Сталь х12 режимы термообработки

Обновлено: 12.05.2024

Инструментальная сталь У12 (У12А) относится к группе сталей пониженной прокаливаемостии. Стали данной группы должны закаливаться в воде, а инструмент из этой стали имеет, как правило, незакаленную сердцевину. Закалка в воде требует принятия мер против сильного коробления, т.е. при конструировании инструмента следует избегать острых углов и резких переходов сечений [2].

Опыт показывает, что прокаливаемость стали У12, У12А весьма непостоянна. Отдельные плавки одной и той же марки могут прокаливаться на разную глубину [3].

При выборе данной марки стали следует иметь в виду, что чем выше твердость (допустим больше углерода, более низкий отпуск), тем выше износоустойчивость, но меньше прочность. Следовательно, если работа инструмента не сопровождается ударными нагрузками, лезвийная кромка имеет достаточное сечение — желательно иметь высокую туердость (62 HRC и выше) и, следовательно, следует применять высокоуглеродистую сталь У12 и давать низкий отпуск (150-200 °C), в противном случае используют стали с меньшим содержание углерода, например У7-У8, после отпуска при 250-300 °C и ˂60 HRC [3]xxxxxxxxx.

Сталь У12 применяется для изготовления инструмента с максимальной износостойкостью при наивысшей твердости, например:

резцы,
различный металлорежущий и мерительный инструмент,
напильники,
зубила для насечки напильников,
граверный инструмент,
волочильные доски и т.д.

Режущий инструмент, работающий в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки:

метчики ручные,
метчики машинные мелкоразмерные,
плашки для круппов,
развертки мелкоразмерные,
надфили,
измерительный инструмент простой формы: гладкие калибры, скобы,
штативы для холодной шлифовки обрезных и вырубных небольших размеров и без переходов по сечению,
холодновысадочные штампы и штемпели мелких размеров,
калибры простой формы и пониженных классов точности.

Химический состав, % (ГОСТ 1435-99)

Марка стали	Массовая доля элемента, %
	углерода	кремния	марганца	серы	фосфора
				не более
У12	1,10-1,29	0,17-0,33	0,17-0,33	0,028	0,030
У12А	1,10-1,29	0,17-0,33	0,17-0,28	0,018	0,025

Фазовый состав, % по массе

Температура критических точек, °C [2]

Закалка [3]

Температура закалки заэвтектойдной стали У12А лежит в интервале между Ac₃ и Ac₁. Структура стали в закаленном состоянии состоит из мартенсита и избыточных (вторичных) карбидов. Оптимальная температура закалки 790 °C.

В закаленной стали тетрагональность мартенсита и внутренние напряжения создают значительную хрупкость, поэтому после закалки отпуск является обязательной операцией. [3]

Обработка холодом [4]

Вариант закалки	Температура охлаждения, °С	Назначение	Повышение твердости ΔHRC
I-V	-50	Стабилизация размеров инструментов повышенной точности	1-2

ПРИМЕЧАНИЕ. Обработку холодом производить не позднее 1 ч после закалки.

Температура отпуска различного инструмента из стали У12 [3]

Виды инструмента	Сталь	Температура отпуска, °C	Приемочная твердость рабочей части HRC
Метчики	У12	180-200	60-62
Развертки	У12	160-180	62-64

Твердость углеродистой стали У12 после отпуска [7]

Ориентировочная температура термической обработки и твердость стали У10 в отожженном состоянии [6]

Температура отжига °C	Тведость после отжига HB (не более)	Температура закалки °C
760-780 °C	207	760-790 °C

Технологический процесс изотермического отжига стали У12, У12А [6]

Марка стали	Первый нагрев		Изотермическая выдержка		Твёрдость HВ
Марка стали	Температура, °C	Выдержка в час	Температура, °C	Выдержка в час	Твёрдость HВ
У12, У12А	750-770	1,5-2,5	640-680	1-2	187-207

Температура рекристаллизационного отжига стали [7]

Обработка давлением, после которой выполняется отжиг	Марка стали	Температура отжига в °С
Холодная протяжка (калибровка) прутков	У12	700

Ориентировочные режимы отжига инструментальных сталей У12, У12А для улучшения обрабатываемости при резании [7]

Температура нагрева в °С	Охлаждение	Диаметр отпечатка по Бринелю в мм
760-780	С печью по 50° в час до температуры 500 °С, а затем на воздухе	≥4,2

ПРИМЕЧАНИЕ. Для улучшения обрабатываемости инструментальных сталей применяется также высокий отпуск при температуре 650-680 °С.

Твердость [4]

Без °Cотжига		После °Cотжига		После °Cзакалки
d_отп, мм	НВ	d_отп, мм	НВ	Температура °Cзакалки, °С, °Cи охлаждающая среда	HRC
3,7-3,3	269-341	≥4,2	≤207	760-780, вода	≥62

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска [8]

t_отп., °C	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	КСU, Дж/см 2	Твердость HRC_э
400	1370	1570	9	24	20	52
500	880	1040	11	30	29	40
600	650	760	18	52	44	26

ПРИМЕЧАНИЕ. Образцы размером 32x32x42 мм. Закалка с 760-790 °C.

Твердость стали в зависимости от температуры отпуска [8]

t_отп., °C	Твердость HRC_э
160-180	62-64
180-220	59-63
200-270	55-61
450-500	37-47

ПРИМЕЧАНИЕ. Образцы сечением 21-30 мм. Закалка с 810-830 °C в воде.

Механические свойства в зависимости от температуры испытания

t_исп., °C	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	КСU, Дж/см 2
Отжиг при 20 °C; твердость НВ 207 [4, 9]
20	325	590-690	28	45-55	27
200	—	570	23	47	73
400	310	450	41	60	69
600	110	140	56	74	62
700	59	76	56	82	356
800	53	72	59	85	323
900	34	40	52	91	225
1000	20	28	55	98	157
Образец диаметром 5 мм и длиной 25 мм, °Cдеформированный и отожженный. Скорость деформирования 10 мм/мин; °Cскорость деформации 0,007 1/с [10]
700	—	105	60	68	—
800	—	100	52	96	—
900	—	60	40	100	—
1000	—	34	65	100	—
1100	—	18	74	100	—
1200	—	15	92	100	—

Истинные обобщеные механические характеристики отожженной стали при 20 °C [4]

ПРИМЕЧАНИЕ. При всех видах деформации разрушение вязкое.

Технологические свойства [10]

Температура ковки, °C: начала 1100, конца 750. Охлаждение замедленное на воздухе.
Свариваемость — не применяется для сварных конструкций. Способ сварки — КТС.
Обрабатываемость резанием — K_{v тв.спл.} = 1,0 и K_{v σ.ст} = 0,9 в отожженном состоянии при НВ 207.
Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.
Флокеночувствительность — не чувствительна.

Теплостойкость [10]

Температура, °C	Время, ч	Твердость HRC_э
150-160	1	63
200-220	1	59

Прокаливаемость [9, 11]

Термообработка	Критическая твердость HRC_э	Критический диаметр, мм, после закалки
Термообработка	Критическая твердость HRC_э	в воде	в масле
Закалка	61	10-20	4-6
Закалка с 760 °C	42-66	20	—

ПРИМЕЧАНИЕ. Шлифуемость — хорошая.

Физические свойства при 20 °C [12]

* Нижний предел значений H_c соответсвует структуре зернистого перлита, верхний — пластинчатого перлита.

Сталь марки Х12

Электрошлаковая наплавка стали Х12: электрошлаковую наплавку применяют, если площадь поверхности детали, подлежащей наплавке, достаточно велика. Ее выполняют как в нижнем, так и в вертикальном положении. Для высокохромистых ледебуритных сталей типа Х12 основными легирующими элементами являются углерод (1,2-2,3%) и хром (11,5-13,5%). Некоторые из сталей этого типа легируют незначительными добавками вольфрама, молибдена, азота, никеля, ванадия и титана. Основные легирующие элементы сообщают сталям высокую твердость, износостойкость, глубокую прокаливаемость и малую деформируемость при закалке. После отжига они удовлетворительно обрабатываются резцом.

Заготовки массой более 25 кг следует подогревать перед наплавкой, а после наплавки отжигать при температуре 700° С в течение 1-2 ч с медленным остыванием. Это позволит избежать, появления холодных трещин после наплавки.

Для последующей механической обработки наплавленное изделие отжигают по режиму: нагрев до 800-870° С, выдержка 1 - 4 ч, медленное охлаждение до 700° С, охлаждение на воздухе; суммарное время охлаждения должно составлять не менее 10 ч. После механической обработки изделие подвергают закалке с отпуском. Режимы закалки выбирают в зависимости от характера эксплуатации.

Краткие обозначения:
σ_в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ_0,05	- предел упругости, МПа	J_к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ_0,2	- предел текучести условный, МПа	σ_изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ₅,δ₄,δ₁₀	- относительное удлинение после разрыва, %	σ_-1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ_сж0,05 и σ_сж	- предел текучести при сжатии, МПа	J_-1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %	n	- количество циклов нагружения
s _в	- предел кратковременной прочности, МПа	R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %	E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2	T	- температура, при которой получены свойства, Град
s _T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю	C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу	p_n и r	- плотность кг/м 3
HRC_э	- твердость по Роквеллу, шкала С	а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В	σ t _Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору	G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Режимы термической обработки для сталей Х12Ф1 (Х12М)

Примечание: I – обычный режим; II – применяют, если обработка по режиму I не обеспечивает необходимой вязкости; III – для режущих инструментов, когда требуется износостойкость; IV – используют тогда, когда требуется неизменность размеров.

Поскольку в стали типа X12 количество остаточного аустенита колеблется в широких пределах (почти от 0 до 100 %), то изменение объёма, которое наблюдается при закалке, также значительно. При закалке на мартенсит сталь приобретает объём больший, чем исходный, а при закалке на аустенит – меньший
(см. кривую Δl на рис. 3.5). При некоторой температуре соотношение получающегося аустенита и мартенсита таково, что объём закалённой стали точно равен исходному. Как следует из графика, приведённого на рис. 3.5, это будет происходить при закалке от 1120 °С, когда фиксируется около 40 % остаточного аустенита при твёрдости около HRС 58 (в этом случае Δl = 0). Однако возможные колебания в температуре закалки, условиях охлаждения и других деталях термического режима, как правило, приводят к тому, что размеры штампа не окажутся точно равными исходным.

Если размеры штампа уменьшились, то дается отпуск при 520 °С. В результате такого отпуска остаточный аустенит превратится частично в мартенсит, и размеры штампа увеличатся. Если размеры штампа при закалке увеличились (штамп «вырос»), то проводят отпуск при 350 °С. Аустенит при этих температурах отпуска остаётся, а тетрагональный мартенсит превращается в отпущенный, и размеры штампа уменьшаются.

Эта операция носит название термической доводки. В результате термической доводки можно довести размеры крупных штампов до требуемого значения с точностью ±0,1 мм.

Стали Х12Ф1, Х12М и им подобные мало деформируются при закалке, а при применении термической доводки деформацию можно свести практически к нулю. Поэтому эти стали следует рекомендовать для инструмента сложной формы, для которого деформация при закалке недопустима. Существенным недостатком стали Х12 является пониженная механическая прочность, обусловленная наличием в этой стали большого количества карбидной фазы. Поскольку карбидов будет тем больше, чем больше углерода в стали, то сталь Х12 (с 2,0–2,3 % С) применяют лишь для неответственных по назначению и для простого по конструкции инструмента.

Для сталей типа Х12, как и для быстрорежущих сталей, большое значение имеет распределение карбидной фазы. Строчечное распределение карбидов, скопление карбидов, т. е. все то, что называется «карбидной ликвацией», сильно ухудшает прочность стали. Чем больше уков, а следовательно, чем меньше сечение металла (заготовки, прутка), тем сильнее раздробляются скопления карбидов, тем лучше качество стали (рис. 3.6, а, б). Поэтому основательную проковку следует рекомендовать в тех случаях, когда штамп имеет крупные размеры. Уковка в этом случае достигается попеременной осадкой и вытяжкой. Однако не всегда удается устранить в необходимой степени «карбидную ликвацию».

Сталь рассматриваемого класса, но с меньшим содержанием углерода и хрома и менее склонная к карбидной ликвации, обозначается маркой Х6ВФ. Она содержит меньше карбидов, чем сталь типа XI2 (12–14 % карбида Cr₇С₃ в отожженной стали Х6ВФ против 15–17 % в стали Х12Ф1 и 25–30 % в стали Х12), и при прочих равных условиях карбидная ликвация у неё меньше (рис. 3.6, б).

Рис. 3.6. Микроструктура стали, ´ 100:

Поведение стали Х6ВФ при термической обработке такое же, как и сталей типа Х12, однако повышение температуры закалки не приводит к такому резкому растворению карбидной фазы, как у сталей типа X12. Поэтому эта сталь обычно закаливается от 1000±10 °С (для получения максимальной твёрдости). При этом около 8 % карбидов из 12 % перейдёт в раствор, и мартенсит будет содержать около 5 % Сг.

Такой мартенсит достаточно устойчив против отпуска. Отпуск при
200 °С снижает твёрдость до HRС 58, а дальнейшее повышение температуры (до 500–525 °С) снижает твёрдость в незначительной степени – от 58 до
55–56 HRС. Поскольку прочность и вязкость также мало изменяются в этом же интервале температур отпуска (такое изменение свойств характерно и для сталей типа Х12), то сталь Х6ВФ отпускают или при 150 °С (дл сохранения высокой твёрдости), или при 200 °С (для некоторого повыше вязкости). Из этого следует, что области применения и режимы термической обработки сталей Х6ВФ и Х12Ф1 в общем похожи, только сталь Х6ВФ отличается более высокой прочностью, но меньшей износоустойчивостью, что является следствием меньшего количества в ней карбидной фазы.

Сталь Х12МФ инструментальная штамповая

Сталь Х12МФ является высоколегированной (высокохромистой) инструментальной полутеплостойкой сталью высокой твердости с повышенной износостойкостью. Данная сталь широко применяется для изготовления холодных штампов и других инструментов, деформирующих металл в холодном или относительно невысоко нагретом состоянии. Большинство высокохромистых штампованных сталей содержат в среднем 12% хрома (Cr) и высокий процент углерода. Это приводит к образованию большого количества хромистых карбидов (Cr₇C₃).

Именно большое количество карбидной фазы (при всех режимах термической обработки) и делает сталь высокоизносоустойчивой.

Сталь Х12МФ также обладает хорошей ковкостью и шлифуемостью [1].

Необходимую высокую твердость стали типа Х12 можно получить, закаливая
ее от высоких температур (1150 °C) в масле и получая, следовательно, большое количество остаточного аустенита, а затем путем обработки холодом и отпуска
добиваться разложения остаточного аустенита и получать высокую твердость (>60 HRC).

Но чаще сталь типа X12 закаливают с температур, дающих наибольшую твердость
после закалки (от 1050-1075 °C) и последующего низкого отпуска (при 150-180 °C).

Твердость в обоих случаях одинаковая (61-63 HRC), но в первом случае сталь
обладает более высокой красностойкостью, а во втором — большей прочностью.

Твердость стали Х12МФ достигает максимального значения (61-63 HRC) после закалки с 980-1020 °C; сталь сохраняет при этом зерно балла 10 и 15-20 % аустенита (что больше, чем у многих нетеплостойких сталей) [1].

При еще большем увеличении температуры закалки твердость снижается с 50-55 HRC и ниже из-за резкого повышения количества аустенита. С повышением температуры нагрева >1000-1020 °C прочность также снижается, вследствие роста зерен и влияния аустенита [1].

Предел упругости стали Х12МФ (для твердости 56-57 HRC) ~1300 МПа.

Сталь Х12МФ мало деформируются при закалке, а при применении термической доводки деформацию можно свести практически к нулю. Поэтому эту сталь следует рекомендовать для инструмента сложной формы, для которого деформация при закалке недопустима.

Молибден и ванадий в стали Х12МФ — необходимые добавки; они способствуют сохранению мелкого зерна и повышают прочность и вязкость [1].

Примерное назначение инструментальной легированной стали Х12МФ (ГОСТ 5950-2000)

Для холодных штампов высокой устойчивости против истирания (преимущественно с рабочей частью округлой формы), не подвергающихся сильным ударам и толчкам;
для волочильных досок и волок;
глазки для калибрования пруткового металла под накатку резьбы;
гибочные и формовочные штампы;
сложные секций кузовных штампов, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению;
матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов;
штамповки активной части электрических машин и электромагнитных систем электрических аппаратов;
для профилировочных роликов сложных форм;
сложные дыропрошивочные матрицы при формовке листового металла;
эталонные шестерени;
накатные плашеки;
волоки;
матрицы и пуансоны вырубных, просечных штампов (в том числе совмещенных и последовательных) со сложной конфигурацией рабочих частей.

Температура критических точек, °C [4]

Химический состав, % (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали	Массовая доля элемента, %
Марка стали	углерода	кремния	марганца	хрома	вольфрама	наладим	молибдена	никеля
Х12МФ	1,45-1,65	0,10-0,40	0,15-0,45	11,00-12,50	—	0,15-0,30	0,40-0,60	—

Температура закалки стали Х12МФ [1]

Закалка на первичную твердость		Закалка на вторичную твердость
t, °C	твердость, HRC	t, °C	твердость, HRC
990-1010 *	62-63	1080-1100	54-56

* 1050-1070 °C для повышения теплостойкости и сохранения твердости при значительном шлифовании и 1020-1040 °C для получения минимальной деформации.

Режимы термической обработки стали Х12МФ [4]

I — обычный режим;
II — применяют, если обработка по режиму I не обеспечивает необходимой вязкости:
III -для режущих инструментов, когда требуется износостойкость;
IV — используют тогда, когда требуется неизменность размеров.

Режимы окончательной термической обработки [4]

Обработка холодом [1]

Такая обработка с охлаждением до -70 °C повышает твердость на 1-3 HRC и сопротивление пластической деформации, но снижает вязкость. Возрастание износостойкости при этом незначительно. Обработка холодом используется сравнительно редко для повышения предела выносливости, но при условии выполнения длительного отпуска, в большей степени снимающего создающиеся дополнительные напряжения.

Сталь 12ХН3А конструкционная легированная хромо-никелевая

Согласно ГОСТ 4543-2016 цифра 12 перед буквенным обозначением указывает среднюю массовую долю углерода (C) в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 12ХН3А составляет 0,12%.
Буква Х означает, что сталь легирована хромом, отсутствие цифры за буквой означает, что содержание хрома до 1,5%.
Буква Н означает, что сталь легирована никелем, цифра 3 указывает примерную массовую долю никеля в целых единицах, т.е. содержание никеля в стали 12ХН3А примерно 3%.
Буква А означает, что сталь высококачественная, т.е. с повышенными требованиями к химическому составу и макроструктуре стали по сравнению с качественной сталью.

Вид поставки

Cортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 10702-78.
Калиброванный пругок ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73, ГОСТ 10702-78.
Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76.
Поковка и кованая заготовка ГОСТ 1133-71. Труба ГОСТ 21729-76, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 9567-75.

Характеристики

Сталь 12ХНЗА является конструкционной легированной (хромо-никелевой) цементуемой сталью и предназначена для изготовления деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок или при отрицательных температурах, например:

шестерни,
валы,
цапфы,
шарниры,
червяки,
кулачковые муфты,
поршневые пальцы,
цементуемые детали,
детали автомашин и самолетов

Сталь 12ХН3А сочетает в себе высокую прочность с хорошей пластичностью и имеет хорошую ударную вязкость при низких температурах.

Сталь этой марки относится к лучшим образцам конструкционной стали. Сочетание никеля и хрома обеспечивают этой стали характеристики позволяющие изготавливать из нее ответственные детали.

Так как никель целиком растворяется в твердом растворе, он способствует более значительному увеличению твердости и прочности феррита, чем хром. При одновременном присутствии в стали никеля и хрома достигается хорошее сочетание механических свойства (прочности и вязкости), а также большая прокаливаемость.

Применения стали 12ХН3А для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок)(ГОСТ 33260-2015)

Материал	НД на поставку	Температура рабочей среды (стенки), °С	Дополнительные указания по применению
12ХН3А ГОСТ 4543	Сортовой прокат ГОСТ 4543	От -70 до 180	Для деталей узла затвора (пята, подпятник). Используется с цементированием

Температура критических точек, °С

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

C	Mn	Si	Cr	Ni	Р	S	Cu
					не более
0,09-0,16	0,30-0,60	0,17-0,37	0,60-0,90	2,75-3,15	0,025	0,025	0,30

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали	Массовая доля элементов, %
Марка стали	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Al	Ti	V	B
0,09-0,16	0,17-0,37	0,30-0,60	0,60-0,90	2,75-3,15	—	—	—	—	—

В стали всех марок, за исключением легированных вольфрамом, молибденом, ванадием и титаном, допускается массовая доля остаточных элементов, не более: вольфрама — 0,20 %, молибдена — 0,11 %, ванадия — 0,05 % и остаточного или преднамеренно введенного титана (за исключением стали марок, перечисленных в примечании 1 настоящей таблицы) — не более 0,03 %.
Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 ГОСТ 4543-2016.

Твердость по Бринеллю (ГОСТ 4543-2016)

ПРИМЕЧАНИЕ:
Твердость по Бринеллю указана для металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), для диаметров или толщин свыше 5 мм.

Термическая обработка

ВНИМАНИЕ. Описание термообработки и цементации для стали 12ХН3А дано на основе описания термообработки для чехославацкой стали-аналога 16420. В тексте ниже сталь 16420 заменена на сталь 12ХН3А (Источник «Цементация стали» Корецкий Я., 1962 г.)

При отжиге для смягчения сталь 12ХН3А нагревают до 610-630°С в течение 4 час., после чего следует медленное охлаждение в печи. Нормализацию производят при температуре 830-870°С с постепенным охлаждением иа воздухе.

в твердом карбюризаторе при 860-880°С,
в соли и газах при 900-920°С.

Науглероживание происходит достаточно плавно; в соответствующей среде и при указанной температуре цементации сталь 12ХН3А не склонна к образованию цементита. Кроме того, она не образует большого количества остаточного аустенита при соответствующей толщине слоя. Сталь не рекомендуется закаливать непосредственно с температуры цементации: достаточной является
после постепенного охлаждения одинарная закалка при температуре 790-810°С в масле. Двойная закалка для этой стали не приносит пользы, а ведет, наоборот, к большой деформации. В воде закаливают только большие по размеру детали без надрезов и выступов. Сталь 12ХН3А получает после цементации на поверхности надежную твердость 60-62 HRC.

Благодаря высокому содержанию легирующих примесей сталь 12ХН3А удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ее высоким механическим свойствам. В этом случае закалку производят при 810-850° С в масле, а отпуск при 500-650°С, что обеспечивает получение прочности 75-85 кг/мм 2 .

Поскольку аналогом-заменителем стали 12ХН3А является сталь 12ХН2, то ниже приведено описание процесса цементации для стали 12ХН2.
Цементация стали 12ХН2 производится при 900-920°С с последующей закалкой в масле с температуры 790-810°С и отпуском при 170-180°С.

Влияние хрома (Cr) и никеля (Ni) на цементацию стали 12ХН3А

Хром в цементуемых сталях способствует насыщению слоя углеродом. Он препятствует образованию остаточного аустенита, вследствие чего цементованный слой в хромистых сталях имеет надежную твердость.
Сердцевина хромистых сталей обладает хорошими твердостью и ударной вязкостью. Хром улучшает прокаливаемость стали и уменьшает ее склонность к возникновению мягких пятен.

Никель не оказывает существенного влияния на диффузию углерода в сталь, но снижает предел наибольшего содержания углерода в слое. Никель придает слою способность к сохранению остаточного аустенита, снижающего
твердость слоя. Оказывая благотворное влияние на прокаливаемость, никель придает сердцевине хорошую ударную вязкость при плавном повышении прочности. Он снижает температуры, необходимые для нагрева слоя и сердцевины при закалке,
и способствует тому, что при обычной закалке сталь остается мелкозернистой. Никель способствует сохранению хорошей ударной вязкости закаленных цементованных сталей, используемых при низкой температуре.

Механические свойства (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали				12ХН3А
Режим термической обработки	Закалка	Температура, °С	1-й закалки или нормализации	860
			2-й закалки	760-810
		Среда охлаждения		Вода или масло
	Отпуск	Температура, °С		180
		Среда охлаждения		Воздух или масло
Механические свойства, не менее	Предел текучести, σ_т, МПа			685
	Временное сопротивление, σ_в, МПа			930
	Относительное	удлинение δ₅, %		11
		сужение Ψ, %		55
	Ударная вязкость KCU, Дж/см 2			88
Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм				15

Механические свойства заготовки диаметром 70 мм в зависимости от температуры отпуска

t_отп, °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость HB
200	1270	1370	12	60	98	400
300	1130	1270	13	68	78	380
400	1080	1200	14	68	83	375
500	930	1030	19	70	118	280
600	670	730	24	75	167	230

ПРИМЕЧАНИЕ: Закалка с 800 °С в масле.

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость HRC_э поверхности
10	1080	1220	13	60	157	35
15	780	980	16	65	152	32
20	730	880	16	70	165	30
25	640	830	20	70	192	28

ПРИМЕЧАНИЕ. Ложная цементация при 910 °С, 9 ч; закалка с 810 °С в масле; отпуск при 200 °С, охл. на воздухе.

t_исп, °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см 2
20	540	670	21	75	274
200	520	630	20	74	216
300	500	630	12	70	211
400	430	530	20	75	181
500	390	410	19	86	142
550	240	260	21	82	—

ПРИМЕЧАНИЕ. Отжиг при 880-900 °С; закалка с 860 °С в масле; отпуск при 600 °С, 3 ч.

Механические свойства прутка

Источник	Термообработка	Сечение, мм	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость не более
Источник	Термообработка	Сечение, мм	не менее					Твердость не более
ГОСТ 4543-71	Закалка с 860 °С в воде или масле; закалка с 760-810 °С в воде или масле; отпуск при 180 °С, охл. на воздухе или в масле	15	685	930	11	55	88	—
Цементация при 920-950 °С; закалка с 800-820 °С масле; отпуск при 160-200 °С, охл. на воздухе	60 100	830 690	980 830	12 10	55 50	118 78	HRC_э (59-64) 1 , HB 303 2 HRC_э (57-63) 1 , HB 250 2

Ударная вязкость прутков сечением 10 мм, KCU

Термообработка	KCU, Дж/см 2 при температуре, °С
	+20	-40
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 200 °С, 1 ч; HRC_э 37

Механические свойства при повышенных температурах

t_исп, °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %
700	70	140	41	78
800	29	89	61	97
900	27	68	58	100
1000	23	44	63	100
1100	23	43	73	100
1200	12	25	70	100
1250	10	18	67	100

ПРИМЕЧАНИЕ: Образец диаметром 10 мм и длиной 50 мм, кованый и отожженый.
Скорость деформирования 5 мм/мин; скорость деформации 0,002 1/с.

Предел выносливости

Характеристики прочности	σ_-1, МПа	τ_-1, МПа
σ_-1 = 680 МПа; σ_в = 960 МПа; HB 322	382	—
σ_-1 = 610 МПа; σ_в = 730 МПа; HB 238	338	230
σ_в = 690 МПа; n = 10 δ	382-461	216-255
σ_в = 910 МПа	441	245

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1220, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, сечения 101-300 мм — в яме.

Свариваемость — ограниченная. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом.

Обрабатываемость резанием — K_{v тв.спл.} = 1,26 и K_{v б.ст.} = 0,95 в горячекатаном состоянии при НВ 183-187.

Склонность к отпускной хрупкости — склонна.

Прокаливаемость (ГОСТ 4543-71)

Твердость HRC_э на расстоянии от торца, мм (закалка 849 °С)
1,5	3,0	4,5	6,0	7,5	9,0	12	15	21,0	27,0
88,5-43	37-43	35-42	31,5-41	25-40,5	22-38,5	35	32	28,5	26,5

Полоса прокаливаемости стали 12ХНЗА после нормализации при 850 °С и закалки с 840 °С приведена на рисунке ниже.

Читайте также:

Вариант	Температура, °C	Охлаждение			Охлаждение до 20 °C	HRC	Структура или балл мартенсита по шкале №3 ГОСТ 8233-56
		Среда	Температура, °C	Выдержка
I	770-790	Вода	20-40	До 200-250 °C	В масле	62-64	1
II		5%-ный водный раствор поваренной соли				62-65
III		5-10%-ный водный раствор щелочи				62 — 64
IV	790 — 810	Масло индустриальное 12		До 20 — 40 °C	—	62-64	1-3 Для изделий диаметром или толщиной менее 6-8 мм
						40 — 50	Сорбит-троостит В зависимости от диаметра или толщины изделия
V	790-810	Расплав селитры, щелочи	150 — 180	Выдержка в расплаве равна выдержке при нагреве под закалку	На воздухе	62-64	1-3 Для изделий диаметром или толщиной менее 6-8 мм
VI			Температуру расплава и продолжительность изотермической выдержки выбирают по диаграмме на рис.1 в зависимости от требуемой твердости. Охлаждение до 20 °C на воздухе				Сорбит-троостит

Вариант	Назначение отпуска	Температура нагрева, °С	Среда нагрева	HRC
I	Снятие напряжений, стабилизация структуры и размеров	140-160	Масло, расплав селитры, щелочи	62-64
		160-180		61-63
		180-200		60 — 62
		200-250		56-61
II	Снятие напряжений и понижение твердости	См. примечание 2	Расплав селитры, щелочи, печь с воздушной атмосферой	—

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
12ХН3А	200	1000 (100)	-80	40