Сталь 60с2а характеристики применение для шашки
Обновлено: 18.05.2024
Сталь 60С2А – конструкционная пружинно-рессорная высококачественная сталь, применяемая для изготовления упругих изделий. Упругость и выносливость являются основными характеристиками сплава. Благодаря содержанию углерода и кремния сплав 60С2А обладает высокими показателями прочности, не влияющими на упругость, что делает сталь пригодной к изготовлению жестких конструкций, за исключением сварных. Сталь практически не поддается свариванию, эта особенность делает в большей степени востребованной для производства деталей в машиностроении, самолетостроении, сельскохозяйственной тяжелой технике и т.д. Сплав относительно прост в производстве и доступен по цене.
Расшифровка и химический состав марки 60С2А
Расшифровка маркировки стали 60С2А указывает на ее химический состав и качество сплава по содержанию вредных примесей – серы и фосфора, а также на степень раскисления.
- Цифра 60 – это показатель примерного содержания углерода в сотых долях процента, то есть сталь 60С2А содержит приблизительно 0,60% углерода. Повышенное содержание углерода придает металлу прочность и твердость, но делает его уязвимым к ударным нагрузкам. Стали с высоким содержанием углерода сложнее обрабатывать – резка, ковка и сварка таких сплавов обычно ограничены, требуют особого оборудования или сопутствующих процедур, например, термической обработки до и после сварки. Низкое содержание углерода делает сталь мягкой и податливой для обработки. Такая сталь отлично сваривается, режется, ее можно ковать и подвергать различным видам механической обработки практически без ограничений. Такая сталь устойчива к ударным нагрузкам, но характеризуется недостатком жесткости.
- С2 – указывает на факт (буква С) и на количество (цифра 2) содержания кремния в составе сплава, которого в стали 60С2А приблизительно 2%. Влияние кремния, как легирующей добавки, на свойства стали начинается от 1% содержания. Кремний без снижения вязкости повышает прочность и упругость материала. Благодаря кремнию сталь становится окалиностойкой и лучше противостоит влиянию кислотных сред. Увеличиваются такие показатели, как магнитопроницаемость и электросопротивление.
- Буква А – означает, что сталь 60С2А относится к высококачественным сплавам. Качество сплава определяется химическим составом, а именно – концентрацией вредных примесей серы и фосфора. По качеству стали делятся на обыкновенные (ст), качественные (сталь), высококачественные (А) и особо высококачественные (Ш). Для каждой категории установлены свои стандарты по уровню содержания фосфора и серы. Фосфор и сера образуют с железом нежелательные соединения, негативно влияющие на структуру стали, повышающие ее хрупкость, особенно в состоянии нагрева (красноломкость) и охлаждения (хладноломкость). Высокое содержание этих примесей существенно ограничивает термическую обработку, приводит к ухудшению свариваемости и в целом отрицательно сказывается на свойствах металла.
Все остальные элементы, входящие в состав стали 60С2А, не включены в маркировку, т.к. не оказывают на свойства стали ощутимого влияния.
Сталь 60С2А - характеристики и применение
Благодаря характеристикам, марку применяют в производстве упругих изделий - пружинн, рессор. Сталь 60С2А по классификации относят к конструкционным рессрсно-пружинным. Заменителями выступают стали 60С2Н2А, 60С2Г, 50ХФА.
Характеристика
Сталь 60С2А относится к перлитному классу. Для получения мартенситной структуры требуется ускоренное охлаждение после нагрева до критической температуры, например, в масле. Традиционная площадка текучести у марки отсутствует. Остаточная деформация наоборот низкая. То есть, особенность стали - высокая степень упругости и выносливости.
Химический состав
Сталь марки 60С2А кроме железа содержит около 0,6% углерода, от 1,6 до 2% кремния, от 0,6 до 0,9% марганца, до 0,3% хрома, до 0,25% никеля и до 0,2% меди. Кроме этого допускаются примеси серы и фосфора в количестве до 0,025%.
Назначение легирующих компонентов
Сталью называется сплав железа с углеродом в количестве до 2,06%. Увеличение количества углерода повышает чувствительность к термообработке, прокаливаемости, возможности получить большую прочность и твёрдость. Но вместе с тем снижается пластичность, металл становится хрупким, неспособным выдерживать ударные нагрузки.
Чтобы сбалансировать свойства материала, получить одновременно противоположные характеристики (твёрдость и вязкость, прочность и коррозионную стойкость) снизить влияние примесей, от которых невозможно полностью избавиться, в состав стали 60С2А входят легирующие компоненты. Они позволяют нивелировать недостатки вносимые высоким количеством углерода. А в чем-то заменять его, получая даже более высокие результаты.
Кремний вводится в состав с целью раскисления. Обладая большим, чем железо сродством к кислороду, он вытесняет его из окислов в расплаве.
Кроме раскисления в количествах до 1% кремний благотворно влияет на прочность и упругость.
Марганец, подобно кремнию, вытесняет железо из окислов. Кроме этого он не даёт образовываться сульфидам железа, повышающих склонность к образованию закалочных трещин, возникающих при термическом упрочнении деталей сложной формы.
Включение марганца в лигатуру до 1%, подобно кремнию, повышает прочность и ударную вязкость. В больших количествах он вызывает рост зерна, снижающих прочностные показатели, в частности способность держать ударные нагрузки.
Таким образом, кремний совместно с марганцем взаимно дополняют друг друга в составе. Они совместно увеличивают прочность, выносливость и вязкость. Но не дают развиваться причинам, приводящим к повышенной хрупкости сплава.
Хром так же, как и кремний с марганцем имеет большее, чем железо сродство к кислороду. Он оказывает содействие защите расплава от окисления, увеличивает прокаливаемость.
Никель участвует в защите сплава от коррозии и, в небольших количествах, снижает склонность к закалочным трещинам.
Медь в небольших (до 1%) количествах повышает прочность и стойкость против коррозии. В более высоких концентрациях она приводит к выпадению интерметаллидов по границам зёрен, что существенно меняет механические свойства при отпуске.
Сопоставляя химический состав и влияние отдельных компонентов на свойства сплава, можно предположить, что марка 60С2А должна обладать высокой прочностью, упругостью, ударной вязкостью, достигаемыми при соблюдении специальных приёмов термической обработки.
Механические свойства стали 60С2А
Прочностные свойства 60С2А определяются режимами проведенной термообработки. Поскольку интерес представляют эксплуатационные характеристики деталей, в статье не рассматриваются показатели стали в отливках. Они представляют практический интерес только для технологов крупных металлообрабатывающих предприятий, занимающихся изготовлением металлопроката.
Здесь будут рассмотрены прочностные показатели товарной стали в виде круга и ленты.
Как уже говорилось в общем описании марки 60С2А, оптимальные показатели достигаются при закалке в масле и последующем отпуске с целью снятия внутренних напряжений.
Круглая сталь после закалки и отпуска имеет предел прочности 12,7 кг/кв. мм, условный предел текучести 11,7 кг/кв. мм. Близость предела текучести к пределу прочности говорит о высоких упругих свойствах стали.
Предел выносливости 60С2А при симметричном цикле на растяжение равен 49 кг/кв. мм, на кручение 29,5 49 кг/кв. мм.
Чтобы понимать значение приведённых чисел, стоит вспомнить, что предел прочности стали 3 составляет около 37 кг/кв. мм.
Применение марки 60С2А
Сфера использования стали определяется её свойствами. Сталь 60С2А широко применяется для изготовления тяжелонагруженных элементов конструкций, испытывающих знакопеременные нагрузки.
Это – разнообразные пружины, фрикционные диски, шайбы Гровера, пружинные кольца, цанги, торсионы – упругие стержни, работающие на кручение. Последние встречаются в подвесках тяжелой гусеничной и колёсной техники, упругих валах многопоточных редукторов, передающих большую мощность.
Аналоги стали 60С2А
Среди упругих сталей, выплавляемых в других странах (Spring steel) можно выделить ряд, обладающих схожим составом и близкими характеристиками к 60С2А:
Сталь 60 конструкционная углеродистая сталь
Цифра 60 обозначает, что среднее содержание углерода в стали составляет 0,60%.
Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)
| C | Si | Mn | Cr | S | Р | Cu | Ni | As |
| не более | ||||||||
| 0,57-0,65 | 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 | ||||||||
| 60 | 0,57-0,65 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,030 | 0,035 | 0,25 | 0,30 | 0,30 |
Характеристики и описание
Сталь 60 относится к конструкционным нелегированным специальным качественным сталям с высоким содержанием углерода (0,60%) и нормальным содержанием марганца, обладает высокой прочностью и высокими упругими свойствами.[1]
Сталь склонна к трещинам при закалке в воде.
Назначение
Сталь 60 применяется для изготовления деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости, например:
- Эксцентрики,
- цельнокатаные колеса вагонов,
- бандажи для подвижного соства железных дорог широкой колеи,
- валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов,
- шпиндели,
- бандажи,
- диски сцепления,
- пружинные кольца амортизаторов,
- замочные шайбы,
- регулировочные шайбы,
- регулировочные прокладки,
- рабочие валки листовых станов для горячей прокатки металла.
Температура критических точек, °С [81]
Термообработка
Мелкие детали из стали марки 60 (диаметром до 10-12мм) закаливают в масле с температуры 820-860 °С, более крупные детали — в воде с температурой 800-820 °С, отпуск производят при различной температуре в зависиости от требуемых механических свойств.
Зависимость механических свойств стали 60 от температуры отпуска
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 | |
| 60 | 255 | 229 | 269 | 229 |
Механические свойства металлопродукции для стали 60 (ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | Механические свойства, не менее | |||
| Предел текучести σ0,2, МПа | Временное сопротивление σв, МПа | Относительное удлинение δ5, % | Относительное сужение ψ, % | |
| 60 | 400 | 680 | 12 | 35 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Механические свойства для стали 60 определены на нормализованных образцах.
Механические свойства металлопродукции из стали 60 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. | |||
| 580 | 850—1000 | 11 | + |
| св. 16 до 40 мм включ. | |||
| 520 | 800—950 | 13 | + |
| св. 40 до 100 мм включ. | |||
| 450 | 750-900 | 14 | + |
- 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 в зависимости от сечения [140]
| Сечение, мм | Место вырезки образца | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | КСU, Дж/см 2 |
| не менее | ||||||
| Закалка с 780-830 °С в масле; отпуск при 560 °С | ||||||
| 30 | К | 590 | 920 | 19 | 50 | 24 |
| 30 | Ц | 540 | 880 | — | — | 49 |
| Закалка с 780-830 °С в масле; отпуск при 610 °С | ||||||
| 10 | Ц | 600 | 860 | 20 | 58 | 73 |
| 30 | К | 540 | 880 | 20 | 50 | 49 |
| 60 | К | 480 | 730 | 25 | 60 | 49 |
| 60 | Ц | 390 | 680 | 27 | 56 | 49 |
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска [140]
| tотп., °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость НВ |
| 400 | 1430 | 1690 | 2 | 3 | 4,9 | 450 |
| 450 | 1280 | 1430 | 5 | 10 | 19 | 410 |
| 500 | 1120 | 1210 | 7 | 16 | 23 | 375 |
| 550 | 1040 | 1150 | 7 | 20 | 24 | 370 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 950 °С в масле.
Механические свойства в зависимости от температуры испытаний [82]
| tисп., °С | σв, МПа | δ5, % | ψ, % |
| 20 | 700 | 17 | 60 |
| 200 | 680 | 14 | — |
| 300 | 560 | 27 | — |
| 500 | 460 | 30 | — |
| -25 | 760 | (21) | 61 |
| -40 | 790 | (23) | 61 |
Предел текучести стали 60 в зависимости от температуры испытаний
| tисп., °С | σ0,2, МПа |
| 20 | 510 |
| 200 | 530 |
| 300 | 450 |
| 500 | 320 |
| -25 | 540 |
| -40 | 540 |
Технологические свойства [81]
Температура ковки, °С: начала 1220, конца 800. Сечения до 300 мм охлаждаются на воздухе.
Свариваемость — не применяется для сварных конструкций, КТС с последующей термообработкой.
Обрабатываемость резанием — Аутвспл = 0,70 и А’у6ст = 0,65 в нормализованном состоянии при НВ 241.
Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.
Прокаливаемость [50]
Полоса прокаливаемости стали 60 после заклки с 820°С приведена на рисунке ниже.
Сталь 65Г рессорно-пружинная
Цифр 65 указывают среднюю массовую долю углерода в стали в сотых долях процента. Т.е. среднее содержание углерода в стали 65Г составляет около 0,65%.
Цифры, стоящие после букв, указывают примерную массовую долю легирующего элемента в целых единицах. Химические элементы обозначены следующими буквами: В — вольфрам (W), Г — марганец (Mn), Н — никель (Ni), Р — бор (В), С — кремний (Si), Ф — ванадий (V), X — хром (Сr). Т.е. буква Г в обозначении марки стали 65Г означает, что среднее содержание марганца в стали около 1%. В наименовании марок рессорно-пружинных стали с массовой долей марганца (Mn) до 0,90% (по верхнему пределу в марке) буква «Г» не ставится.
Заменители и аналоги
- 66Mn4(1.1260) (Германия-DIN),
- 1566 (США — AISI, ASTM),
- SUP 6 (Япония — JIS),
- 60S2A (Польша — PN/H)
Вид поставки
Применение
Сталь 65Г применяется для изготовления следующих деталей:
- 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,
- детали, работающие без ударных нагрузок.
Применение стали 65Г для пружинных шайб (ГОСТ 33260-2015)
| Марка стали | НД на поставку | ГОСТ на шайбы пружинные | Температура применения, °С | Дополнительные указания по применению |
| 65Г ГОСТ 14959 | ГОСТ 2283, ГОСТ 21997, ГОСТ 21996 | ГОСТ 6402 | От -60 до 250 | Применяется для работы в условиях атмосферной коррозии с противокоррозионными покрытиями |
ПРИМЕЧАНИЕ
После электрохимических покрытий обязательна термообработка (отпуск) для снятия водородной хрупкости с указанием в КД.
Физические свойства
Модуль нормальной упругости Е, ГПа
| Сталь | Е, ГПа, при температуре испытаний, °С | ||||||||
| 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | |
| 65Г | 215 | 213 | 207 | 200 | 180 | 170 | 154 | 136 | 128 |
Модуль упругости при сдвиге кручением G
| Сталь | G, ГПа, при температуре испытаний, °С | ||||||||
| 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | |
| 65Г | 84 | 83 | 80 | 77 | 70 | — | 58 | 51 | 48 |
Плотность ρ
| Сталь | ρ кг/см 3 при температуре испытаний, °С | |||
| 20 | 100 | 200 | 400 | |
| 65Г | 7850 | 7830 | 7800 | 7730 |
Коэффициент теплопроводности λ
| Сталь | λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С | ||||||||
| 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | |
| 65Г | 37 | 36 | 35 | 34 | 32 | 31 | 30 | 29 | 28 |
Коэффициент линейного расширения α
| Сталь | α*10 6 , К -1 , при температуре испытаний, °С | |||||||
| 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | |
| 65Г | 11,8 | 12,6 | 13,2 | 13,6 | 14,1 | 14,6 | 14,5 | 11,8 |
Удельная теплоемкость c
| Сталь | c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С | |||||||
| 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | |
| 65Г | 490 | 510 | 525 | 560 | 575 | 590 | 625 | 705 |
Температура критических точек, °С
Химический состав по ГОСТ 14959-2016
Таблица 1: Химический состав стали по анализу ковшевой пробы для металлопродукции, кроме предназначенной для изготовления
патентированной проволоки
| Массовая доля элементов, % | |||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Cu |
| 0,62-0,70 | 0,17-0,37 | 0,90-1,20 | не более 0,25 | не более 0,25 | не более 0,2 |
Таблица 2: Химический состав стали по анализу ковшевой пробы для металлопродукции, предназначенной для изготовления
патентированной проволоки
| Массовая доля элементов, % | |||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Cu |
| 0,62-0,70 | 0,17-0,37 | 0,70-1,00 | не более 0,15 | не более 0,15 | не более 0,2 |
Примечание: Массовая доля серы (S) и фосфора (P) в стали по анализу ковшовой пробы не должна превышать для стали всех марок по таблице 1 норм,
указанных в таблице 3.
Примечание: Предельные отклонения по химическому составу в готовой металлопродукции не должны превышать значений, указанных в таблице 4.
Механические свойства
| Источник | Состояние поставки | Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | Твердость HRC3, не более |
| не более | |||||||
| ГОСТ 14959-79 | Сталь категорий 3, ЗА, ЗБ, ЗВ, ЗГ, 4, 4А, 4Б. Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 470 °С | Образцы | 785 | 980 | 8 | 30 | — |
| ГОСТ 1577-93 | Лист нормализованный и горячекатаный: | 80 | — | 730 | 12 | — | — |
| Закалка с 800-820 °С в масле; отпуск при 340-380 °С, охл. на воздухе | 20 | 1220 | 1470 | 5 | 10 | 44-49 | |
| Закалка с 790-820 °С в масле; отпуск при 550- 580 °С, охл. на воздухе | 60 | 690 | 880 | 8 | 30 | 30-35 | |
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| tисп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | КСU, Дж/см 2 | Твердость HRCэ |
| 200 | 1790 | 2200 | 4 | 30 | 5 | 61 |
| 400 | 1450 | 1670 | 8 | 48 | 29 | 46 |
| 600 | 850 | 880 | 15 | 51 | 76 | 30 |
Примечание. Закалка с 830 °С в масле.
Механические свойства при повышенных температурах
| tисп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % |
| 200 | 1370 | 1670 | 15 | 44 |
| 300 | 1220 | 1370 | 19 | 52 |
| 400 | 980 | 1000 | 20 | 70 |
Примечание. Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 350 °С
Ударная вязкость KCU
| Термообработка | KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С | ||||
| 20 | 0 | -20 | -30 | -70 | |
| Закалка с 830 °С; отпуск при 480 °С | 110 | 69 | 27 | 23 | 12 |
Предел выносливости
| Состояние поставки | σ-1, МПа | τ-1, МПа |
| Закалка с 810 °С в масле; отпуск при 400 °С | 725 | 431 |
| Закалка с 810 °С в масле; отпуск при 500 °С | 480 | 284 |
| σ0,2 = 1220 МПа, σв = 1470 МПа, НВ 393-454 | 578 | — |
| σ0,2 = 1280 МПа, σв = 1420 МПа, НВ 420 | 647 | — |
| σ0,2 = 1440 МПа, σв = 1690 МПа, НВ 450 | 725 | — |
Технологические свойства
- Температура ковки, °С: начала 1250, конца 780-760. Охлаждение заготовок сечением до 100 мм производится на воздухе,
сечением 101-300 мм — в мульде. - Свариваемость — не применяется для сварных конструкций, КТС (Контактная сварка)— без ограничений.
- Склонность к отпускной хрупкости — склонна при содержании Mn > 1 %.
- Флокеночувствительность — малочувствительна.
- Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 0,85 и Kv б.ст = 0,80 в закаленном и отпущенном состоянии при
НВ 240 и σв = 820 МПа.
Прокаливаемость
Полоса прокаливаемости для стали 65Г после закалки с 800 °С приведена на рис.
Читайте также: