Энциклопедия по машиностроению xxl. сталь хг

Характеристики пружинных сталей

Пружинные стали характеризуются повышенным пределом текучести (δВ) и упругости. Это важнейшая характеристика металла — выдерживать механические нагрузки без изменений своей первоначальной формы. Т.е. металл, подвергающийся растяжению или наоборот сжатию (упругой деформации), после снятия с него действующих сил, должен оставаться в первоначальной форме (без остаточной деформации).

Марки и область применения пружинной стали

По наличию дополнительных свойств пружинная сталь подразделяется на легированную (нержавеющую) и углеродистую. За основу легированной стали берется углеродистая с содержанием С 65-85 % и легируется 4 основными элементами, всеми или выборочно, каждый из которых вносит свои особенности:

1. хром;
2. марганец;
3. кремний;
4. вольфрам.

Хром — при концентрации более 13 % работает на обеспечение коррозионной стойкости металла. При концентрации хрома около 30 % изделие может работать в агрессивных средах: кислотной (кроме серной кислоты), щелочной, водной. Коррозионная пружинная сталь всегда легируется вторым сопутствующим элементом — вольфрамом и/ или марганцем. Рабочая t до 250 °C.

Вольфрам — тугоплавкое вещество. При попадании его порошка в расплав, образует многочисленные центры кристаллизации, измельчая зерно, что приводит к повышению пластичности без потери прочности. Это привносит свои плюсы: качество такой структуры остается очень высоким при нагреве и интенсивном истирании поверхности. При термической обработке этот элемент сохраняет мелкозернистую структуру, исключает разупрочнение стали при нагреве (в процессе эксплуатации) и дислокацию. Во время закалки увеличивает прокаливаемость, в результате чего структура получает однородность на большую глубину, что в свою очередь увеличивает эксплуатационный срок изделия.

Марганец и кремний — обычно участвуют в легировании обоюдно, причем соотношение всегда увеличивается в пользу марганца, примерно до 1,5 раз. Т. е. если содержание кремния 1 %, то марганец добавляется в количестве 1,1-1,5 %.

Тугоплавкий кремний является не карбидообразующим элементом. При попадании его в расплав одним из первых принимает участие в кристаллизации, выталкивая при этом карбиды углерода к границам зерен, что соответственно приводит к упрочнению металла.

Марганец можно назвать стабилизатором структуры. Одновременно искажая решетку металла и упрочняя его, марганец устраняет излишнюю прочность кремния.

В некоторые марки сталей (при работе изделия в высокотемпературных условиях, при t выше 300 ºC) в сталь присаживают никель. Он исключает образование карбидов хрома по границам зерен, которые приводят к разрушению матрицы.

Ванадий также может являться легирующим элементом, его функция похожа на действие вольфрама.

В пружинных марках оговаривается такой элемент как медь, содержание ее не должно превышать 0,15 %. Т. к. являясь легкоплавким веществом, медь концентрируется на границах зерен, снижая прочность.

К пружинным маркам относят: 50ХГ, 3К-7, 65Г, 65ГА, 50ХГФА, 50ХФА, 51ХФА, 50ХСА, 55С2, 55С2А, 55С2ГФ, 55ХГР, 60Г, 60С2, 60С2А, 605, 70, 70Г ,75, 80, 85, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 68А, 68ГА, 70Г2, 70С2ХА, 70С3А, 70ХГФА, SH, SL, SM, ДМ, ДН, КТ-2.

Марки такой стали используются для изготовления не только пружин и рессор, хотя это основное их назначение, которое характеризует основное свойство. Их применяют везде, где есть необходимость предать изделию упругость, одновременно пластичность и прочность. Все детали, которые изготавливают из этих марок, подвержены: растяжению и сжатию. Многие их них испытывают нагрузки, периодически сменяющие друг друга, причем с огромной циклической частотой. Это:

• корпуса подшипников, которые испытывают в каждой точке сжатие и растяжение с высокой периодичностью;
• фрикционные диски, испытывающие динамические нагрузки и сжатие;
• упорные шайбы, основное время они испытывают нагрузки на сжатие, но к ним можно присовокупить и резкое изменение на растяжение;
• тормозные ленты, для которых одним из главнейших задач является упругость при многократно повторяющемся растяжении. При такой динамике с усиленным старением и износом более прочная сталь (с меньшей упругостью) подвержена быстрому старению и внезапному разрушению.

Тоже касается и шестерней, фланцев, шайб, цанг и т. д.

Как легирующие элементы влияют на характеристики сплава ХВГ и другого металла.

Добавление легирующих компонентов в состав основы изменяет свойства стали. Характеристика стали будут зависеть от процентного содержания элементов в стали. Кроме того, на свойства нового материала будет влиять порядок взаимодействия дополнительных элементов друг с другом и с основным элементом – железом. Это задается термической обработкой.

Для того, чтобы легирующие материалы определенным образом заполнили кристаллическую решетку и задали необходимые свойства, они добавляются в расплав основы. Таким образом определяются следующие характеристики стали:

• Изменение прочностных характеристик. Для этого необходимо каким либо образом исказить кристаллическую решетку.
• Если при процессе обработки температурный градиент минимален, то это увеличивает толщину слоя закалки.
• Снижение степени деформации влияет на укомплектованность кристаллической решетки.
• Возможность образование трещин. При образовании карбидов на границах зерен, происходят разрывы межкристаллических связей, что приводит к образованию трещин.

Количество углерода, которое содержится в стали, определяет ее прочность. Чем выше процентное соотношение, тем прочнее сталь. Молекулы железа и углерода по размерам примерно равны. Углерод заменяет молекулы железа в кристаллической решетке, образуя при этом карбиды. В зависимости от их формы, размеру и количеству, будут установлены характеристики нового материала.

Хром является основным легирующим элементов в стали ХВГ. Небольшие по размеру атомы хрома размещаются в кристаллической решетке и придают ей стабильность и повышают плотность. Хром при взаимодействии с кислородом образует оксиды, по размерам не намного больше его атомов. Это позволяет применять хром для получения нержавеющей стали. Если содержание хрома не превышает 10,5%, то сталь обладает хорошей прокаливаемостью.

Чтобы уменьшить зерно ХВГ, повысив качество стали и увеличить слой закалки в сплав добавляют вольфрам и молибден. Данные элементы, так же как и углерод обладают способностью образовывать карбиды. Эти компоненты являются точками кристаллизации, уменьшают зерна, что приводит к увеличению пластичности металла, но не к изменению его прочностных характеристик.

Чтобы повысить прочность металла, в него добавлены второстепенные элементы — кремний и марганец. В этой паре кремний – основной легирующий элемент повышающий прочность, а марганец выполняет роль баланса, увеличивая пластичность и вязкость.

Отечественная промышленность выпускает сталь ХВГ по нескольким ГОСТам. Эти стандарты определяют как форму готовых изделий, так и их состав. В зависимости от приобретаемого проката, цена на данный материал может различаться.

Механические характеристики

Марки стали по ГОСТу 14959–79

Это стали с высоким содержанием углерода, но с малым легированием. Госстандарт 14959 обозначает – легированный сплав следующих марок:

• 3К-7 – применяется в выработке проволоки холоднотянутым способом, из которой изготавливают пружины, незакаливаемые;
• 50ХГ – производят рессоры для автомашин и пружины для жд. составов;
• 50ХГА – назначение в производстве как у предыдущей марки рессорно пружинной стали;
• 50ХГФА – выпускают особенные пружины и рессорные детали для машин;
• 50ХСА – пружины специального назначения и небольшие детали для механизмов часов;
• 50ХФА – изготавливают детали с повышенной нагрузкой, с требованиями высочайшей устойчивости и прочности, которые действуют при больших температурах – до 300 градусов.
• 51ХФА – для пружинной проволоки;
• 55С2 — для производства пружинных механизмов и рессор, используемых в тракторостроении, машиностроении, для подвижных составов на ж/д;
• 55С2А – производят авторессоры, пружины для поездов;
• 55С2ГФ – для выработки очень прочных пружин специального направления, авторессор;

• 55ХГР – производят полосовую сталь пружинную, толщина которой варьируется от 3 до 24 мм;
• 60Г – для выработки круглых и гладких пружин, колечки и прочие выработки пружинного типа, обладающих высокой стойкостью к изнашиванию и упругостью, например, скобы, втулки, тамбурины для тормозящих систем, применяемые в тяжелом машиностроении;

Cталь 50Г технологические, механические, физические свойства, химический состав. Сталь 50Г круг стальной пруток

Справочная информация

Характеристика материала сталь 50Г

Химический состав в % материала сталь 50Г

Температура критических точек материала сталь 50Г

Механические свойства при Т=20oС материала сталь 50Г

Физические свойства материала сталь 50Г

Технологические свойства материала сталь 50Г

Зарубежные аналоги материала сталь 50ГВнимание!   Указаны как точные, так и ближайшие аналоги

Обозначения:

Сталь ХВГ характеристики, применение, ГОСТ

Распространенная благодаря характеристикам и хорошей обрабатываемости ковкой и резанием (после отжига), невысокой стоимости, сталь ХВГ применяется во многих агрегатах, конструкциях и промышленности. По структуре относиться она к заэвтектоидным сталям перлитного класса, по назначению к инструментальным легированным.

Применение ХВГ

Само название «инструментальная» определяет использование этой марки. Но какие свойства обеспечивают ей такое назначение? В первую очередь ее стойкость к короблению при закалке, которой она обязательно подвергается, и коррозионная стойкость.

• Так как сталь ХВГ не деформируется, из нее изготавливают мерительный инструмент высокой точности и любой длины.
• Устойчивость к образованию окалины позволяет подвергать изделия из этой стали термическим операциям в уже шлифованном виде, что также позволяет изготовить инструмент без припусков на окончательную механическую обработку (т. е. шлифование).
• Износостойкость поверхности и вязкая середина определяют, как сталь для изготовления деталей, подвергающихся динамическим нагрузкам, например, кольцам пружинных амортизаторов.
• Коррозионная стойкость ХВГ обеспечена содержанием хрома, актуальна при изготовлении практически любого инструмента и запчасти.
• Высокая прочность используется для изготовления деталей для прокатных станов, холодного волочения. Это пуансоны, валки, резьбовых калибров и т. д.
• Износостойкость и прочность — основные используемые характеристики для всех деталей, в том числе и замочных шайб.

Чем не обладает марка стали ХВГ, так это теплостойкостью, способностью сохранять свои свойства, в частности твердость, при высоких температурах. Это условие необходимо для режущего и быстрорежущего инструмента, где температура кромок может достигать 650 ºC. Разупрочнение ХВГ происходит при температуре 200 ºC, поэтому ее используют только для деталей, работающих в диапазоне низких температур. 

Поставляется сталь ХВГ в:

• прутках калиброванных и шлифованных;
• серебрянке;
• листах толстых;
• полосах;
• поковках;
• болванках;
• слябах. 

Состав стали

Если сталь применяется для изготовления настолько прочных инструментов, то, следовательно, она сама обладает если не выдающимися, то весьма показательными характеристиками. Стали ХВГ подобные свойства достались благодаря насыщенному составу, в котором каждый отдельный элемент придает сплаву определенные свойства. Вот полный список этих самых легирующих элементов и их процентное отношение:

1. Железо — около 94 %. Элемент, являющий собой основную массу стального сплава, а также связующий элемент для всех остальных легирующих добавок.
2. Углерод — 1,25 %. Наиболее важная добавка, так как именно углерод придает мягкому по своей природе железу прочность и твердость. Его содержание в составе более — 1 %, что автоматически причисляет сталь к разряду высокоуглеродистых.
3. Марганец — 0,95 %. Увеличивает износостойкость сплава, устойчивость к нагрузкам, прочность, прокаливаемость и уменьшает риск деформации при закалке.
4. Хром — 1,5 %. Как ни странно, и этот легирующий элемент призван улучшить прочностные характеристики стали ХВГ, а также ее прокаливаемость и снизить рост зерен карбидов после термообработки.
5. Вольфрам — 1,4 %. Увеличивает прочностные характеристики металла, значительно повышает жаростойкость.
6. Кремний — 0,25 %. Добавляет готовому изделию пластичности, однако незначительно нивелирует твердость.
7. Медь, никель, молибден, сера и фосфор — в районе 0,3 % от общей массы сплава. При таком незначительном содержании ярко выраженных положительных или отрицательных свойств сплаву не прибавляют.

механические свойства, химический состав. Где применяется сталь 50.

Сталь 50-й марки отличается повышенным содержанием марганца, который наделяет сплав износостойкостью, а готовому изделию помогает противостоять силам трения. В промышленности это пружины, зубчатые колёса, малонагруженные рессоры, бандажи, а также роторы электрических машин. Еще один популярный «полуфабрикат», выполненный из стали 50, это ремизная луженая термообработанная проволока.

Процентное содержание химических элементов

Как и в любой углеродистой стали, помимо 97-процентной доли железа (Fe), особого внимания заслуживает количество углерода (С). Как становится понятно из названия, в данном сплаве средняя величина углерода в сотых долях процента равна 0,5. Таким образом, химический состав этого конструкционного материала будет выглядеть так:

• Fe – ~97%
• Mn – 0,5 – 0,8%
• C – 0,47 – 0,55%
• Si – 0,17 – 0,37%
• S – не более 0,04%
• P – не более 0,035%
• Cr – не более 0,25%
• Ni – не более 0,25%
• Cu – не более 0,25%
• As – не более 0,08%

Применение стали 50 и ГОСТы

Кроме вышеперечисленных изделий данный сплав идет на выпуск кузнечных топоров. Твердость данного материала составляет HB 10-1 = 207 МПа, при этом твердость в Rc может варьироваться в зависимости от способа обработки стали 50. При изготовлении топоров или гаечных ключей заготовки закаливаются в воде, после чего отпускаются при t=350-400° (45-60 мин.). В данном случае удается добиться твёрдости Rc = 40-45. Если же сплав применяется для получения рабочих частей кулачковых молотков, кирок или мотыг, то после закалки отпуск производят при t=240-300° (20-40 мин). Это позволяет получить твёрдость Rc = 51.

Среди прочих изделий, получаемых из 50-й стали – практически полный ассортимент элементов и узлов промышленного оборудования, работающих на трение. Зубчатое колесо, шток, прокатный вал, ось, бандаж, лемехи, палец звенья гусеницы, муфта сцепления, корпус форсунки – всё это обычно производят из стали 50.

В производство этот конструкционный углеродистый сплав может поступать в виде фасонного сортового проката:

• тонкие листы (по ГОСТ 16523-97)
• толстые листы (по ГОСТ 1577-93 и 19903-74)
• ленты (по ГОСТ 1530-78, 21996-76, 2284-79 и 10234-77)
• валки (по ОСТ 24.013.21-85, 24.013.04-83 и 5399-97)
• полосы (по ГОСТ 1577-93, 103-2006 и 82-70,)
• проволока (по ГОСТ 17305-91)
• калиброванные прутки (по ГОСТ 8559-75, 7417-75, 8560-78 и 10702-78)
• шлифованные прутки (по ГОСТ 14955-77 и 10702-78)

Маркировка

Пружинно-рессорные стали можно сгруппировать по позициям:

• нелегированные с содержанием углерода 65-85 % — недорогая сталь общего назначения;
• марганцево-кремниевые — наиболее дешевая с высокими физико-химическими показателями;
• хромо-марганцевые — нержавеющая сталь, работает в агрессивных средах при t -250 +250 C;
• дополнительно легированные и/или вольфрамом, ванадием, бором — представляют собой стали с повышенным ресурсом работы благодаря однородной структуре, отличным соотношением прочности и пластичности благодаря измельченному зерну и выдерживает высокие механические нагрузки. Используются на таких объектах как ЖД транспорт.

Маркировка пружинных сталей проводиться следующим образом. Разберем на примере 60С2ХФА:

• 60 — процентное содержание углерода в десятых долях (углерод не указывается в буквенном значении);
• С2 — буквенное обозначение кремния с индексом 2, обозначает увеличенное стандартное содержание (1-1,5 %) в 2 раза;
• Х — наличие хрома до 0,9-1 %;
• Ф — содержание вольфрама до 1 %;
• А — добавленный буквенный индекс А в конце маркировки обозначает минимальное содержание вредных примесей фосфора и серы, не более 0,015 %.

Химический состав 13ХФА

Массовая доля элементов стали 13ХФА по

ГОСТ 4543-2016

Химический состав может быть изменён по договорённости с поставщиком: содержание кальция в составе не должно превышать 0,003. Эм = 0,3Cr + 0,5Ni + 0,7Cu.

Массовая доля элементов стали 13ХФА по

ТУ 14-1-5598-2011

Массовая доля элементов стали 13ХФА по

ТУ 1303-006.3-593377520-2003

Массовая доля элементов стали 13ХФА по

ТУ 1308-245-0147016-2002

Массовая доля элементов стали 13ХФА по

ТУ 1317-006.1-593377520-2003

Массовая доля элементов стали 13ХФА по

ТУ 1317-233-0147016-2002

Массовая доля элементов стали 13ХФА по

ТУ 1469-011-593377520-2005

Массовая доля элементов стали 13ХФА по

ТУ 3600-010-88626180-2012

Преимущества и недостатки

Самым большим преимуществом марки 50 перед высококачественными нержавеющими сталями является её сравнительно невысокая стоимость. Поэтому там, где возможно, она заменяет их.

Детали из стали 50 долговечны благодаря высокой износостойкости при трении.

Для марки 50 характерно отсутствие флокенов. Это дефект в сталях в виде внутренних транскристаллитных трещин. Отсюда высокая надёжность конструкций из стали 50.

Сталь 50 не подвержена отпускной хрупкости. Во многих сталях после температурного отпуска наблюдается снижение ударной вязкости. У марки 50 нет такого недостатка, поэтому детали не боятся ударных нагрузок.

Среди недостатков стали 50 отмечаются такие, как недостаточно хорошая свариваемость при нормальной температуре, невысокая прокаливаемость, склонность к растрескиванию при закалке в воде.

Стандарты

Аналоги стали 50

При отсутствии стали 50 её можно заменить российскими аналогами. К ним относятся стали 45, 50Г, 50Г2, 55. За рубежом также широко распространены стали такого класса.

Вот их краткий перечень с указанием марок:

• США–1050;
• Германия, Италия, Евросоюз–С50;
• Япония–S50С;
• Китай, Болгария–50;
• Франция–С50; Англия, Испания, Венгрия–С50Е;
• Бельгия–С53;
• Польша–55, Румыния–LC50AT;
• Швеция–1655.

Заключение

Порядка 80% из всего объёма производимой стали приходится на долю углеродистых сталей. Среди них марка 50 занимает далеко не последнее место. Из всех описанных положительных качеств, пожалуй, самым примечательным является её феноменальная стойкость к трению. Благодаря только одному этому параметру сталь 50 будет применяться ещё очень долго.

Рейтинг: 5/5 — 1
голосов

Сталь ХВГ — характеристика, химический состав, свойства, твердость

Химический состав

Технологические свойства

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Твердость

Прокаливаемость

Физические свойства

ГОСТ

Чтобы более подробно узнать о том, что же собой представляет интересующая нас сталь, обратимся к нормативным документам, в которых помечается марка ХВГ как сталь инструментальная легированная. Даже эта, казалось бы, весьма короткая формулировка дает нам кое-какую информацию. Дело в том, что инструментальной называется та сталь, содержание углерода в которой превышает 0,7 %. Легированной сталью же называется сплав железа, углерода и еще некоторых добавок, призванных улучшить структуру стали.

Как ни странно, но мы можем узнать немного и о легирующих элементах, присутствующих в составе ХВГ. Для этого стоит обратиться к системе ГОСТов, где указано, что каждому такому элементу присвоена определенная, обозначающая его буква. Таким образом, нам становится известно, что в состав стали ХВГ входят:

• Х – хром;
• В – вольфрам;
• Г – марганец.

От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.