Сталь cs55 твердость по роквеллу
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.
Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)
| 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 |
Химический состав, % (ГОСТ 1050-2013)
| 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 |
Температура критических точек, °С
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)
Механические свойства проката
| 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) | — | |
Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)
| 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
Механические свойства при повышенных температурах
| 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 | — |
Ударная вязкость KCU
| 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 |
Технологические свойства
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.
Все о твердости стали для ножей
Нож как изделие начинается не с рукоятки и украшений, так как это не сувенир. Поскольку он является режущим инструментом, решающую роль в выборе такого изделия играет качество стали, из которой изготовлен клинок.
Какой должна быть твёрдость?
Оптимальный показатель твёрдости для профессиональных ножей – порядка 65 единиц по шкале Роквелла. Победитовых или покрытых алмазным напылением ножей, естественно, не выпускают, а выплавить победит и нанести алмазную крошку в домашних условиях почти невозможно. Если отбросить оба этих варианта, то современная сталелитейная и кузнечная промышленности предлагают десятки сортов сталей.
Отбросив самые низкокачественные, метко прозванные в народе «пластилином, который тупится через пять минут работы», стоит присмотреться к оптимальным вариантам, не слишком твёрдым. Дело в том, что твёрдость имеет оборотное качество – хрупкость, в основном обусловленную наличием в составе стали серы и фосфора.
Сера, к примеру, портит сталь, делая её хрупкой, поэтому в высококачественных сплавах её содержание сокращают почти до следовых количеств.
Показатели у разных марок
Выбирая сталь с оптимальным сочетанием твёрдости и хрупкости, потребитель останавливается на лучшем по соотношению цены и качества изделии. Легирование сталей хромом, молибденом, кобальтом улучшает противодействие сплава образованию ржавчины, а также улучшает упругостный (ударная вязкость) и прочностной показатели (является следствием оптимального сочетания твёрдости и упругости). В качестве схожего примера – свёрла, в сплаве которых содержится кобальт.
Из нижеследующей подборки исключены все стали не вполне качественных марок. Когда стоит задача не взять первый попавшийся товар, а как следует изучить ассортимент и выбрать наилучшее за свой бюджет, выделенный на покупку ножа, то обратить внимание нужно на следующие марки стали.
- CPM-S30V – сплав с содержанием ниобия и карбида. Устойчив к образованию ржавчины и способен выдержать режущую кромку даже после нескольких тысяч циклов допустимой нагрузки на остриё. Ниобий позволяет легко подточить лезвие. Является сбалансированным по прочности и твёрдости составом.
- CPM-S35VN – мелкозернистая сталь, содержит только ниобий. Усовершенствованный вариант предыдущего сплава. Качества сохранены на уровне предыдущего образца.
- CPM-M4 – высокоуглеродистая сталь с вольфрамом, молибденом и ванадием. Почти не содержит хрома. Высокая прочность, устойчивость и склонность к лёгкой обработке, но не в полной мере: затачивать необходимо с помощью особого точильного круга или диска. Подвержена образованию ржавчины, но достаточно долго удерживает остроту.
- CTS-XHP обладает заявленной твёрдостью по шкале Роквелла в 61 единицу. Производство налажено на основе порошковой стали, после спекания порошкообразного состава образуется мелкозернистая структура. Устойчивый к ржавлению состав, но точится долго.
- Elmax содержит много молибдена, ванадия и хрома. Износостойкий состав, противодействующий пищевым окислителям и воде. Несмотря на принадлежность к нержавейке, имеет отношение к высокоуглеродистым составам. Благодаря гораздо более облегчённой по сравнению с предыдущим вариантом заточке пользуется большей популярностью.
- ZDP-189 – состав с твёрдостью в 64 единицы по шкале Роквелла, заметно лучше многих своих собратьев по данному признаку. Ржавеющий состав требует ухода. Сложен в заточке.
- M390 – стальной сплав третьего поколения, содержащий в своём составе вольфрам, молибден, ванадий и хром. Уверенное удержание кромки и противостояние ржавлению, повышенному износу. Закалённая сталь данной марки достигает значения твёрдости в 62 единицы по Роквеллу.
- CPM-S90V – высокоуглеродистая сталь с повышенным содержанием ванадия. Состав отличается износоустойчивостью даже к наждачке, отчего заточить его сложно.
Другие марки сталей, не вошедшие в данный список, для серьёзных задач можно даже не рассматривать. Даже когда вы не рубите кости и не разделываете туши убитой дичи, не стоит пытаться одним кухонным ножом решить все насущные вопросы.
Опытные туристы и путешественники не станут тратиться на низкопробный ширпотреб, а вложатся в клинок с качеством хотя бы выше среднего.
Как определить?
Догадаться, какая перед вами сталь: обычного кухонного или более профессионального назначения, достаточно просто. На фирменном клинке указываются марка стали и страна изготовления. Информация эта должна быть выгравирована с помощью лазерного стачивающего станка: крупные и заслуженные компании могут себе позволить лазерный гравировщик на основе ЧПУ. Если сведения напечатаны при помощи краски, пусть и износостойкой, вроде той, которой окрашивают новые автомобили, в любом случае это расчёт на то, что надпись сотрётся. Гравировка с профессиональной стали не стирается, не смазывается и не мутнеет 10 и более лет при условии, что сталь ещё и нержавеющая. На профессиональных ножевых кухонных изделиях можно встретить, к примеру, обозначение вроде AISI 420 (американская марка нержавейки) либо символы вроде X50CrMoV15, означающие европейскую систему маркировки.
По последним с высокой достоверностью определяют состав. Американские, европейские и японские фирмы часто указывают значение твёрдости по шкале Роквелла рядом с маркером применённого при изготовлении ножа состава, например, 62-64 HRC. Если вы столкнулись с подделкой, к примеру, из Китая, не стоит ждать от неё многого. Оригинальный высокопрочный товар, за который выдают поделку из «пластилиновой» стали, что легко тупится, разочарует быстро тупящимся лезвием надолго, по сравнению с радостью от низкой цены. Некоторые пользователи вместо туристического ножа могут раздобыть медицинский скальпель, притом настоящий. Такой нож сработан из высококачественной и высокопрочной нержавейки, долго остаётся острым и не будет тупиться даже после десяти тысяч разрезаний. Им можно даже скалывать щепки с засохшей ветки дерева.
Когда он затупится, заточить его будет непросто: потребуется либо специальный точильный круг, либо болгарка, заточка ножей на которой производится с помощью высокооборотистого (от 6000 оборотов в минуту) привода. Иногда за дамасскую сталь могут выдать простой чермет низкого качества. В промышленном объёме дамасскую сталь не производят, к тому же она уступает по устойчивости к затуплению «скальпельной» нержавейке.
Впрочем, узнав, из чего изготавливаются скальпели, можно приобрести на ближайшем металлургическом комбинате (или на металлобазе) нержавеющий лист аналогичного качества и самому изготовить хоть десятка два ножей, выдержав оптимальный угол заточки.
Все о твердости стали
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.
Обзор стали марки 55
При изготовлении различных прочных металлических изделий нередко используется сталь. В настоящее время существует большое количество разновидностей такого материала, все они различаются между собой своими физическими, механическими свойствами. Сегодня речь пойдет об особенностях стали 55.
Состав и расшифровка
Сталь марки 55 включает в свой состав следующие химические компоненты:
Число 55 в маркировке этой стали говорит о том, что в среднем в ней содержится 0,55% углерода. Степень раскисления у стали спокойная, поэтому ее обозначают без индекса.
Иногда в состав включают различные добавки в небольших количествах. Они способны значительно улучшать свойства готового металла. Содержание серы и фосфора, которые являются вредными примесями, в таком материале минимальное.
Состав отличается относительно высоким содержанием кремния и марганца. Первый увеличивает упругость и кислотостойкость материала. Второй позволяет увеличивать твердость, износостойкость, стойкость к ударным нагрузкам.
Характеристики и свойства
Основные характеристики можно найти в ГОСТах. Сталь марки 55 является конструкционной, углеродистой. Она обладает малой флокеночувствительностью, она не склонна к отпускной хрупкости. Этот материал не применяется для сварных изделий и конструкций.
Сталь 55 имеет твердость 212-248 по Роквеллу. Плотность металла составляет 7829 кг/м3. Предел текучести достигает 380 Н/мм2. Временное сопротивление разрыву равно 650 н/мм2. Структура металла зернистая, она может изменяться в процессе различных обработок.
Этот материал считается достаточно прочным, чтобы его можно было использовать при изготовлении различных деталей и конструкций, которые подвергаются большим нагрузкам.
Аналоги
Существует большое количество различных заменителей этой стали.
1055. Эта американская сталь также является углеродистой и конструкционной. Твердость будет зависеть от температуры отпуска. Металл отличается повышенной ударной стойкостью.
XC55H1. Эта конструкционная углеродистая сталь французского производства, ее можно использовать для производства специальных зубчатых колес, муфт.
ZG340-640. Эта сталь китайского производства отличается особой прочностью и хорошей пластичностью. Она может применяться для изготовления различных строительных конструкций, механизмов.
12060. Чешская конструкционная сталь сможет выдержать высокие температуры. Кроме того, она имеет хорошую устойчивость к образованию коррозии.
55rs. Такой металл производится в Польше. Он обладает высокой износостойкостью, прочностью и пластичностью. А также материал практически не подвергается коррозии.
Применение
Сталь марки 55 нередко используется для изготовления зубчатых колес, штоков, осей, бандажей, пружин и рессор малонагруженных. А также иногда она берется для производства муфты сцепления коробок передач, форсунок и прочих деталей, которые работают на трение.
Эта сталь может поставляться в виде отдельных прутков, листов.
Чаще всего такие заготовки применяются с последующей термической обработкой.
Обработка
Сталь 55 подвергается термической обработке. Она позволяет изменять физические свойства материала. Металл сначала нагревают до заданного температурного режима, чаще всего весь процесс происходит в специальном печном оборудовании. После этого все заготовки резко охлаждают.
Иногда применяется и отжиг. При этом металл нагревают до температуры, которая превышает критическую точку. Затем заготовки выдерживают до полного равномерного прогрева. После этого их постепенно начинают охлаждать.
Иногда выполняют и закалку. Она отличается от простого отжига тем, что процесс охлаждения происходит максимально быстро. За счет такой процедуры металл приобретает такие важные качества, как прокаливаемость и закаливаемость.
При закалке значительно повышается твердость и прочность металла. Прокаливаемость характеризуется образованием специального слоя, который также увеличивает твердость.
При отпуске сталь предварительно нагревают до температуры ниже критической. После этого заготовки выдерживаются и постепенно охлаждаются. Отпуск позволяет сделать металл более пластичным. А также он повышает его механическую обрабатываемость.
Кроме того, эта сталь легко подвергается резке, обработкам под высоким давлением. При этом готовые изделия практически не склонны к деформации и трещинообразованию.
Для этой конструкционной стали может применяться нормализация (нормализованный отжиг). Она представляет собой специальную термическую операцию, которая позволяет устранять крупнозернистые части и неровности в материале. Чаще всего такие дефекты появляются в процессе литья, ковки либо прокатки.
Существуют различные режимы нормализации. Чаще всего металл просто нагревают до аустенитного состояния. При заданной температуре заготовки выдерживают. Далее их отправляют для охлаждения на воздух. Процедура отличается своей экономичностью, так как на нее затрачивается гораздо меньше времени и средств по сравнению с отжигом.
Кроме того, она позволяет выполнить рекристаллизацию. За счет этого металл приобретает мелкозернистую структуру. А также нормализация способствует повышению прочности, твердости и ударной вязкости.
Сталь 55 конструкционная углеродистая качественная
Цифра 55 обозначает, что среднее содержание углерода в стали составляет 0,55%.
Сталь марки 55 относится к нелегированным специальным конструкционным качественным углеродистым сталям обладает высокой прочностью и высокими упругими свойствами, применяется при изготовлении деталей после нормализации с отпуском и закалки с отпуском работающие на трение, например:
- Зубчатые колеса,
- прокатные валки,
- штоки,
- тяжелонагруженные валы,
- оси,
- бандажи,
- малонагруженные пружины и рессоры,
- лемехи,
- пальцы звеньев гусениц
- муфты сцепления коробок передач,
- корпуса форсунок
| C | Si | Mn | Cr | S | Р | Cu | Ni | As |
| не более | ||||||||
| 0,52-0,60 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,25 | 0,040 | 0,035 | 0,25 | 0,25 | 0,08 |
| Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | |
| не более | ||||||||
| 55 | 0,52-0,60 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,030 | 0,035 | 0,25 | 0,30 | 0,30 |
Твердость HB (по Бриннелю)(ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | Твердость HB, не более, для металлопродукции | |||
| горячекатаной и кованой | калиброванной и со специальной отделкой поверхности | |||
| без термической обработки | после отжига или высокого отпуска | нагартованной | после отжига или высокого отпуска | |
| 55 | 255 | 217 | 269 | 229 |
Применение стали 55 (ГОСТ 1050) для кислородной арматуры (по ГОСТ 12.2.052)
| Давление кислорода, МПа (кгс/см 2 ), не более | В арматуре отключения КИП (DN ≤ 6) | ||||||||
| в запорной арматуре | в регулирующей арматуре | ||||||||
| при управлении | |||||||||
| местном | дистанционном | местном | дистанционном | ||||||
| корпус | детали затвора | корпус | детали затвора | корпус | детали затвора | корпус | детали затвора | корпус | детали затвора, шпиндель с запорным конусом ≥60° |
| 1,6 (16) | 0,6 (6) | 1,6 (16) | |||||||
ПРИМЕЧАНИЕ. Арматура из углеродистых сталей и чугунов с покрытием из органосиликатных материалов приравнивается к арматуре из нержавеющих сталей.
Мелкие детали из стали марки 55 (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 зависимости от требуемых механических свойств.
Пружины лебедок, вертлюгов, колонковых долот, клапанные пружины после закалки подвергают отпуску при температуре 300-380 °C.
Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 1050-2013)
| Механические свойства, не менее | |||
| Предел текучести σ0,2, Н/мм 2 | Предел прочности σв, Н/мм 2 | Относительное удлинение δ5, % | Относительное сужение ψ, % |
| 380 | 650 | 13 | 35 |
Механические свойства металлопродукции из стали 35 в зависимости от размера (ГОСТ 105-2013)
| Механические свойства металлопродукции размером | |||
| Предел текучести σ0,2, МПа не менее | Предел прочности σв, МПа | Относительное удлинение δ5, % | Работа удара KU, Дж |
| не менее | |||
| до 16 мм включ. | |||
| 550 | 800-950 | 12 | + |
| св. 16 до 40 мм включ. | |||
| 490 | 750-900 | 14 | + |
| св. 40 до 100 мм включ. | |||
| 420 | 700-850 | 15 | + |
- Знак «+» означает, что испытания проводят для набора статистических данных, результаты испытаний заносят в документ о качестве.
- Механические свойства металлопродукции из стали марки 30 распространяются на металлопродукцию размером до 63 мм включ.
- Значения механических свойств приведены для металлопродукции круглого сечения. Для прямоугольных сечений диапазоны эквивалентных диаметров — в соответствии с приложением Б (ГОСТ 1050-2013).
| Термообработка | Сечение, мм | КП | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см2 | Твердость HB, не более |
| не менее | ||||||||
| Нормализация | 100-300 | 315 | 315 | 570 | 14 | 35 | 34 | 167-207 |
| Закалка + отпуск | До 100 | 490 | 490 | 655 | 16 | 45 | 59 | 212-248 |
| Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см2 | Твердость HB |
| не менее | ||||||
| Закалка с 840 °С в воде; отпуск при 400 °С, охл. на воздухе | ||||||
| 20 | 870-990 | 1060-1210 | 7-8 | 43-52 | 54-67 | 341 |
| 40 | 640-740 | 900-1000 | 10-11 | 43-47 | 39-53 | 290 |
| 60 | 590-650 | 820-930 | 10-12 | 42-46 | 32-49 | 266 |
| Закалка с 840°С в воде; отпуск при 500°С, охл. на воздухе | ||||||
| 20 | 710-800 | 900-1000 | 10-12 | 53-59 | 59-98 | 285 |
| 40 | 550-610 | 820-900 | 12-14 | 45-52 | 49-69 | 264 |
| 60 | 510-570 | 750-850 | 13-14 | 43-52 | 39-59 | 239 |
| Нормализация при 830-860°С, охл. на воздухе; отпуск при 650-800°С, охл. с печью | ||||||
| До 100 | 325 | 650 | 12 | 35 | 29 | — |
| 101-300 | 315 | 630 | 11 | 28 | 25 | 170-229 |
| 301-500 | 305 | 610 | 10 | 25 | 25 | — |
| Нормализация при 880-860 °С, охл. на воздухе; отпуск при 550-600 °С, охл. на воздухе или с печью | ||||||
| До 1200 | Не определяются | 215-265 | ||||
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 840 °С в масле.
| Состояние поставки | КСU, Дж/см2 при температуре, °С | ||
| +20 | -20 | -50 | |
| Горячекатаное | 26 | 18 | 13 |
| Термообработка | σ-1, МПа | τ-1, МПа | n |
| Закалка с 790 °С в воде; отпуск при 650 °С, охл. на воздухе | 377 | 219 | 106 |
Температура ковки, °С: начала 1240, конца 800. Сечения до 400 мм охлаждаются на воздухе.
Свариваемость — не применяется для сварных конструкций. КТС с последующей термообработкой.
Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл. = 1 и Kv б.ст. = 0,65 в нормализованном состоянии при НВ 212-225.
Читайте также: