защиты изделий от окисления их поверхность покрывают защитным составом.

Область применения

Благодаря характеристикам стали 20 ее применение затрагивает широкий спектр отраслей. В машиностроении она используется для изготовления:

крепежных приспособлений;
соединительных элементов между узлами механизмов;
деталей, требующих высокой поверхностной прочности, например, червячных пар, шестерен;
малонагруженных деталей, подвергающихся эксплуатации при 350 градусах.

Широкое применение сталь получила для производства:

труб и переходных элементов – крестовин, гаек, штуцеров, предназначенных для паропроводов;
бесшовных труб, устойчивых к высоким давлениям;
сварных конструкций с прямоугольным сечением;
котлов высокого давления.

В строительстве сочетание хорошей свариваемости с прочностью позволяет использовать сталь для изготовления:

несущих ферм;
перекладин и балок;
крепежных деталей.

Сталь 20 сегодня является одним из самых практичных и удобных для обработки сплавов.

Универсальным материалом является сталь 20. Она используется для изготовления широкого ассортимента продукции в нескольких промышленных отраслях.

Предприятия, занимающиеся машиностроением, производством станков, тракторов, гидравлического оборудования, металлоконструкций, строительством, являются потребителями этого материала.

Основные характеристики стали 20 – качественный конструкционный сплав, относящийся к среднеуглеродистом классу. Он имеет незначительное количество вредных примесей. Материал способен изменять свои качества после обработки – механической, термической, химико-термической.

Такие особенности позволяют применять сплав:

для изготовления труб, соединительных, переходных элементов трубопроводов, арматуры;
при производстве деталей для механизмов – это червячные пары, валы, шестерни, вкладыши подшипников, крепежные и соединительные изделия;
при выпуске металлоконструкций – строительной арматуры, несущих и вспомогательных элементов зданий, крепежа;
для изготовления узлов котельного оборудования, работающего под давлением.

Нормативные документы, регламентирующие выпуск стали

На металлургических комбинатах при выплавке используют ГОСТ 1050 88 для стали конструкционной углеродистой качественной. Он определяет основные требования к выпускаемой продукции, соблюдение необходимых характеристик материала:

допустимое процентное соотношение химических элементов в нем (углерода, кремния, марганца, хрома, серы, фосфора, никеля, азота, мышьяка, других);
указывает на использовании ГОСТов для сортамета проката;
предусматривает исполнение обязательных технических требований при выпуске продукции.

Каждая поставка стали 20 сопровождается документом – сертификатом качества. В нем указывается производитель продукции, её получатель, номер партии, химический состав материала, его механические свойства.

Преимущества стали и его недостатки

Марка стали 20 имеет основное достоинство – этот высококачественный сплав с хорошими технологическими характеристиками можно приобрести по умеренной цене. При использовании металла для производства продукции отмечаются его преимущества:

является одновременно пластичным и прочным, устойчивым к истиранию;
сохраняет необходимые качества при работе в диапазоне температур (-40 — +450 оС);
имеет низкую флокеночувствительность;
устойчив к воздействию среды, находящейся под высоким давлением (газ, пар);
в структуре сплава практически не образуются трещины после его обработки давлением;
металл обладает высокой свариваемостью (до его термообработки);
после выполнения сварочных работ швы не требуется закаливать;

При использовании металла необходимо учитывать его главный недостаток – появление признаков коррозии на поверхности. Для недопущения такого процесса необходимо покрытие специальным защитным химсоставом (гальваника).

Сортамент

Изделия из стали 20 имеют широкое распространение. При их производстве используются различные технологии, способы обработки. Для этого материала предусмотрен выпуск в сортаменте. На металлургических комбинатах можно приобрести продукцию нескольких видов:

прокат (сортовой, фасонный);
лист (тонкий, толстый);
швеллер;
пруток разного диаметра (шлифованный, серебрянка, калиброванный);
проволока;
лента;
круг;
трубы холоднокатаные, горячекатаные (отличаются диаметром, толщиной стенок);
поковки;
заготовки (кованые).

Состав, химические и физические свойства

В состав стали 20 входит основной элемент Fe – железо. Его содержание — около 98%. Остальные 2% это – углерод, марганец, хром, никель, медь, которые улучшают качества материала и негативно влияющие на них — сера, фосфор, мышьяк.

Такой металл не является химически устойчивым при воздействии на него агрессивных сред – щелочной или кислотной. Проблема – появление ржавчины, наблюдается при нахождении изделий из него в условиях повышенной влажности. Чтобы сплав стал более устойчивым к агрессивным воздействиям, используют хромирование, цинкование его поверхностей.

Характерны для стали 20 физические свойства:

удельный вес или плотность соответствует 7850 кг/м 3 ;
при нагреве до 1500оС начинается процесс плавления, при увеличении температуры до 1600оС переходит в жидкое состояние;
является проводником тепла и электротока;
способна накапливать тепло;
при нагревании происходит расширение материала.
обладает парамагнитными свойствами.

Имеет повышенную пластичность, обладает умеренными твердостью и прочностью. Последняя увеличивается несколькими способами – при помощи термообработки (отжиг, нормализация), прокатывания через ролики.

Определяют применение стали 20 характеристики технического свойства. Главное из них – высокая обрабатываемость. Применяют два способа:

Сплав хорошо поддается штамповке. Использует горячий и холодный способ такой обработки металла.

Сталь 20 обладает хорошей свариваемостью (1 группа). При выполнении сварных операций специалистами не требуется выполнять предварительную термическую обработку элементов будущей конструкции, а затем — готовых швов. Соединения получаются прочными, обладают свойствами цельного металла.

Для сплава применяется процесс цементации – химико-термической обработки в среде углекислого газа, при которой выполняется насыщение поверхности углеродом. Верхний слой металла твердеет, становится очень прочным, внутренний остается достаточно вязким. Используется в производстве изделий, на которые предполагается воздействие переменных нагрузок.

Особенности термообработки

Для материала предусмотрена термообработка – закалка, отпуск, отжиг. После их выполнения изменяется ферритно-перлитная структура, которая преобразуется в мартенситную. Происходит уменьшение пластичности материала с одновременным увеличением его прочности.

При нагреве заготовок используются печи двух видов – индукционные, доменные. Для закалки выдерживается температурный режим от 790 до 820оС. Время нахождения изделий в печи может быть разным, определяется технологией. Охлаждение выполняется на воздухе, в масле или воде. Для отжига выполняют нагрев заготовок до 160 – 200оС.

Расшифровки маркировки

Сталь 20 — углеродистая. Именно процентное содержание вещества – углерода, определяет название сплава. По ГОСТу 1050-88 его должно быть от 0,17 до 0,24%, или среднее значение – 0,2%. Оно и используется для маркировки металла.

Аналоги материала

Для некоторых изделий допускается замена материала сталью, имеющей аналогичные качества. Продукция российских производителей — сталь 40Х, 30, 25, 15. Металл-заменитель может поставляться из-за рубежа – 20 (Китай), S20C (Япония), 1020, 1023 (США), C22R (Германия).

Термообработка стали 45, 40х, 20, 30хгса, 65г, 40, 40хн, 35, и стали 20х13

Термообработка стали 45

В машиностроении чаще всего подвергают термообработки сталь 45 (в качестве заменителя 40Х, 50, 50Г2), сталь 40х (в качестве заменителя стали 38ха, 40хр, 45х, 40хс, 40хф, 40хн), сталь 20 (в качестве заменителя 15, 25), сталь 30хгса (заменители 40хфа, 35хм, 40хн, 25хгса, 35хгса) , сталь 65г, сталь 40хн, сталь 35, и сталь 20х13, также

Термообработка стали 45

Термообработка стали 45 - конструкционная углеродистая. После предварительной термообработки стали 45 - нормализации, довольно легко проходит механическую обработку. Точение, фрезеровку и т. д. Получают детали, например,типа вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки.
После окончательной термообработки стали 45 (закалка), детали приобретают высокую прочность и износостойкость. Часто шлифуются. Высокое содержание углерода (0,45%) обеспечивает хорошую закаливаемость и соответственно высокую твёрдость поверхности и прочность изделия. Сталь 45 калят «на воду». То есть после калки деталь охлаждают в воде. После олаждения деталь подвегается низкотепмературному отпуску при температуре 200-300 градусов Цельсия. При такой термообработки стали 45 получают твердость порядка 50 HRC.

Термообрабтка стали 45 и применение изделий: Кулачки станочных патронов, согласно указаниям ГОСТ, изготовляют из сталей 45 и 40Х. Твёрдость Rc = 45 -50. В кулачках четырёхкулачных патронов твёрдость резьбы должна быть в пределах Rс = 35-42. Отпуск кулачков из стали 45 производится при температуре 220-280°, из стали 40Х при 380-450° в течение 30-40 мин.

Расшифровка марки стали 45: марка 45 означает, что в стали содержится 0,45% углерода,C 0,42 - 0,5; Si 0,17 - 0,37;Mn 0,5 - 0,8; Ni до 0,25; S до 0,04; P до 0,035; Cr до 0,25; Cu до 0,25; As до 0,08.

Термообработка стали 40Х

Термообработка стали 40Х - легированная конструкционная сталь предназначена для деталей повышенной прочности такие как оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и прочих деталей повышенной прочности . Сталь 40Х также часто используется для производства поковок, штампованных заготовок и деталей трубопроводной арматуры. Однако последние перечисленные детали нуждаются в дополнительной термической обработке, заключающейся в закалке через воду в масле или просто в масле с последующим отпуском в масле или на воздухе.

Расшифровка марки стали 40Х. Цифра 40 указывает на то, что углерод в стали содержится в объеме 0,4 %. Хрома содержится менее 1,5 %. Помимо обычных примесей в своем составе имеет в определенных количествах специально вводимые элементы, которые призваны обеспечить специально заданные свойства. В качестве легирующего элемента в данном случае используется хром, о чем говорит соответствующая маркировка.

Термообработка стали 20

Термообработка стали 20 - сталь конструкционная углеродистая качественная. Широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. Температура начала ковки стали 20 составляет 1280° С, окончания - 750° С, охлаждение поковки - воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной способности.
После цементации и цианирования из стали 20 можно изготавливать детали, от которых требуется высокая твёрдость поверхности и допускается невысокая прочность сердцевины: кулачковые валики, крепёжные детали, шпиндели, звёздочки, шпильки, вилки тяг и валики переключения передач, толкатели клапанов, валики масляных насосов. Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей ( пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни ) , цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350° С), тонких деталей, работающих на истирание и другие детали автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

Термообработка стали 30хгса

Термообработка стали 30хгса - относится к среднелегированной конструкционной стали. Сталь 30хгса проходит улучшение – закалку с последующим высоким отпуском при 550-600 °С, поэтому применяется при создании улучшаемых деталей (кроме авиационных деталей это могут быть различные корпуса обшивки, оси и валы, лопатки компрессорных машин, которые эксплуатируются при 400°С, и многое другое) , рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.
Сталь 30хгса обладает хорошей выносливостью, отличными показателями ударной вязкости, высокой прочностью. Она также отличается замечательной свариваемостью.

Сварка стали 30хгса тоже имеет свои особенности. Она осуществляется с предварительным подогревом материала до 250-300 °С с последующим медленным охлаждением. Данная процедура очень важна, поскольку могут появиться трещины из-за чувствительности стали к резким перепадам температуры после сварки. Поэтому по завершении сварных работ горелка должна отводиться медленно, при этом осуществляя подогрев материала на расстоянии 20-40 мм от места сварки. Также, не более, чем спустя 8 часов по завершении сварки сварные узлы стали 30ХГСА нуждаются в закалке с нагревом до 880 °С с последующим высоким отпуском. Далее изделие охлаждается в масле при 20-50 °С. Отпуск осуществляется нагревом до 400 - 600 °С и охлаждением в горячей воде. Сварку же необходимо выполнять максимально быстро, дабы избежать выгорания легирующих элементов.
После прохождения термомеханической низкотемпературной обработки сталь 30хгса приобретает предел прочности до 2800 МПа, ударная вязкость повышается в два раза (в отличии от обычной термообработки стали 30хгса), пластичность увеличивается.

Термообработка стали 65г

Термообработка стали 65г - Сталь конструкционная рессорно-пружинная. Используют в промышленности пружины, рессоры, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпусы подшипников, зажимные и подающие цанги и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости, и детали, работающие без ударных нагрузок. (заменители: 70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2).

Термообработка стали 40 - Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: трубы, поковки, крепежные детали, валы, диски, роторы, фланцы, зубчатые колеса, втулки для длительной и весьма длительной службы при температурах до 425 град.

Термообработка стали 40хн - Сталь конструкционная легированная Использование в промышленности: оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динами ческим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Термообработка сталь 35 - Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали.

Термообработка стали 20Х13 - Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная. Использование в промышленности: энергетическое машиностроение и печестроение; турбинные лопатки, болты, гайки, арматура крекинг-установок с длительным сроком службы при температурах до 500 град; сталь мартенситного класса Сталь марки 20Х13 и другие стали мартенситного класса: жаропрочные хромистые стали мартенситного класса применяют в различных энергетических установках, они работают при температуре до 600° С. Из них изготовляют роторы, диски и лопатки турбин, в последнее время их используют для кольцевых деталей больших толщин. Существует большое количество марок сталей данного класса. Общим для всех является пониженное содержание хрома, наличие молибдена, ванадия и вольфрама. Они эффективно упрочняются обычными методами термообработки, которая основана на у - a-превращении и предусматривает получение в структуре мартенсита с последующим улучшением в зависимости от требований технических условий. (заменители: 12Х13, 14Х17Н2)

Сталь 20 по ГОСТ 1050-88

Процесс термообработки представлен основными видами, среди которых необходимо выделить:

Отжиг, включая процедуру гомогенизации и нормализации, выполняется для получения металла, микроструктура которого отличается однородностью и зернистостью, с растворением включений. Следующее за этой операцией охлаждение выполняется в медленном режиме, что позволяет воспрепятствовать появлению мартенсита;

Закалку выполняют при соблюдении высокого уровня скорости охлаждения, что позволяет получить мартенситные структуры. При определении критичного уровня скорости охлаждения, требуемой для выполнения закалки, учитываются марки и разновидности материалов;

Особенности стали

20х13 имеет плотность 7670 кг\м3. Температура плавления составляет около 1600 ºС. Упруга. Модуль Юнга равен 2 000 МПа. Хорошо проводит тепло. Коэффициент теплопроводности колеблется в районе 23-28 Вт\(м*С). Отличается низкой способностью пропускать ток. Удельное электрическое сопротивление равно в среднем 800 Ом*м. Магнитится.

Предел прочности на разрыв равно 610 МПа. Твердость — около 28 единиц по шкале Роквелла. Деформироваться 20х13 начинает уже при нагрузке в 500 МПа. Предварительное провидение термической обработки позволяет увеличить механические свойства в 1,5-2 раза. Для сравнения после закалки с отпуском конструкционная сталь 45 повышенного качества обладает прочностью в 400 МПа.

Сталь 20х13 достаточна пластична. Относительное удлинение составляет 23%, а сужение 65%. Хорошо работает в условиях знакопеременных нагрузок. Предел выносливости равен 500 МПа. Сталь жаростойка. Ее механические свойства остаются неизменными при температуре окружающей среды 600 ºС.

Марка 20х13 отличается повышенной сопротивляемостью к образованию коррозии. Она хорошо проявила себя в работе в условиях слабоагрессивных сред: пресная и речная вода, пар. Не устойчива к большинству кислот, щелочей, а также к морской воде.

Термообработка

Сталь 20х13 отличается повышенными технологическими свойствами. Она хорошо обрабатывается как резанием так и давлением. Не флокочувствительна. Имеет незначительную склонность к отпускной хрупкости. 20х13 относится к первой группе свариваемости. Сварка осуществляется без предварительного нагрева. Шов при этом получается прочный и плотный.

Термическая обработка для стали 20х13 представляет собой следующую последовательность действий:

Нормализация при 1000-1200 ºС, затем идет отпуск при 730-750 ºС. Предел прочности такой стали на выходе равен 710 МПа.
Закалка 1050 ºС с последующим равномерным охлаждением на воздухе. Конечная прочность равна уже 1600 МПа.

Закалка и выполнение высокого отпуска (улучшение)

Для сталей используют процесс упрочнения при закалке методом быстрого охлаждения, производимого на воздухе, в масле или воде. Такая процедура способствует созданию неравновесного строения мартенсита. Операция закалки позволяет стали получить такие характеристики, как высокая твёрдость, низкий уровень пластичности и вязкости. Например, у стали 40ХНМА (SAE 4340) после того, как проведена процедура закалки, показатель твёрдости составляет более 50 HRC, поэтому материал не может быть использован по причине хрупкости и предрасположенности к разрушению. Проведение следующего отпуска, заключающегося в таких операциях, как нагрев до 450 C… 500 0C и выдерживание при этом температурном режиме, позволяет уменьшить внутренние напряжения, учитывая такие явления как распад мартенсита, изменение расстояний решётки. При этом незначительно снижается уровень твёрдости допоказателя 45…48 HRC. Процедура корригирования выполняется для стали, имеющей в своем составе 0,3…0,6 % углерода.
Отжиг представляет собой разновидность термообработки и состоит в проведении нагрева до установленного температурного режима, выдержки и охлаждения. При этом происходит возобновление, рекристаллизирование и гомогенизирование металла. Целью операции является требование снизить уровень твердости, что позволяет повысить обрабатываемость металла, улучшить структурный состав и достичь большей степени гомогенности металла, снять напряжения внутри решетки.

3.2.2 Низкоуглеродистые стали для цементации

Для изготовления деталей, которые работают при условиях трения, ударных и переменных нагрузок, применяют низкоуглеродистые стали, которые содержат до 0,2 % углерода и поддаются цементации с последующими закалкой и низкотемпературным отпуском. Стали для цементации подразделяются на три группы:

— углеродистые стали с сердцевиной, которая не упрочняется во время последующей термической обработки;

— низколегированные стали с незначительно упрочняемой сердцевиной;

— легированные стали с сильно упрочняемой сердцевиной при термической обработке.

К сталям первой группы относятся стали 10, 15, 20. В результате низкой прокаливаемости их применяют для малоответственных деталей с неупрочняемой сердцевиной. Даже после закалки с охлаждением в воде слои, которые расположены под цементированным слоем, имеют ферритно-перлитную структуру, и, соответственно, низкую твердость и прочность.

К сталям второй группы относятся низколегированные стали 20Х, 20ХР, 20ХН, которые после цементации подвергают закалке в масле, что позволяет получить бейнитные структуры по сечению детали и следующие механические свойства: sв до 750 МПа, δ до 12%, КСU — 0,6…0,7 МДж/м2.

К сталям третьей группы относятся стали типа 20ХГР, 20ХНР, 12Х2Н4, 18Х2НВ, 30ХГТ, которые после охлаждения в масле закаливаются на мартенсит. Если после закалки в цементированном слое сохраняется большое количество остаточного аустенита, то такие стали подвергают обработке холодом, а затем низкому отпуску.

Процесс производства закалки

Закалка представляет вид термообработки металлов и их сплавов, стекла, и заключается в нагревании до температурного уровня, превышающего критические значения, и проведением быстрого охлаждения. Выполнение закалки металла, позволяющей получить качественные характеристики, не следует приравнивать к обычному виду обработки, производимой для осуществления фазовых преобразований.

Охлаждение зачастую выполняют в водной или масляной среде, но имеются и иные методы: твёрдый теплоноситель псевдокипящего характера, поток сжатого воздуха, водяное облако, полимеры.

Существуют такие виды закалки:

для сталей, обладающих полиморфическими преобразованиями;
для преобладающей части цветных металлов без наличия полиморфического преобразования.

После закалочной операции возрастает твердость материала, но он приобретает хрупкость, наблюдается снижение уровня пластичности и вязкости при повторных процедурах нагрева и охлаждения. Применение отпуска металла после операции закаливания с полиморфным преобразованием позволяет добиться уменьшения хрупкости, повышая при этом характеристики пластичности и вязкости. При выполнении процедуры без структурных преобразований используют операцию старения. Отпуск способствует незначительному понижению твердости и прочностных характеристик металла.

Учитывая температурные режимы нагревания, выполняется разделение процедуры закаливания на полную и неполную. Полное закаливание выполняют нагреванием на 30…50 0С по уровню выше линии GS для сталей, обладающих доэвтектоидной и эвтектоидной структурой, для заэвтектоидной — по линии PSK (согласно диаграммы железоуглеродистых сплавов). При этом наблюдается образование структуры аустенита и аустенит + цементит. При производстве неполного закаливания выполняют нагрев выше линии PSK, что ведет к появлению излишних фаз.

Проведение отпуска позволяет снимать напряжения закаливания.

Для определенной категории изделий требуется проведение неполного или выборочного закаливания, к примеру, процесс производства катан (японских мечей) предполагает выполнение закаливания по режущей кромке.

Механические свойства стали 20 после нормализации

Стандарт	Состояние поставки	Предел текучести, ReH (МПа)	Сопротивление разрыву, Rm (МПа)	Минимальное относительное удлинение σ,%	Относительное сужение,%	Термообработка
ГОСТ 1050	После нормализации	245	410	25	55	После нормализации
ДСТУ 7809	После нормализации	245	410	25	55	После нормализации

Среды для закалки

При выполнении закаливания для получения эффекта переохлаждения аустенита до мартенситного превращения требуется провести ускоренную процедуру охолаживания. Причем это надо выполнить в промежутке 650…400 0C, где аустенит имеет свойства меньшей устойчивости и осуществляется ускоренное преобразование в смесь ферритно-цементитного состава. При температуре свыше 650 0C наблюдается невысокая скорость преобразования аустенита, что позволяет проводить процесс остывания в размеренном режиме при условии постоянного контроля за его ходом.

Сырьем для образования закалочных сред может быть использована вода, масло, водополимерные среды (Термат), солевые растворы, обладающие следующим механизмом воздействия. При опускании в среду закалки вокруг поверхности изделия из перекаленного пара происходит образование плёнки. Процедура охлаждения осуществляется посредством паровой рубашки и продолжается относительно долго. При достижении определенной температуры, задаваемой исходя из компонентов жидкости, происходит разрыв паровой рубашки, начинается кипение жидкости, проходящее на поверхности изделия, и достигается быстрое остывание.

Процесс медленного кипения происходит в несколько этапов:

плёночное;
пузырьковое;
конвективный теплообмен. При этом наблюдается явление более низкого уровня температуры на поверхности металла в сравнении с температурными показателями кипения жидкости. Учитывая невозможность кипения жидкости, происходит замедление охлаждения.

Химический состав стали 20 в соответствии с ДСТУ 7809, %

С	Si	Mn	P	S	Cr	Cu	Ni	As
0.17-0.24	0.17-0.37	0.35-0.65

Способы закалки

Закалку деталей выполняют, используя такие способы:

производство закалки с одним охладителем представляет собой процесс опускания в среду нагретой детали, где ее требуется оставить до полного охлаждения. Используют при обработке деталей простой формы, для производства которых применяют углеродистый и легированный прокат;
закалка сталей, имеющих в своем составе высокий процент углерода, выполняется в двух средах с применением прерывистой закалки. Вначале проводится ускоренное охлаждение (в воде), а затем — постепенное (в масле);
для термообработки участка детали выполняют струйное закаливание путем орошения струёй воды сильного напора. При этом не происходит формирования паровой рубашки и обеспечивается глубокое прокаливание. Проводится на установках ТВЧ;
охлаждение детали, выполняемое при температуре превышения мартенситной точки, проводится с использованием ступенчатой закалки. При этом требуется обеспечить условия для соблюдения технологии охлаждения и выдержки в данной среде, чтобы все точки сечения детали обладали температурой, создаваемой в закалочной ванне. Затем выполняют постепенное охлаждение и закаливание, обеспечивая преобразование аустенита в мартенсит;
при изотермической закалке проводится выдержка стали в закалочной среде установленный технологией период времени для изотермического преобразования аустенита.

При выполнении отпуска, представляющего один из видов термообработки, происходит стадия распада мартенсита и рекристаллизации.

Проведение операции отпуска дает возможность получить материал, обладающий пластичными свойствами, и уменьшить его хрупкость, сохраняя показатели прочности. С этой целью выполняется нагрев изделий в промежутке от 150…260 0C до 370…650 0C и проведение медленного остывания.

Конструкционная сталь
Инструментальная сталь
Магнитная сталь

Описание марки стали 20ЮЧ

Марки стали 20юч представляют собой конструкционную легированную сталь, устойчивую к коррозионному растрескиванию. Как правило, к такому виду относятся высокопрочные нержавеющие стали различных классов. Улучшенные технические характеристики достигаются благодаря особой термической обработке.

Конструкционная сталь — сплав, который применяется для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладает определенными механическими, физическими и химическими свойствами.
см. Википедию

Данный материал в основном используется для производства изделий, с помощью которых строят трубопроводы. К таким относятся:

плоские фланцы,
корпуса и днища,
нефтяные и газопроводные трубы, обладающие повышенной коррозионной устойчивостью и хладостойкостью,
детали, работающие в средах с высоким содержанием сероводорода и углекислого газа,
элементы, функционирующие при температуре от -40°С до +475°С.

Помимо этого из стали марки 20ЮЧ производят трубопроводную арматуру с применением термической обработки, а также сварные сосуды для газовой и нефтяной промышленности. К тому же детали из этого материала используются в системах поддержания пластового давления, которые активно добываются на нефтедобывающих предприятиях.

Читайте также: