Как закалить сталь 20

Обновлено: 07.01.2025

20Х — прочная и пластичная сталь, которая служит для создания строительных конструкций и деталей. Сплав легирован хромом, а значит, имеет хорошие показатели жаростойкости. Также хромистая сталь лучше сопротивляется разрушению кислотами и щёлочью.

Главные способы использования: создание цементуемых деталей с высоким запасом твердости поверхности и низкой прочностью сердцевины, служащих при трении на износ — шестерёнки, втулки, гильзы, плунжеры, диски, рычажки и др.

Термообработка и закалка

Для стали 20Х в большинстве случаев используют мягкий отжиг при 750–800 °С. Далее она охлаждается в печи до 500 °С.

Последний термический этап обработки – закалка при 950–1000 °С. После неё сплав подвергается выдержке в масле или на воздухе один-два часа и проверяется на заданную прочность и стойкость против коррозии.

Характеристики

Твердость

По Бринеллю: 170 НВ максимум.
По Роквеллу: 44–53.
В состоянии плавки: HB 10 -1 — 179.

Как определить плотность?

Плотность объекта при разных температурах:

Градусы	30	110	220	330	440	510	620	730	840	910
20Х	7820	7830	7680	—	7810	—	7540	—	—	—

Марка

Химический состав

Процентное соотношение элементов представленной стали по ГОСТ 4543-71:

Silicium: 0,17–0,37.
Manganum: 0,7–0,9.
Chromium: 0,6–1,0.
Carboneum: 0,18–0,23.

Предел прочности и текучести

Мера прочности, что может привести к разрыву, колеблется от 36 до 46 кг\мм 2 .
Текучесть 20Х — 300 мегапаскаль.

Ударная вязкость

Вид материала	Ударная вязкость, Дж/см 2 , с температурой, °С
Вид материала	+20	-20	-40	-60
Прут радиусом среза 57,5 мм; закаливание и отпуск	270–286	270–289	267–277	251–264

Температура эксплуатации

Сталь может эксплуатироваться в пределах данных температур:

Ac1 = 750.
Ac3 (Acm) = 815.
Ar3 (Arcm) = 745.
Ar1 = 675 , Mn = 380.

Механические свойства

ГОСТ	Поставка, вид тепловой обработки	Сечение, мм	_{Условная мера текучести}(мегапаскаль)	Мера прочности (кратковременная) (мегапаскаль)	Относительное расширение после разрыва в %	Относительное сужение в %	Вязкость от удара (Килоджоуль / м 2 )	Проверка по шкале Бриннеля, не более
ГОСТ 4543-71	Стальной прут, закалённый на 880 °С, H2O или масло; закалка используется при 770–820 °С, вода или масло; отпуск, заключительный этап — 180 °С, воздух или масло	14	630	770	11	40	59
ГОСТ 10702-78	Сталь, прошедшая нагартовку и калибровку с нужной отделкой без нагрева и охлаждения	585	5	45	207
Прут. Насыщение диффузионными частицами углерода поверхности стали: 920–950 °С, воздух; закалка 800 °С, масло; заключительный этап: 190 °С, воздух	50	380	640	13	40	49	250 (верх 55-63)

Механические свойства поковок(не полностью готовых изделий) 20Х:

Теплообработка	Сечение, мм	КП	Условная мера текучести в мегапаскалях	Мера кратковременной прочности в мегапаскалях	Относительное удлинение после разрыва (%)	Относительное сужение в %	KCU (кдж/ м 2 )	Твёрдость по Бриннелю (шарик), не более
Приход к норме	до 100 100–300 300–500	185	195	390	26 22 21	55 51 46	59 53 49	111–156
	до 100 100–300	225	215	430	24 21	52 49	52 49	124–168
	до 100	235	245	470	22	47	48	142–179
Закалка. Отпуск	100–300	255	245	470	19	41	39	142–169
	до 100 100–300	285	275	530	22 17	41 37	47 34	157–197
	100–300 100–300	325 355	315 345	570 590	14 17	34 45	36 54	168–209 174–217

Характеристики стали, зависящие от температуры нагрева и последующего охлаждения:

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

Термообработка стали 45

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

Термообработка стали 45

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

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

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

Термообработка стали 40Х

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

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

Термообработка стали 20

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

Термообработка стали 30хгса

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

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

Термообработка стали 65г

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

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

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

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

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

Общая характеристика, состав и применение стали марки СТ20

Наиболее востребованной на рынке считается марка стали СТ20. Ее применение оправдано во многих областях производства. Качественная углеродистая сталь должна соответствовать стандартам ГОСТ и обладать определенными характеристиками и сферой применения, существует пара-тройка аналогов иностранного производства с идентичными по составу и функциональному использованию свойствами.

Химический состав

Данный вид стали является своеобразной конструкционной моделью, которая отличается отменным качеством и прочностью. Выплавка происходит в соответствии со строгими соблюдениями правил и норм, установленных ГОСТами. Для каждой модели есть свои стандарты, которые описаны соответствующем документе.

По составу сталь СТ20 включает в себя следующие элементы:

Расшифровка

Справка. Аббревиатура СТ дает информацию о стали обычного состава с углеродистым содержанием. Цифрой помечается номер состава. Рядом с тем или иным видом стали можно увидеть ряд определенных символов, которые указывают на спокойное состояние – сп, пс – полуспокойное состояние и кп – кипящая.

Спокойная сталь образуется полным исключением кислорода. Для этого вводится в сплав кремний и марганец.

В данном сплаве находится очень маленькое количество оксидов железа. Это обуславливает функционирование материала без выделения специфических веществ в газообразном виде.

Сплав в ковше застывает быстро и сталь на выходе имеет плотную структуру и однородность. Верхняя часть покрыта газовой раковиной. Газ быстро улетучивается при механических манипуляциях, производимых с брусками.

Кипящий вариант стали образуется путем раскисления марганца. В нем превышен процент содержания железа, из-за чего происходит взаимодействие с углеродом. Происходит выделение углекислого газа. Образуются газовые пузыри, которые выглядят как кипящая масса.

У этой детали высокий процент пористости. Но у этого варианта достаточно низкая цена на рынке, а после использования не образуется вредных отходов. Полуспокойная сталь находится между описанной спокойной и кипящей.

По видам обработки сталь этой марки делят на кованую, калиброванную, горячекатаную и серебрянку. Последняя имеет круглое основание и покрыта специальным составом.

Основные характеристики и свойства

Физические и технологические свойства стали марки СТ20 описаны в таблицах №1 и №2.

Технологические свойства
Ковка	Начальная температура ковки составляет 1280 °С, конечная – 750 °С. Охлаждение производится на воздухе
Свариваемость	Сваривается без ограничений. Исключение составляют только некоторые детали, которые подвергались химической и термической обработке
Обрабатываемость резанием	В горячекатаном состоянии при НВ 126 – 131 и Q = 450 – 490 Мпа. Кv твердый сплав равен 1,7, Кv быстрорежущая сталь составляет 1,6
Флокеночувствительность	Не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости	Не склонна

Физические свойства	Испытательная температура в °С
Физические свойства	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормативной упругости (Е, ГПа)	212	208	203	197	189	177	163	140	–	–
Модуль упругости при сдвиге кручением (G, ГПа)	78	77	76	73	69	66	59	–	–	–
Плотность (Pn? Кг/куб.м)	7859	7835	7803	7770	7736	7699	7659	7617	7624	7600
Теплопроводность (Вт/(м*К)	–	51	49	44	43	39	36	32	26	26
Электросопротивление (р, нОм*м)	–	219	292	38	487	601	758	325	1094	1135
20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
Линейное расширение	12,3	13,1	13,8	14,3	14,8	15,1	15,2	–	–	–
Удельная теплоемкость (с, Дж/(кг*К))	486	498	514	533	555	584	636	703	703	695

к содержанию ↑

Химические

Химические свойства стали СТ 20 таковы, что она не обладает устойчивостью к кислотным соединениям, и при повышенном их влиянии может окисляться.

Вода, попадающая на изделие, оставляет на месте своего воздействия характерные ржавые следы. Тем не менее, эти факторы не являются причинами резкого ухудшения внешнего вида и прочности состава.

Для защиты от коррозионных разрушений рекомендуется наносить на сталь гальванические покрытия в виде хрома, цинка и других аналогичных по составу соединений.

Физические

Плотность равна 7850 кг/куб.м. Температура начала процесса плавления составляет 1500 °С. Чтобы перевести сталь в жидкое состояние нужно соблюсти температурный предел в 1600 °С. СТ 20 легко отдает тепло, проводит его благодаря отличной способности его же и отдавать.

Справка. При повышении температурных режимов изделие быстро расширяется. Сталь этой марки отлично проводит электричество.

Механические

Высокопластичная сталь имеет средние показатели прочности и обладает хорошей твердостью. Упругий модуль достигает 200 Мпа. Разрыв возможен при достижении максимального удлинения в 23 – 26%, сужение при этом имеет еще больший показатель – 55%. Очень вязкая и стойкая к ударным воздействиям.

Повышение прочности производится путем проведения процедуры наклепа. Может осуществляться прокатывание роликами. Эта процедура имеет своеобразное название механического воздействия на структуру стали. Может осуществляться нормализация или отжиг упрочнения. В данном случае речь идет о термическом варианте воздействия.

Технологические

Высокотехнологичный сплав отлично обрабатывается давлением и выдерживает любой тип резания. Штамповка производится чаще в горячем, чем в холодном виде. Сталь не трескается при обработке паром или под мощным давлением. По свариваемости сталь принадлежит к первой группе. Перед сваркой совершенно не нужно проводить подготовительные работы. К тому же, нагрев и термическая обработка вообще не подразумевается.

Этот сплав принадлежит к группе цементируемых изделий. Частички углерода имеют свойство оседать на изделие и помещаться в его внутреннем составе. Нагрев производят в специально подобранной атмосфере насыщения стали углекислым газом. Химическое и термическое воздействие придают дополнительную прочность и увеличивают срок эксплуатации материала при постоянном и превышенном воздействии на него нагрузок извне.

Внимание. Сварные швы плотные по своим свойствам, поэтому при проведении сварочных работ по своим характеристикам схожи с куском цельного металла.

Виды прокатного профиля

Прокатный профиль из СТ 20 получают одним из двух способов:

Горячее деформирование. Данный метод используется только для изделий определенной толщины, который не должен быть выше 4 мм.
Холодное деформирование. Для малой толщины изделий. В результате процедуры происходит утолщение сплава.

Этими методами получают следующие виды проката:

Холоднокатаные трубы из стали, сваренной целиком. Листы подлежат соединению по краям швов, которые выступают по прямой линии. Это делают после предварительной их свертки по радиусу. Получаются цельные изделия с повышенной твердостью.
Бесшовные трубы. Применяется метод горячего и холодного волочения, что придает изделию максимальную прочность и устанавливает достаточно высокую цену.
Профиля всех видов: листы, швеллера, проволоки, прутки. Можно изготавливать любые по длине и ширине изделия.

Применение

Широкое применение сталь СТ 20 получила в различных отраслях промышленности:

Машиностроение. Стальные элементы используются в качестве получения шестерней, муфт соединительного характера и элементов червячных пар. Из них получаются первоклассные приспособления для крепежа, а также соединительные детали в виде валов и кронштейнов.
Трубопроводная отрасль по изготовлению арматуры.
Строительство. Благодаря ряду ценных характеристик данного вида стали, ее применяют для производства металлоконструкций.

Важно. Прекрасная характеристики крепления во время спаивания, невысокая стоимость и невероятная прочность делают доступным использование стальных элементов в работе несущих конструкций в виде ферм, перекладин поперечного вида и стоек. Отлично получаются крепежные детали и элементы подобного характера (гайки, болты и прочие подобные детали).

Производство изделий марки 20 имеет свои стандарты:

Прокаты фасонного и сортового типа делаются в соответствии норм и правил ГОСТ, изданными в следующих номерах: 1050-88, 2590-2006, 2591-2006, 2879-2006, 8509-93, 8510-86, 8240-97, 8239-89.
Пруток калиброванный изготавливается в соответствии со стандартами ГОСТ: 7417-75, 8559-75, 8560-78, 10702-78.
Серебрянка и шлифованный пруток регламентируются ГОСТ 14955-77.
Толстые листы представляют собой заготовки, выполненные в строгом соответствии со стандартами ГОСТ 1577-93 и ГОСТ 19903-74.
Тонкие листы изготавливаются в соответствии с ГОСТ 16523-97.
Производство лент происходит строго в соответствии четырех стандартов ГОСТ: 6009-74, 10234-77, 103-2006, 82-70.
Проволочные изделия подлежат заготовки по ГОСТу 5663-79 и ГОСТу 17305-91.
Заготовки кованого типа, а также поковки изготавливаются согласно правилам и принятым стандартам ГОСТ 8479-70.
Трубы подлежат регламенту семи ГОСТов: 10704-91, 10705-80, 8731-74, 8732-78, 8733-74, 5654-76 и 550-75.

Стоимость 1 тонны металла

Марка стали СТ20 по стандартным меркам принадлежит к классу черных металлов. Это не финансово затратный вид сплава.

Тонна лома в зависимости от региона приобретения может стоить от 28000 до 30000 руб. ориентировочно. На цену осуществляют давление следующие факторы: коррозийные следы, которые могут появиться в результате хранения стали и объем партии. Сдача лома создает условия повышения цены. Наценка в данном случае возможна только от реализации 1000 тонн и более.

Марка стали СТ20 имеет обладает своеобразным типом и имеет свойственные только ей характеристики. Индивидуальные показатели делают ее востребованной на рынке многих производств. Производить изделие самостоятельно в домашних условиях невозможно, так как для выплавления требуется иметь дорогостоящее оборудование и обладать профессиональными навыками.

Сталь 20 по ГОСТ 1050-88

Процесс термообработки представлен основными видами, среди которых необходимо выделить:

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

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

Особенности стали

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

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

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

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

Термообработка

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

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

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

Закалка и выполнение высокого отпуска (улучшение)

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

3.2.2 Низкоуглеродистые стали для цементации

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

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

— низколегированные стали с незначительно упрочняемой сердцевиной;

— легированные стали с сильно упрочняемой сердцевиной при термической обработке.

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

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

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

Процесс производства закалки

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

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

Существуют такие виды закалки:

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

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

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

Проведение отпуска позволяет снимать напряжения закаливания.

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

Механические свойства стали 20 после нормализации

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

Среды для закалки

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

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

Процесс медленного кипения происходит в несколько этапов:

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

Химический состав стали 20 в соответствии с ДСТУ 7809, %

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

Способы закалки

Закалку деталей выполняют, используя такие способы:

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

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

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

Конструкционная сталь
Инструментальная сталь
Магнитная сталь

Описание марки стали 20ЮЧ

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

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

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

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

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

Читайте также: