Сталь 25 твердость по бринеллю
Обновлено: 18.05.2024
Твёрдость — свойство стали (или другого сплава) оказывать сопротивление сдавливанию более твёрдым телом, например, быстрорежущей сталью или победитом.
Что это такое?
Твёрдость стали – одна из важнейших величин (показателей), имеющих основное значение для её использования при разных условиях. Это значит, что стальной сплав, не обладающий минимально необходимой при выполнении определённых задач твёрдостью, быстро выходит из строя в режиме частой и длительной нагрузки.
Например, гвоздь, будучи изготовленным из железа, в котором почти нет углерода, нельзя было бы вбить даже в деревяшку. Он тут же затупился и согнулся бы. Чтобы избежать подобных ситуаций, в сталь вводят важнейший компонент – углерод. Твёрдость стали по шкале Роквелла должна достигать как минимум 36 единиц, только тогда стальной состав можно будет с большим успехом применить, например, в качестве конструкционного материала.
Но если такое свойство не обеспечивается в полной мере, то железо подлежит переплавке. Чистое железо, не обладающее достаточной твёрдостью, присущей стали, можно встретить только в лабораториях.
Виды шкал по методу измерения
Твёрдость стали как характеристика влияет на конкретное её применение. Она определяется как частное от деления величин нагрузки и площади поверхности друг на друга. Однако различают поверхностную, объёмную и проекционную твёрдость. Поверхностная определяется величиной давления, которую выдерживает заготовка. Проекционная – деление значения силовой нагрузки к площади проекции области давления. Объёмная – та же величина, поделённая на конкретный объём испытуемой зоны.
Макротвёрдость – воздействие от 2 Н до 3 кН силы для внедрения давящего тела в сдавливаемое на глубину в 200 нанометров. Микротвёрдость – сила менее 2 ньютона на ту же глубину. Нанотвёрдость – внедрение тела с любой силой воздействия на глубину менее 200 нм.
По Бринеллю
Суть метода определения твёрдости по Бринеллю сводится к диаметру отпечатка, который оставляется шариком из твёрдого сплава, вжимаемым в испытуемую поверхность. Величина твёрдости в этом случае равна отношению усилия, прилагаемого к шарику, к площади оставленного на поверхности следа испытательной нагрузки. Площадь отпечатка при этом равна площади части поверхности шарика. Значение твёрдости по Бринеллю равно килограммам силового воздействия на квадратный миллиметр. Встречающееся обозначение HB (что значит «твёрдость Бринелля») указывает на неиспользование испытательных шариков для определения искомой величины.
По Роквеллу
Метод Роквелла, по своей сути, напоминает испытание вдавления алмазного конуса в тестируемый материал. Размерность – конкретные единицы, включая производные – не задана. Несмотря на существования нескольких шкал по Роквеллу, используют лишь две из них – A (до 100 единиц) и B (до 130 по HRC). Твёрдость алмаза – максимальная, аналогов у данного материала в природе, да и при промышленном их получении, не существует. Для сравнения, эльбор имеет всего лишь 90, а не 100 единиц твёрдости.
По Моосу
Метод определения твёрдости по шкале Мооса основан на сравнении с эталонами 10 минеральных веществ – от талька до алмаза. К примеру, если испытуемая деталь процарапывается апатитом, но не поддаётся флюориту, то его твёрдость оказалась в диапазоне 4-5 единиц. Но абсолютная твёрдость колеблется от 1 до 1600 единиц.
По Виккерсу
Метод Виккерса несколько отличается от своего предыдущего аналога. Вдавливание осуществляется не конусом, а пирамидкой, из того же алмаза. Единицы измерения – как и в случае метода Бринелля.
По Шору
В отличие от метода Роквелла и иных аналогов вместо алмазного острия применяют закалённую иглу под действием настраиваемой пружины. Область применения – в основном для полимерных, а не стальных составов. Шкала в основном представлена вариантами A – для мягких пластиков, и D – для твёрдых. Для вычисления твёрдости стали определяют не глубину проникновения, а высоту отскакивания иглы или специального бойка.
Другие
Метод Кузнецова–Герберта– Ребиндера состоит в следующем: величина твёрдости вычисляется по времени затухания колебания маятника, опёртого об исследуемый образец.
Метод Польди (двойного отпечатка шарика) заключается в следующем: твёрдость измеряют путём сопоставления с твёрдостью образцовой заготовки и эталонной детали. Последовательно вдавливают шарик в тот и другой образцы.
Метод Бухгольца применяют в основном для выяснения значения твёрдости лака или краски, слой которой успел полностью высохнуть и затвердеть. Для проверки может использоваться любое остриё.
Метод Янка рассчитан для определения твёрдости древесных изделий и заготовок. Предусматривает использование статики и динамики для вычисления значения твёрдости.
Во всех случаях применяются приборы-твердомеры. Покрытие или поверхность основного материала предусматривает разрушение или сохранение поверхностного слоя. Ни один из вышеописанных методов не является истиной в последней инстанции – данные способы применяются в качестве приближённого, оценочного суждения о значениях твёрдости материала той или иной разновидности.
Для одних и тех же сортов стали величины могут существенно отличаться, а диапазоны величин для разных марок стали одного и того же рода – располагаться так, что любые зависимости окажутся в виде отчётливых кривых на графике. А также твёрдость меняется при разных внешних температуре и давлении.
Твёрдость сталей разных марок
Чем твёрже сталь, тем больше в ней должно содержаться углерода. Это задаёт то значение твёрдости, которое превысить не удастся, сколько данную марку сплава ни пытаться перезакалить. Для Ст20 твёрдость по шкале Роквелла в среднем равна 38 единиц, для Ст60 – 63. Повышение твёрдости промежуточных сортов стали начиная от наиболее низкоуглеродистой приближённо линейное. Наибольшей популярностью пользуются сорта стали 3, 30, 20, 53, 20Х, 55, 45, 35, 65Г, 12ХФ, 30Х, 25, 38ХА, при этом легирующие добавки управляют не столько параметром твёрдости, сколько иными – ударной вязкостью, упругостью, стойкостью к коррозии. Например, хромистые стали типа 20Х, 12Х, 30Х, 38ХА – несколько более устойчивы к ржавлению, чем простые их собратья без данной добавки. Никель, к примеру, повышает прокаливаемость. В целом же тенденция к повышению твёрдости прослеживается следующим образом: у Ст3 она не превышает 35 единиц по всё той же шкале Роквелла, у Ст30 в состоянии поставки – уже 44, у проката Ст35 – 47, Ст40 – 53, Ст45 – 57, Ст50 – 59, Ст55 – 61. Стали с содержанием углерода менее 0,3% по массе не поддаются закаливанию – из них изготавливают проволоку и гвозди.
Однако у некоторых высоколегированных и среднелегированных сталей твёрдость по Роквеллу может колебаться в значительных пределах (в режиме закалки и отпускания): 20Х – 55… 63, 65Г – 45… 47, Х12МФ – 61… 64, 30Х – 48… 54, 38ХА – 60… 61,5. Здесь, опять же, отслеживается аналогичная закономерность: чем больше углерода в сплаве, тем выше твёрдость. Однако вместе с ней растёт и способность крошиться при прикладывании к острию значительной силы при разрезании – с увеличением количества углерода по массе состава.
Для сравнения, твёрдость чугуна, содержание угля в котором превышает 2,14% по массе, преодолевает сама себя как явление: хрупкость чугуна настолько велика, что многие чугунные изделия растрескиваются от удара молотка, чего не происходит со стальными.
Как проверить в домашних условиях?
Общеизвестно, что сталь не царапается большинством цветных металлов. Можно попробовать поцарапать заготовкой стеклянную бутылку или осколок от листового оконного стекла, однако такой метод окажется весьма приближённым.
Проверка твёрдости в домашних условиях достигается попыткой высверлить сломанным, но подточенным заново сверлом из быстрорежущей стали. Если сталь при этом затупится, то твёрдость сплава явно превышает 64 единицы по Роквеллу. Сверлить эксклюзивные приборы, например, дорогостоящие ножи, вряд ли кто возьмётся, но просверлить отверстие в обычной детали, которая после подобного испытания вряд ли потеряет исходную функциональность, можно.
Если сталь легко процарапывается осколком бутылочного или оконного стекла, то перед вами, скорее всего, подделка. Быстрорежущую сталь особой твёрдости нелегко процарапать стеклом. А вот твёрдость победита, к примеру, такова, что победитовое сверло не царапается стеклом – скорее оно само его с лёгкостью процарапает.
Чтобы убедиться, что перед вами стальное сверло, а не победитовое, можно попробовать им просверлить глиняный кирпич или гранитный камень. Если при этом оно быстро затупится, то вы столкнулись с обычным сверлом из стали (оно сверлит лишь дерево).
Быстрорежущее сверло можно проверить на качество, просверлив им стальную деталь. Верно и обратное: заострённым обломком старого быстрорежущего сверла, который был подточен вручную, на напильнике или наждачке, высверливают заготовку с той стороны и в том участке, чьё повреждение не влияет на качество работы детали (например, это некритичная комплектующая вроде части стальной рамы). В этом случае проверяется качество закалки, нормализации, отжига или отпуска. Данный приём позволяет проверить, насколько нарушена технология термообработки отдельных деталей устройства, выдержит ли оно заявленный уровень ударно-вибрационной нагрузки.
Кроме механических способов проверки, присутствуют и термические. Например, инструментальная сталь, из которой изготовлен нож, нагревается до температуры закалки, указанной в инструкции к закаливанию конкретной массы стали. Далее инструмент охлаждается в масле. Затем его нагревают до температуры отпуска – и вновь охлаждают. В описании к определённой марке стали указано, что сталь приобретает определённый оттенок при нагреве – нагревать её нужно, пока она не приобретёт данный оттенок, затем вновь охладить. После отпуска исчезнут все усталостные напряжения, и стальной сплав обретёт ту твёрдость, что указана в его описании.
Если оказалось, что твёрдость далека от ожидаемой, значит, вы столкнулись с подделкой, закалить и отпустить изделие, как это наблюдалось бы с заявленной маркой стали, не удастся. Такие изделия годятся лишь для переплавки в качестве металлолома.
Как повысить?
Повышению твёрдости через закаливание и отпускание не подлежат сорта низкоуглеродистой стали. Даже когда изначально кажется, что масло, прижигаемое к поверхности закаливаемой заготовки, превратится в уголь и этим обогатит процентное содержание углерода, то на самом деле это не так. Сталь должна обладать более чем тремя промилле углерода (по массе), только тогда возможно немного повысить её твёрдость в домашних условиях. Дополнительному закаливанию и отпусканию подвергаются все быстрорежущие составы, относящиеся к инструментальным сталям, а также нержавейки начиная с серии Ст-31Х14.
Перед закаливанием рекомендуется выполнить отжиг. Температура отжига, как правило, ниже, чем во время закалки, но заметно выше, чем при отпускании. Например, сталь У12А обладает твёрдостью 64 по шкале Роквелла. Закаливают при 800 по Цельсию – вначале раскалённый инструмент ненадолго (на доли секунды) опускают в воду, затем – несколько раз на это же время – в масло. Сталь эта раскаляется до светло-красного, для чего достаточно применить большой костёр, к примеру, в шашлычнице или печке из огнеупорного кирпича, либо в самодельной муфельной печи. Причём работать эта печь вполне может от спирали, залитой в огнеупорную глину или даже помещённой в керамику. Но в качестве источника нагрева допустимо и использование паяльной лампы – например, газосварки, переведённой из турборежима в режим обычного горения пропана или метана. О том, что раскаливание инструмента происходит штатно, свидетельствует покраснение металла.
Однако, превысив температуру до 1300 и более градусов, велик риск перегреть сплав, из которого изготовлен прокаливаемый инструмент – сталь делается почти белой и окончательно теряет твёрдость.
Сталь 25 конструкционная углеродистая сталь
Цифра 25 обозначает, что среднее содержание углерода в стали составляет 0,25%.
Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)
| C | Si | Mn | Cr | S | Р | Cu | Ni | As |
| не более | ||||||||
| 0,22-0,30 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,25 | 0,04 | 0,035 | 0,25 | 0,25 | 0,08 |
Химический состав, % (ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | |
| не более | ||||||||
| 25 | 0,22-0,30 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,030 | 0,035 | 0,25 | 0,30 | 0,30 |
Характеристики и свойства
Сталь 25 является нелегированной конструкционной сталью с нормальным содержанием марганца.
Для повышения поверхностной твердости и, следовательно, увеличения стойкости против износа детали, изготовленные из сталь марки 25 в ряде случаев подвергаются цементации или цианированию (например пальцы крейцкопфов, шестерни, оси).
Вместо стали марки 25 для изготовления ответственных деталей нефтепромыслового и нефтезаводского оборудования может быть рекомендована сталь с повышенным содержанием марганца 20Г. Эта сталь обладает большей прочностью при сохранении высоких пластических свойств.
Назначение и применение
Сталь 25 применяется для изготовления деталей требующих большой вязкости и не подвергающихся при эксплуатации высоким напряжениям, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины, например:
- оси,
- валы,
- соединительные муфты,
- собачки,
- рычаги,
- вилки,
- шайбы,
- валики,
- болты,
- фланцы,
- тройники,
- крепежные детали
- неответственные детали
Сталь 25 применяется для изготовления неогневой аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов, например:
- реакционных камер,
- эвапораторов,
- ректификационных колонн,
- газосепараторов,
- корпусов теплообменников и других сосудов,
- а также для приварных фланцев.
В нефтяном машиностроении из стали этих марок также изготовляют:
- сердечники поршней грязевых насосов,
- сухари кованых бурильных ключей,
- оси,
- соединительные муфты,
- пальцы крейцкопфов
- шестерни привода масляного насоса компрессоров,
- различные болты,
- гайки,
- винты,
- шпильки,
- вилки,
- рычаги,
- шайбы и т. д.
Применение стали 25 для крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)
| Марка стали | Технические требования | Допустимые параметры эксплуатации | Назначение | |
| Температура стенки, °С | Давление среды, МПа (кгс/см 2 ), не более | |||
| сталь 25 ГОСТ 1050, ГОСТ 10702 | СТП 26.260.2043 | От -40 до +425 | 2,5 (25) | Шпильки, болты |
| 10 (100) | Гайки | |||
| От -40 до +450 | Шайбы | |||
Условия применения стали 25 для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)
| Марка материала, класс или группа по ГОСТ 1759.0 | Стандарт или технические условия на материал | Параметры применения | |||||
| Болты, шпильки, винты | Гайки | Плоские шайбы | |||||
| Температура среды, °С | Давление номинальное Pn, МПа(кгс/см 2 ) | Температура среды, °С | Давление номинальное Pn, МПа(кгс/см 2 ) | Температура среды, °С | Давление номинальное Pn, МПа(кгс/см 2 ) | ||
| 25 | ГОСТ 1050 | От -40 до 425 | 2,5 (25) | От -40 до 425 | 10 (100) | От -40 до 425 | 10 (100) |
Коэффициент относительной эрозионной стойкости деталей арматуры из стали 25 (ГОСТ 33260-2015)
| Детали проточной части арматуры | Материал деталей | Коэффициент эрозионной стойкости относительно стали 12X18H10T | Максимальный перепад давления, при котором отсутствует эрозионный износ, МПа |
| Корпус, патрубки, седло, шибер | 25 (25Л) | 0,0055 | 0,022 |
- Коэффициент эрозионной стойкости материала представляет собой отношение скорости эрозионного износа материала к скорости эрозионного износа стали 12Х18Н10Т (принятой за 1).
- Материалы являются эрозионностойкими, если коэффициент относительной эрозионной стойкости не менее 0,5 и твердость материала HRC 28.
Стойкость стали 25 против щелевой эрозии (ГОСТ 33260-2015)
| Группа стойкости | Балл | Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T | Материал |
| Нестойкие | 6 | 0,005-0,05 | сталь марки 25 |
Термообработка — цементация
Цементация стали 25 производится при температуре 910-930°С; цементованные изделия закаливаются с температуры 780-800°C в воде и отпускаются при 150-180°C.
Термообработка — цианирование
Цианируют, как правило, в ваннах из расплавленных солей, содержащих 20-25% цианистого натрия, при температуре 820-850°C в течении 20-40 мин. При таком режиме
цианиривания можно получить цианированный слой глубиной 0,2-0,3 мм. После цианирования и закалки с отпуском при 150-180°C изделия имеют твердость на поверхности HRC 62-64.
Температура критических точек, °С
Твердость HB (ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | Твердость HB, не более | |||
| горячекатаной и кованой | калиброванной и со специальной отделкой поверхности | |||
| без термической обработки | после отжига или высокого отпуска | нагартованной | после отжига или высокого отпуска | |
| 25 | 170 | — | 217 | 170 |
Механические свойства металлопродукции для стали 25 (ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | Механические свойства, не менее | |||
| Предел текучести σ0,2, МПа | Временное сопротивление σв, МПа | Относительное удлинение δ5, % | Относительное сужение ψ, % | |
| 25 | 275 | 450 | 23 | 50 |
ПРИМЕЧАНИЕ. По согласованию изготовителя с заказчиком для металлопродукции из стали марки 25 допускается снижение временного сопротивления на 20 Н/мм 2 , по сравнению с нормами, указанными в таблице, при одновременном повышении норм относительного удлинения на
2 % (абс.).
Механические свойства металлопродукции в нагартованном или термически обработанном состоянии (ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | |||
| Временное сопротивление σв, Н/мм 2 | Относительное удлинение δ5, % | Относительное сужение ψ, % | |
| 25 | нагартованной | ||
| 540 | 7 | 40 | |
| отожженной или высокоотпущенной | |||
| 410 | 19 | 50 | |
Механические свойства металлопродукции из стали 25 в зависимости от размера (ГОСТ 105-2013)
| Механические свойства металлопродукции размером | |||
| Предел текучести σ0,2, МПа не менее | Временное сопротивление σв, МПа | Относительное удлинение δ5, % | Работа удара KU, Дж |
| не менее | |||
| до 16 мм включ. | |||
| 375 | 550-700 | 19 | 35 |
| св. 16 до 40 мм включ. | |||
| 315 | 500-650 | 21 | 35 |
| св. 40 до 100 мм включ. | |||
| + | + | + | + |
- Механические свойства, определяются на образцах, вырезанных из термически обработанных (закалка с отпуском) заготовок.
- Знак «+» означает, что испытания проводят для набора статистических данных, результаты испытаний заносят в документ о качестве.
- Значения механических свойств приведены для металлопродукции круглого сечения.
Механические свойства проката
| ГОСТ | Состояние поставки | Предел прочности при растяжении σв, МПа | δ5 (δ4), % | ψ % | Твердость HB, не более |
| не менее | |||||
| ГОСТ 1050-88 | Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации | 450 | 23 | 50 | — |
| Сталь калиброванная 5-й категории после отжига или высокого отпуска | 410 | 19 | 50 | — | |
| ГОСТ 10702-78 | Сталь нагартованная калиброванная и калиброванная со специальной отделкой без термообработки | 540 | 7 | 40 | 217 |
| ГОСТ 1577-93 | Полоса нормализованная или горячекатаная | 450 | 23 | 50 | — |
| ГОСТ 4041-71 (образцы поперечные) | Лист термообработанный 1 и 2-й категорий | 390-540 | 26 | — | 138 |
| ГОСТ 16523-89 (образцы поперечные) | Лист горячекатаный | 390-540 | (21)(22) | — | — |
| Лист холоднокатаный | 390-540 | — | — | ||
Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)
| Термообработка | Сечение, мм | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость НВ, не более |
| не менее | |||||||
| Закалка + отпуск + нормализация | До 100 | 175 | 350 | 28 | 55 | 64 | 101-143 |
| 100-300 | 175 | 350 | 24 | 50 | 59 | 101-143 | |
| 300-500 | 175 | 350 | 22 | 45 | 59 | 101-143 | |
| До 100 | 195 | 390 | 26 | 55 | 59 | 111-156 | |
| 100-300 | 195 | 390 | 23 | 50 | 54 | 111-156 | |
| 300-500 | 195 | 390 | 20 | 45 | 49 | 111-156 | |
| До 100 | 215 | 430 | 24 | 53 | 54 | 123-167 | |
| 100-300 | 215 | 430 | 20 | 48 | 49 | 123-167 | |
| До 100 | 245 | 470 | 22 | 48 | 49 | 143-179 | |
| Закалка + отпуск | 100-300 | 275 | 530 | 17 | 38 | 34 | 156-197 |
Механические свойства стали после ХТО
| Режим ХТО | Сечение, мм | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | δ, % | ψ, % | Твердость, не более |
| не менее | ||||||
| Цементация при 920- 950 °С; закалка с 820-840 °С в воде; отпуск при 180-200 °С, охл. на воздухе | 60 | 345 | 550 | 25 | 45 | HRCэ 170 *1 ; НВ 55-63 *2 |
Предел выносливости (n = 10 7 )
| Состояние стали | σ-1, МПа |
| Закалка с 870 °С в масле; отпуск при 480 °С, Предел текучести σ0,2 = 330 МПа, Предел прочности при растяжении σв = 460 МПа | 203 |
| Отжиг, Предел прочности при растяжении σв = 410 МПа | 186 |
| Нормализация, Предел прочности при растяжении σв = 450 МПа | 245 |
| Горячая прокатка, Предел прочности при растяжении σв = 400 МПа | 225 |
Ударная вязкость KCU
Механические свойства при повышенных температурах
| tисп., °C | Условия испытания | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | δ10 (δ5), % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 |
| 20 | После прокатки. Скорость деформирования 0,8 мм/мин | 310 | 490 | 28 | 58 | 78 |
| 200 | 320 | 560 | 13 | 44 | 97 | |
| 300 | 200 | 540 | 22 | 57 | 88 | |
| 400 | 165 | 465 | 25 | 66 | 69 | |
| 500 | 150 | 330 | 28 | 70 | 49 | |
| 700 | После прокатки. Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм. Скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с | 130 | 145 | (42) | 77 | — |
| 800 | 69 | 96 | (57) | 78 | — | |
| 900 | 47 | 79 | (53) | 95 | — | |
| 1000 | 40 | 54 | (60) | 100 | — | |
| 1100 | 24 | 38 | (66) | 100 | — | |
| 1200 | 14 | 23 | (101) | 100 | — | |
| 1300 | 20 | 25 | (67) | 100 | — |
ПРИМЕЧАНИЕ. σ 400 1/10000 = 137 МПа, σ 400 1/100000 = 103 МПа, σ 450 1/10000 = 81 МПа, σ 450 1/100000 = 52 МПа.
Технологические свойства
Температура ковки, °С: начала 1280, конца 700. Охлаждение на воздухе.
Свариваемость — сваривается без ограничений, кроме деталей после ХТО. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС.
Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,7 и Kv б.ст = 1,6 в горячекатаном состоянии при Предел
прочности
при растяжении
σв = 450-490 МПа.
Флокеночувствительность — не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.
Сталь 45 конструкционная углеродистая качественная
Цифра 45 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. содержание углерода в стали 45 составляет 0,45%.
Характеристики и назначение
Сталь марки 45 относится к конструкционным углеродистым нелегированным специальным качественным сталям с нормальным содержанием марганца.
Сталь марки 45 применяется для изготовления:
- муфт насосных штанг,
- вал-шестерни,
- валов центробежных насосов,
- штоков грязевых насосов,
- пальцев крейцкопфов грязевых насосов,
- компрессоров,
- роторов,
- стволов и переводников вертлюгов,
- переводников для рабочих и бурильных труб,
- корпусов колонковых долот,
- роликов превентора,
- конических шестерен,
- шестерни,
- фиксаторов и шпонок буровых станков,
- цепных колес буровых лебедок,
- штифтов,
- упорных винтов,
- скалок насосов,
- цапф,
- коленчатые и распределительные валы,
- шпиндели,
- бандажи,
- цилиндры,
- кулачки,
- другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.
Применение стали 45 для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур
| Марка стали | Закалка + отпуск при температуре, °С | Примерный уровень прочности, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ) | Температура применения не ниже,°С | Использование в толщине не более, мм |
| 45 | 500 | 900 (90) | -50 | 20 |
- При термической обработке на прочность ниже указанной в графе 3 или при использовании в деталях с толщиной стенки менее 10 мм температура эксплуатации может быть понижена.
- Максимальная толщина, указанная в графе 5, обусловлена необходимостью получения сквозной прокаливаемости и однородности свойств по сечению.
Применение стали 45 для изготовление крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)
| Марка стали | Технические требования | Допустимые параметры эксплуатации | Назначение | |
| Температура стенка, °С | Давление среды, МПа(кгс/см 2 ), не более | |||
| Сталь 45 ГОСТ 1050 ГОСТ 10702 | СТП 26.260.2043 | От -40 до +425 | 10(100) | Шпильки, болты |
| 16(160) | Гайки | |||
| От -40 до +450 | Шайбы | |||
Пределы применения, виды обязательных испытаний и контроля стали 45 для фланцев для давление свыше 10 МПа (100 кгс/см 2 ) (ГОСТ 32569-2013)
| Марка стали | Технические требования | Наименование детали | Предельные параметры | Обязательные испытания | Контроль | |||||||
| Температура стенка, °С не более | Давление номинальное, МПа(кгс/см 2 ), не более | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB | Дефектоскопия | Неметаллические включения | |||
| Сталь 45 ГОСТ 1050 ГОСТ 10702 | ГОСТ 9399 | Фланцы | От -40 до +200 | 32(320) | 16(160) | + | + | + | + | + | + | — |
Стойкость стали 45 против щелевой эрозии
| Группа стойкости | Балл | Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T |
| Нестойкие | 6 | 0,005-0,05 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Коэффициент эрозионной стойкости материала представляет собой отношение скорости эрозионного износа материала к скорости эрозионного износа стали 12Х18Н10Т (принятой за 1).
Применение стали 45 для изготовления основных деталей арматуры АС
| Материал | Вид полуфабриката или изделия | Максимально допустимая температура применения, °С | |
| Наименование | Марка, НД на материал | ||
| Углеродистая сталь | Сталь 45 ГОСТ 1050 | Поковки, сортовой прокат. Крепеж | 350 |
Вид поставки
- сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8239-89, ГОСТ 8240-89, ГОСТ 10702-78.
- Калиброванный пруток ГОСТ 1050-74, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.
- Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702-78.
- Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74.
- Лист тонкий ГОСТ 16523-89.
- Лента ГОСТ 2284-79.
- Полоса ГОСТ 1577-93, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70.
- Проволока ГОСТ 17305-91, ГОСТ 5663-79.
- Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70, ГОСТ 1133-71.
- Трубы ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 21729-76.
| С | Si | Mn | Cr | S | P | Cu | Ni | As |
| не более | ||||||||
| 0,42-0,50 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,25 | 0,04 | 0,035 | 0,25 | 0,25 | 0,08 |
| Класс стали | Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | ||
| не более | |||||||||
| Нелегированные специальные | 45 | 0,42-0,50 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,030 | 0,035 | 0,25 | 0,30 | 0,30 |
Термообработка
Детали из стали марки 45 подвергаются нормализации при температуре 860-880° С или закалке в воде с температуры 840-860° С с последующим отпуском; температура отпуска устанавливается в зависимости от требуемых механических свойств (рис. ниже).
Так, например, детали буровых установок (шестерни, фиксатор, шпонки) превентора (плита основной опоры, ролики) подвергаются отпуску при температуре 550° С, цепные колеса буровой лебедки — при температуре 500 С.
Влияние азотирования на предел выносливости стали 45
Для деталей, работающих на износ при невысоких контактных нагрузках, углеродистую сталь марки 45 упрочняют по кратковременным режимам азотирования (520—570 °С, Выдержка 1-6 ч).
При этом, несмотря на небольшое увеличение твердости, обеспечивается повышение антифрикционных свойств, сопротивления знакопеременным нагрузкам и коррозии.
| Марка стали | Тип образца | Предел выносливости, кгс/мм 2 | |
| после улучшения | после азотирования | ||
| 45 | Гладкий, d = 7,5 мм | 44 | 61 |
- Азотирование проводилось при 520-540°С, глубина слоя 0,35-0,45 мм.
- На образцах диаметром 7,5 мм надрез с углом 60° и глубиной 0,3 мм.
Твердость закаленного слоя после отпуска HRCэ при высокочастотной закалке
| Марка стали | Твердость закаленного слоя после отпуска HRCэ | Достижимая глубина слоя, мм |
| 45 | 55-60 | 4 |
Твердость HB (по Бринеллю) для металлопродукции из стали 45 (ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | не более | |||
| горячекатаной и кованой | калиброванной и со специальной отделкой поверхности | |||
| без термической обработки | после отжига или высокого отпуска | нагартованной | после отжига или высокого отпуска | |
| 45 | 229 | 197 | 241 | 207 |
Твердость на закаленных образцах HRC (по Роквеллу) (ГОСТ 1050-2013)
| Гост | Состояние поставки | Сечение, мм | σв, МПа | δ5(δ4), % | ψ% |
| не менее | |||||
| ГОСТ 1050-88 | Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации | 25 | 600 | 16 | 40 |
| Сталь калиброванная 5-й категории после нагартовки | Образцы | 640 | 6 | 30 | |
| ГОСТ 10702-78 | Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска или отжига | — | До 590 | — | 40 |
| ГОСТ 1577-93 | Лист нормализованный и горяче- катаный | 80 | 590 | 18 | — |
| Полоса нормализованная или горячекатаная | 6-25 | 600 | 16 | 40 | |
| ГОСТ 16523-89 | Лист горячекатаный (образцы поперечные) | До 2 2-3,9 | 550-690 | (14) (15) | — |
| Лист холоднокатаный | До 2 2-3,9 | 550-690 | (15) (16) | — | |
| Термообработка | Сечение, мма | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB, не более |
| не менее | |||||||
| Нормализация | 100-300 | 245 | 470 | 19 | 42 | 39 | 143-179 |
| 300-500 | 17 | 35 | 34 | ||||
| 500-800 | 15 | 30 | 34 | ||||
| До 100 | 275 | 530 | 20 | 40 | 44 | 156-197 | |
| 100-300 | 17 | 38 | 34 | ||||
| Закалка, отпуск | 300-500 | 15 | 32 | 29 | |||
| Нормализация, закалка + отпуск | До 100 | 315 | 570 | 17 | 38 | 39 | 167-207 |
| 100-300 | 14 | 35 | 34 | ||||
| 300-500 | 12 | 30 | 29 | ||||
| До 100 | 345 | 590 | 18 | 45 | 59 | 174-217 | |
| 100-300 | 345 | 590 | 17 | 40 | 54 | 174-217 | |
| До 100 | 395 | 620 | 17 | 45 | 59 | 187-229 | |
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| tисп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см 2 |
| Нормализация | |||||
| 200 | 340 | 690 | 10 | 36 | 64 |
| 300 | 255 | 710 | 22 | 44 | 66 |
| 400 | 225 | 560 | 21 | 65 | 55 |
| 500 | 175 | 370 | 23 | 67 | 39 |
| 600 | 78 | 215 | 33 | 90 | 59 |
| Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с | |||||
| 700 | 140 | 170 | 43 | 96 | — |
| 800 | 64 | 110 | 58 | 98 | — |
| 900 | 54 | 76 | 62 | 100 | — |
| 1000 | 34 | 50 | 72 | 100 | — |
| 1100 | 22 | 34 | 81 | 100 | — |
| 1200 | 15 | 27 | 90 | 100 | — |
Механические свойства в зависимости от сечения
| Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ% | KCU, Дж/см 2 |
| не менее | |||||
| 15 | 640 | 780 | 16 | 50 | 98 |
| 30 | 540 | 730 | 15 | 45 | 78 |
| 75 | 440 | 690 | 14 | 40 | 59 |
| 100 | 440 | 690 | 13 | 40 | 49 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 850 °С, отпуск при 550 «С. Образцы вырезали из центра заготовок.
Предел выносливости
| Характеристики прочности | σ-1, МПа | τ-1, МПа |
| σ0,2 = 310 МПа, σв = 590 МПа | 245 | 157 |
| σ0,2 = 680 МПа, σв = 880 МПа | 421 | — |
| σ0,2 = 270 МПа, σв = 520 МПа | 231 | — |
| σ0,2 = 480 МПа, σв = 660 МПа | 331 | — |
| Термообработка | KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С | |||
| +20 | -20 | -40 | -60 | |
| Пруток диаметром 25 мм | ||||
| Горячая прокатка | 14-15 | 10-14 | 5-14 | 3-8 |
| Отжиг | 42-47 | 27-34 | 27-31 | 13 |
| Нормализация | 49-52 | 37-42 | 33-37 | 29 |
| Закалка + отпуск | 110-123 | 72-88 | 36-95 | 31-63 |
| Пруток диаметром 120 мм | ||||
| Горячая прокатка | 42-47 | 24-26 | 15-33 | 12 |
| Отжиг | 47-52 | 32 | 17-33 | 9 |
| Нормализация | 76-80 | 45-55 | 49-56 | 47 |
| Закалка + отпуск | 112-164 | 81 | 80 | 70 |
Температура ковки, °С: начала 1250, конца 750. Сечение до 400 мм охлаждаются на воздухе.
Обрабатываемость резанием — Кv тв.спл = 1 и Kv б.ст = 1 в горячекатаном состоянии при НВ 170-179 и σв = 640 МПа.
Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.
Свариваемость
Сталь 45 относится к трудносвариваемым. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка.
Прокаливаемость, мм (ГОСТ 1050-88)
Полоса прокаливаемости стали 45 после нормализации при 850 °С и закалки с 830 °С приведена на рисинке ниже.
Из чего состоит сталь марки 25 и где она используется?
Сталь марки 25 (Ст-25) – один из стандартных, типовых сплавов, имеющих хождение в большинстве разновидностей сталелитейного производства. Маркировка состава сообщает, что это среднеуглеродистый сплав, обладающий большинством обычных на первый взгляд параметров.
Состав и расшифровка
Марка Ст25 – отсылка к 0,25% углерода (среднее значение). Химический состав стали 25 разграничен следующим образом.
Содержание хрома в стали данной марки занижено. А это значит, что изделия, заготовки из Ст-25 не должны работать при высокой относительной влажности (более 70%) – спустя короткое время они заржавеют.
Характеристики и свойства
Согласно требованиям ГОСТ механические свойства при завышенных температурных значениях расположились следующим образом.
Долговременное давление на деформацию, МПа
Недолговременное, порционное давление на сминание, МПа
Теплоотдача при нагреве, Дж/м2
После проката: быстрота сминания заготовки – 0,8 мм/мин.
Заготовка круглая с диаметром в 6 мм и протяжённостью в 30 мм, прокат. Быстрота сминания – 16 мм/мин.
Общемеханические показатели заготовок из Ст-25 проявили себя следующим образом.
Термообработанное состояние при продаже
Усилие на сминание, МПа
Твёрдость по Бринеллю
Горячий прокат поковочный, откалиброванный, серебряночный материал 2-го класса, нормализованные заготовки
Откалиброванные заготовки 5-го класса. Отожженный, высокоотпущенный материал
Гартованый калибр, спецотделанный, без термоотжига
Полосовая сталь, горячий прокат, нормализация
Листопрокат отожжённый 1-2 классов
Механика кованых изделий представлена следующими значениями основных параметров.
Долгое усилие на сминание, МПа
Короткопериодичное усилие на сминание, МПа
Закаливание, отпускание, возврат к номинальной норме
Закаливание и отпускание
Механика Ст-25 после химико-термической обработки проявила себя исходя из следующих значений.
Долговременноеусилие на сминание, МПа
Кратковременное, цикличное усилие на сминание, МПа
Твёрдость по Роквеллу
Цементирование при накаливании до 920-950°С, закаливание при несколько пониженной температуре в 820-840°С в водной среде, отпускание при подогреве до 180-200°С на открытом воздухе
Технология Ст-25 такова, что ковать данный сплав начинают при 1280 градусах по Цельсию, завершают – при 700. Далее заготовку охлаждают наружно, без печи. Варится данный сплав хорошо – за исключением заготовок, подвергнутых химико-термическому отжиганию. Варят детали на электроинверторе, полуавтоматической или ручной установкой на метане, ацетилене и кислороде в среде аргона, а также автоматическим методом. Отпускание происходит без охрупчивания. Сплав не флокеновосприимчив. Критические температуры Ст-25 расположились следующим образом.
Ударно-вибрационное поглощение зависит от температурных режимов и вида обработки следующим образом.
Температура окружающей среды
Возврат к нормативным значениям
Измеряется ударная вязкость в джоулях на квадратный сантиметр. Пределы деформационной устойчивости состава Ст-25 расположились следующим образом.
Непрерывное усилие на сминание, МПа
Момент наивысшего усилия на сминание, МПа
Недолговременное усилие на замятие заготовки, МПа
Закаливание при 870, масляная среда. Отпускание при нагреве до 480.
Физика Ст-25 показала себя следующим образом.
Обычная упругость, ГПа
Скручивающее сопротивление, ГПа
Удельный вес сплава, кг/м3
Теплопередача, Вт/ (м ·°С)
Удельное электрическое сопротивление (мОм · м)
Виды поставок и аналоги
Заменяется Ст-20 на Ст-30. В отдельных случаях используют состав Ст-20А – сплав с меньшим содержанием фосфора и серы, делающих любую сталь более ломкой, чем задумано заказчиком. Изделия из Ст-20 выпускаются в таких видах поставки.
- Общесортовой прокат, включая фасонные детали.
- Прут-калибр. Шлифпруток и серебряночные изделия.
- Листопрокат тонкий и утолщённый.
- Полосовая сталь. Лента до 1 мм толщиной.
- Проволочные заготовки.
- Кованые детали и комплектующие.
Нормативы выпуска определяются более чем 10 соответствующими ГОСТами.
Применение
Использование сплава Ст-25 в промышленности – выпуск осевых, вальных, соединяющих, вилочных, фланцевых, собачечных, тройничных и крепёжных деталей. Практикуется также выпуск составляющих для турбинных установок всех принципов действия.
После прохождения стадии ХТО из сплава Ст-25 изготавливаются винтовые, втулочные, собачечные детали. К ним, в свою очередь, требования заключаются в соблюдении нормативов на приповерхностную номинальную твёрдость. Все эти комплектующие должны быть относительно износоустойчивыми – при сравнительной мягкости сердцевины изделия.
Термообработка
Температура закалки Ст-25, как и у большинства стальных сплавов, не превысит 900 градусов. Отжиг осуществляется при температуре не выше 600 градусов. Чтобы свариваемость заготовок из состава Ст-25 оказалась хорошей, детали зачищают и подвергают либо подогреванию до 200-300 градусов, либо стандартному отжиганию при уже известных температурных значениях. Закаливание лучше всего проводить с опусканием раскалённой заготовки в масло (но не в отработку – она представляет собой уже разрушенную масляную среду, лишённую своих первоначальных свойств).
Что касается ковки изделий, то нарушать озвученный ранее температурный режим нельзя: сталь Ст-25 теряет своё относительно размягчённое состояние при снижении её температурной отметки ниже 700 градусов по Цельсию. Сварка стальных деталей производится по их толщине соответствующими электродами.
Если толщина заготовок превышает 8 мм, может быть применён «провар» в несколько этапов – последовательными швами с остыванием свариваемой конструкции до температуры ниже 100 градусов после каждого сварочного цикла.
Особенности стали 25Л
В настоящее время в самых разных областях задействуются различные марки сталей. Каждая марка подразумевает свои эксплуатационные характеристики, физические и химические свойства. В этой статье пойдет речь об особенностях качественного сплава марки 25Л.
Буквенное обозначение «Л», находящееся за цифровой отметкой марки, говорит о том, что сплав относится к литейной категории. Это означает, что он идет на производство различных отливок. Это нелегированный вид металла, который может служить заменой материалам с другими маркировками, а именно 20Л и 30Л.
Цифровое значение, которое присутствует в наименовании рассматриваемого сплава, указывает на то, что среднее содержание углерода в нем составляет 0,25%.
Химический состав марки 25Л является довольно богатым и соответствует установленным ГОСТам. Сталь с указанной маркировкой состоит из нижеперечисленных химических элементов:
Fe (железо) – на долю этого компонента приходится примерно 97% от общего содержания;
C (углерод) – от 0,22 до 0,3%;
Mn (марганец) – от 0,35 до 0,9%;
Si (кремний) – 0,2-0,52%;
Ni (никель) – не более 0,3%;
Cr (хром) – не больше 0,3%;
Cu (медь) – не более 0,3%;
S (сера) – не больше 0,45%;
P (фосфор) – до 0,04%.
Марганец, на долю которого может приходиться почти 1% от общего состава, применяется для уменьшения показателей хрупкости сплава.
Подобные проблемы часто провоцирует большая концентрация иного нежелательного элемента, такого как сера.
Качественная и широко используемая сталь с маркировкой 25Л имеет ряд индивидуальных свойств и характеристик. Ознакомимся с наиболее важными из них, влияющими на свойства сплава.
Уровень твердости рассматриваемого сплава по Бринеллю достигает таких отметок – HB 10-1=124-207 МПа.
Металл рассматриваемой марки отличает степень плотности, которая представлена следующим значением – 7830 кг/см3 на фоне температурного показателя в 20 градусов Цельсия.
Материал может подвергаться термической обработке в условиях температур 880-900 градусов Цельсия. При этом процедура отпуска стали может быть осуществлена при значениях от 620 до 630 градусов.
Рассматриваемый вид металла относится к категории ограниченно свариваемых экземпляров. К отпускной хрупкости металл с маркировкой 25Л не склонен.
Обрабатывать сталь посредством резания представляется возможным только в термообработанном виде при достижении показателей HBK 160KK υ тв. спл=1,25 и Кυ б. ст=1.
Начало затвердевания сплава происходит на фоне температурного значения, установленного в пределах 1490-1504 градусов Цельсия.
Жидкотекучесть рассматриваемого вида стали – 1,0 Кжт.
Возможная усадка линейного типа может составить от 2,2 до 2,3%.
Что касается подверженности металла к формированию пористости усадочного типа, то здесь актуальным окажется показатель 1.0 Ку. п.
Нелегированная конструкционная сталь 25Л, в которой содержится большой процент марганца, нередко подвергается процедуре цементации или цианирования.
Необходимость в таких операциях возникает, чтобы детали из этого материала получились более износостойкими и практичными.
Аналоги
Стальной сплав, принадлежащий марке 25Л, имеет множество качественных аналогов, с которыми имеет очень много общих характеристик. Подобные типы металлов производятся на территории разных стран, поэтому обозначаются различными маркировками.
Разберем список наиболее практичных и качественных аналогов стали 25Л, которые производятся за рубежом.
Аналогичными параметрами обладают американские сплавы с такими наименованиями: 2A, A10, N1, GrWCB.
Очень хорошим качеством характеризуются аналоги, произведенные в Японии – SC410, SC46.
Существуют аналогичные английские сплавы – 161-430, 161-430A.
В Швеции производится аналог стали 25Л, которому принадлежит марка 1305.
Венгерский аналог – Ao450FK.
Аналогичный вид румынского металла – OT450-3.
Австрийский аналог – GS45.
Существует еще очень много зарубежных аналогов сплава 25Л. Хорошие металлы с похожими характеристиками производятся в Чехии, Польше, Италии и так далее. Что касается материалов, которые могут служить заменителями 25Л, то к ним относятся сплавы упомянутых выше марок 20Л и 30Л.
Высококачественная сталь с маркировкой 25Л широко используется в самых разных областях. Очень часто именно этот материал берется для производства запчастей и деталей, от которых требуется повышенная вязкость. При этом подобные изделия по ходу эксплуатации не подвергаются слишком высокому напряжению. Из стали 25Л получаются хорошие позиции, от которых не требуется слишком высокая поверхностная прочность и износостойкость при условии небольшой прочности сердцевинной части.
Рассмотрим список изделий, которые чаще всего изготавливают из рассматриваемого качественного сплава:
муфты для соединения конструкций;
крепкие рычажные элементы управления;
шайбы и вилковые изделия;
болты и фланцевые детали;
крепкие стальные тройники;
разнообразные элементы надежного и практичного крепежа;
прочие функциональные детали, которые не относятся к ответственной категории.
Во многих случаях качественный литейный металл задействуется для изготовления многофункциональной и профессиональной аппаратуры, предназначенной специально для заводов нефтепереработки. Разумеется, речь идет о таких изделиях, которые относятся к не огневому типу:
элементы для камер рекреации;
корпусные части тепловых обменников и прочих резервуаров;
фланцы приварного вида.
Что касается современного нефтяного машиностроения, то здесь из рассматриваемого вида стали, как правило, производятся такие важные и функциональные позиции:
поршневые сердечники для грязевых помп;
сухари кованых ключей бурения;
приводные шестеренки для масляного компрессорного насоса;
разнообразные виды качественных болтов;
винтики и гайки;
рычажные компоненты и вилки;
Качественная сталь для отливок также может применяться для производства:
надежной станины прокатных станов;
а вместе с тем и траверсов;
букс, крышек цилиндров;
корпусных подшипниковых элементов и многих других запасных частей.
Речь идет о таких изделиях, эксплуатация которых осуществляется в условиях температур от 40 до 450 градусов Цельсия под действием давления.
Сварка
Как указывалось выше, сталь с маркировкой 25Л является свариваемой, но с определенными ограничениями. При этом допустимыми являются следующие методы варки:
АДС под защитой газового типа;
Рекомендуется предварительный подогрев стали, а также последующая термическая обработка в соответствии со всеми нормами и правилами.
Читайте также: