20ХН3А КРЕПЕЖ МАТЕРИАЛ СТ. 20ХН3А СТАЛЬ 20ХН3А МЕХ. СВОЙСТВА СТАЛИ 20ХН3А ХИМ. СОСТАВ СТАЛИ 20ХН3А
Характеристика материала ст. 20ХН3А.
| Марка: | 20ХН3А |
| Заменитель: | 20ХГНР, 20ХНГ, 38ХА, 15Х2ГН2ТА, 20ХГР |
| Классификация: | Сталь конструкционная легированная |
| Продукция, предлагаемая предприятиями-рекламодателями: высокопрочные крепежные изделия. | |
| Применение: | шестерни, валы, втулки, силовые шпильки, болты, муфты, червяки и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах. |
Химический состав в % материала 20ХН3А
| C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu |
| 0.17 — 0.24 | 0.17 — 0.37 | 0.3 — 0.6 | 2.75 — 3.15 | до 0.025 | до 0.025 | 0.6 — 0.9 | до 0.3 |
Температура критических точек материала 20ХН3А.
| Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 810 , Ar3(Arcm) = 700 , Ar1 = 615 , Mn = 340 |
Механические свойства при Т=20oС материала 20ХН3А.
| Сортамент | Напр. | sв | sT | d5 | y | KCU | Термообр. | |
| — | мм | — | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | — |
| Пруток | Ж 15 | 930 | 735 | 12 | 55 | 1080 | Закалка и отпуск |
| Твердость материала 20ХН3А после отжига, | HB 10 -1 = 255 МПа |
Физические свойства материала 20ХН3А.
| T | E 10- 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
| Град | МПа | 1/Град | Вт/(м·град) | кг/м3 | Дж/(кг·град) | Ом·м |
| 20 | 2.12 | 36 | 7850 | 270 | ||
| 100 | 2.04 | 11.5 | 35 | 7830 | 494 | 300 |
| 200 | 1.94 | 11.7 | 34 | 507 | 350 | |
| 300 | 1.88 | 12 | 33 | 7760 | 523 | 450 |
| 400 | 1.69 | 12.6 | 33 | 536 | 550 | |
| 500 | 1.69 | 12.8 | 31 | 565 | 650 | |
| 600 | 1.53 | 13.2 | 31 | 7660 | 586 | |
| 700 | 1.38 | 13.6 | 30 | 624 | ||
| 800 | 1.32 | 11.2 | 28 | 703 | ||
| T | E 10- 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
Технологические свойства материала 20ХН3А.
| Свариваемость: | ограниченно свариваемая. |
| Флокеночувствительность: | чувствительна. |
| Склонность к отпускной хрупкости: | склонна. |
Обозначения:
| Механические свойства: | |
| sв | — Предел кратковременной прочности, [МПа] |
| sT | — Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа] |
| d5 | — Относительное удлинение при разрыве, [ % ] |
| y | — Относительное сужение, [ % ] |
| KCU | — Ударная вязкость, [ кДж / м2] |
| HB | — Твердость по Бринеллю, [МПа] |
Физические свойства : | |
| T | — Температура, при которой получены данные свойства, [Град] |
| E | — Модуль упругости первого рода, [МПа] |
| a | — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ), [1/Град] |
| l | — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), [Вт/(м·град)] |
| r | — Плотность материала, [кг/м3] |
| C | — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)] |
| R | — Удельное электросопротивление, [Ом·м] |
Свариваемость : | |
| без ограничений | — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки |
| ограниченно свариваемая | — сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке |
| трудносвариваемая | — для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг |
www.12821-80.ru
20ХНЗА
Марка : 20ХН3А
Заменитель: 20ХГНР, 20ХНГ, 38ХА, 15Х2ГН2ТА, 20ХГР
Классификация : Сталь конструкционная легированная
Дополнение: Сталь хромоникелевая.
Применение: Шестерни, валы, втулки, силовые шпильки, болты, муфты, червяки и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах.
Гайка АМ12-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ16-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ20-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ24-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ27-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ30-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ33-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ36-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ39-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ42-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ48-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-75
Гайка АМ52-6Н ст.20ХН3А Гост 9064-76
Шайба 12 ст.20ХН3А Гост 9065-75
Шайба 16 ст.20ХН3А Гост 9065-75
Шайба 20 ст.20ХН3А Гост 9065-75
Шайба 24 ст.20ХН3А Гост 9065-75
Шайба 27 ст.20ХН3А Гост 9065-75
Шайба 30 ст.20ХН3А Гост 9065-75
Шайба 36 ст.20ХН3А Гост 9065-75
Шайба 42 ст.20ХН3А Гост 9065-75
Шайба 48 ст.20ХН3А Гост 9065-75
Шпилька АМ12-6gх60 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ12-6gх70 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ12-6gх80 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ12-6gх90 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ12-6gх100 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ12-6gх110 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ12-6gх120 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ12-6gх130 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх70 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх80 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх90 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх100 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх110 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх120 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх130 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх140 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх150 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх160 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх170 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх180 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ16-6gх190 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх100 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх110 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх120 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх130 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх140 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх150 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх160 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх170 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх180 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх190 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх200 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх210 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх220 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх230 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх240 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх250 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх260 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх280 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ20-6gх300 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ22-6gх120 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ22-6gх130 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ22-6gх140 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ22-6gх150 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ22-6gх160 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ22-6gх170 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ22-6gх180 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ22-6gх190 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ22-6gх200 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх100 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх110 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх120 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх130 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх140 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх150 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх160 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх170 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх180 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх190 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх200 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх210 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх220 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх230 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх240 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх250 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх260 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх280 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ24-6gх300 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх120 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх130 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх140 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх150 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх160 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх170 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх180 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх190 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх200 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх210 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх220 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх230 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх240 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх250 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх260 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх280 ст.20ХН3А Гост 9066-75
Шпилька АМ27-6gх300 ст.20ХН3А Гост 9066-75
lazerrf.ru
Cталь 20ХН3А физические и механические свойства, химический состав. Круг ст 20ХН3А. Шестигранник ст 20ХН3А
Справочная информация
Характеристика материала сталь 20ХН3А
| Марка стали | сталь 20ХН3А |
| Заменитель стали | сталь 20ХГНР, сталь 20ХНГ, сталь 38ХА, сталь 15Х2ГН2ТА, сталь 20ХГР |
| Классификация стали | Сталь конструкционная легированная ГОСТ 4543-71 |
| ГП «Стальмаш» поставляет сталь 20ХН3А в виде: круг ст 20ХН3А ГОСТ 2590-2005 круг (пруток) стальной горячекатаный диаметр 10мм — 290мм круг ст 20ХН3А ГОСТ 7417-75 круг (пруток) стальной калиброванный диаметр 10мм — 80мм шестигранник ст 20ХН3А ГОСТ 2879-2006 шестигранник горячекатаный размер 11мм — 75мм шестигранник ст 20ХН3А ГОСТ 8560-78 шестигранник калиброванный размер 10мм — 63мм | |
| Применение ст 20ХН3А | шестерни, валы, втулки, силовые шпильки, болты, муфты, червяки и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах. |
Химический состав в % материала сталь 20ХН3А
| C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu |
| 0.17 — 0.24 | 0.17 — 0.37 | 0.3 — 0.6 | 2.75 — 3.15 | до 0.025 | до 0.025 | 0.6 — 0.9 | до 0.3 |
Температура критических точек материала сталь 20ХН3А
| Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 810 , Ar3(Arcm) = 700 , Ar1 = 615 , Mn = 340 |
Механические свойства при Т=20oС материала сталь 20ХН3А
| Сортамент | Размер | Напр. | sв | sT | d5 | y | KCU | Термообр. |
| — | мм | — | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | — |
| Пруток | Ж 15 | 930 | 735 | 12 | 55 | 1080 | Закалка и отпуск |
| Твердость материала сталь 20ХН3А после отжига , | HB 10 -1 = 255 МПа |
Физические свойства материала сталь 20ХН3А
| T | E 10— 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
| Град | МПа | 1/Град | Вт/(м·град) | кг/м3 | Дж/(кг·град) | Ом·м |
| 20 | 2.12 | 36 | 7850 | 270 | ||
| 100 | 2.04 | 11.5 | 35 | 7830 | 494 | 300 |
| 200 | 1.94 | 11.7 | 34 | 507 | 350 | |
| 300 | 1.88 | 12 | 33 | 7760 | 523 | 450 |
| 400 | 1.69 | 12.6 | 33 | 536 | 550 | |
| 500 | 1.69 | 12.8 | 31 | 565 | 650 | |
| 600 | 1.53 | 13.2 | 31 | 7660 | 586 | |
| 700 | 1.38 | 13.6 | 30 | 624 | ||
| 800 | 1.32 | 11.2 | 28 | 703 | ||
| T | E 10— 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
Технологические свойства материала сталь 20ХН3А
| Свариваемость: | ограниченно свариваемая. |
| Флокеночувствительность: | чувствительна. |
| Склонность к отпускной хрупкости: | склонна. |
Зарубежные аналоги материала сталь 20ХН3АВнимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.
| Франция | Швеция | Болгария | Польша |
| AFNOR | SS | BDS | PN |
Обозначения:
| Механические свойства : | |
| sв | — Предел кратковременной прочности , [МПа] |
| sT | — Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа] |
| d5 | — Относительное удлинение при разрыве , [ % ] |
| y | — Относительное сужение , [ % ] |
| KCU | — Ударная вязкость , [ кДж / м2] |
| HB | — Твердость по Бринеллю , [МПа] |
Физические свойства : | |
| T | — Температура, при которой получены данные свойства , [Град] |
| E | — Модуль упругости первого рода , [МПа] |
| a | — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) , [1/Град] |
| l | — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)] |
| r | — Плотность материала , [кг/м3] |
| C | — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)] |
| R | — Удельное электросопротивление, [Ом·м] |
Свариваемость : | |
| без ограничений | — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки |
| ограниченно свариваемая | — сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке |
| трудносвариваемая | — для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг |
yaruse.ru
4. Расшифровка марки стали:
— Сталь 30ХГСА – углерода 0,3%, хрома 1.5%, марганца 1.5%, кремния 1,5%, А — высококачественная;
— Оцинкованная (Ст5) – сталь, 5 – условный номер марки стали, покрыта цинком;
— сталь 60 – углерода 0,6%.
5. Цветовая окраска:
— Сталь 30ХГСА – синий+черный;
— Ст5 – зеленый;
— Сталь 60 – белый и коричневый.
6. Возможные области применения:
— Сталь 30ХГСА – Использование в промышленности: различные улучшаемые детали: валы, оси, зубчатые колеса, фланцы, корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин, работающие при температуре до 200°С, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.
— Ст5 – Использование в промышленности: детали клепаных конструкций, болты, гайки, ручки, тяги, втулки, ходовые валики, клинья, стержни, звездочки,трубные решетки, фланцы и другие детали, работающие при температуре от 0 до 425 град
— Сталь 60 – Использование в промышленности: цельнокатаные колеса вагонов, валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов, шпиндели, бандажи, диски сцепления, пружинные кольца амортизаторов, замочные шайбы, регулировочные шайбы, регулировочные прокладки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости.
Круг
сталь 20, 45:Ø 32; 34; 36; 40; 42; 44
сталь Р18К5Ф2: Ø 100; 150
Ст3пс\сп: Ø 115; 120; 150
сталь 20ХНЗА: Ø 7; 8; 9; 10
1. Вид продукции:
— Ø = 18мм; 20мм; 30мм – сортовой прокат простого профиля;
— Ø = 6мм; 7мм; 8мм; 10мм; 12мм; 14мм – сортовой прокат простого профиля;
— Ø = 26мм; 28мм; 30мм; 40мм – сортовой прокат простого профиля.
2. Вид материала:
— сталь 20
— сталь Р18К5Ф2
— Ст3пс\сп
— сталь 20ХНЗА
3. Классификационные признаки:
Классификационные признаки | сталь 20 | сталь Р18К5Ф2 | Ст3пс\сп | сталь 20ХНЗА |
— по химическому составу | углеродистая, низкоуглеродистая (0.2%) | легированная, высокоуглеродистая (1%) вольфрам 18% кобальт 5% ванадий 2% высоколегированная | углеродистая, низкоуглеродистая (0,14-0,22%) | легированная, низкоуглеродистая (0.2%) хром 1,5% никель 3% высококачественная низколегированная |
— по степени раскисления | Не указана степень раскисления | спокойная | полуспокойная спокойная | спокойная |
— по способу производства | в электропечах и мартеновских печах | В электропечах | в электропечах и мартеновских печах | В электропечах и мартеновским способом |
— по структуре | доэвтектоидная | заэвтектоидная | доэвтектоидная | доэвтектоидная |
— по качеству | качественная | качественная | обыкновенная | высококачественная |
— по назначению | конструктивная | инструментальная | конструктивная | конструктивная |
4. Расшифровка марки стали:
— Р18К5Ф2 – быстрорежущая инструментальная сталь с массовой долей вольфрама 18%, кобальта – 5%, углерода — 1%, хрома — 4%, ванадия 2%;
— Ст3сп\пс – сталь, 3 – условный номер марки стали, сп – спокойная, пс — полуспокойная;
— сталь 20 – углеродистая сталь, 0,2% углерода.
— сталь 20ХН3А – легированная сталь, 0,25% углерода, хрома 1,5%, никеля 3%, А — Высококачественная
studfiles.net
ЗАДАЧИ ПО КОНСТРУКЦИОННЫМ СТАЛЯМ
И ЧУГУНАМ
№ 1. Заводу нужно изготовить вал диаметром 70 мм для работы с большими нагрузками. Сталь должна иметь предел текучести не ниже 750 МПА, предел выносливости не ниже 400 МПа и ударную вязкость не ниже 900 кДж/м2.
Завод имеет сталь трех марок: Ст 4, 45 и 20ХНЗА. Какую из этих сталей следует применить для изготовления вала? Нужна ли термическая обработка выбранной стали и если нужна, то какая? Дать характеристику микроструктуре и указать механические свойства после окончательной термической обработки.
Решение задачи № 1
Стали марок Ст 4, 45 и 20ХНЗА имеют химический состав, приведенный в табл. 1.
Таблица 1
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТАЛЕЙ, %
| Сталь | ГОСТ | С | Mn | Si |
| Ст4 Сталь45 20ХНЗА | 380—71 1050—60 4543—71 | 0,18—0,27 0,42—0,50 0,17—0,23 | 0,40—0,70 0,50—0,80 0,30—0,60 | 0,12—0,30 0,17—0,37 0,17—0,37 |
Продолжение табл. 1
| Сталь | ГОСТ | Cr | Ni | S | Р |
| Ст4 Сталь 45 20ХНЗА | 380—71 1050—60 4543—71 | ≤0,3 ≤0,25 0,60-0,90 | ≤0,3 ≤0,25 2,75-3,15 | ≤0,050 ≤0,045 ≤0,025 | ≤0,040 ≤0,040 ≤0,025 |
Сталь марки Ст4, согласно ГОСТ, имеет следующие свойства в состоянии поставки (после прокатки или ковки): (σв == 420÷540 МПа,σт = 240÷260 МПа; δ = 21%.
Сталь 45, согласно ГОСТ, в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твердость не более НВ 207. При твердости НВ 190— 200 сталь имеет предел прочности не выше 600—620 МПа, а при твердости ниже НВ 180 предел прочности не превышает 550—600 МПа. Для отожженной углеродистой стали отношение σт/σв составляет примерно 0,5. Следовательно, предел текучести стали 45 в этом состоянии не превышает 270—320 МПа.
Сталь 20ХНЗА, согласно ГОСТ, в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твердость не более НВ 250. Следовательно, предел прочности при твердости НВ 230—250 не превышает 670— 750 МПа и может быть ниже 600 МПа для плавок с более низкой твердостью. Тогда предел текучести составляет 350—400 МПа, так как σт/σв для отожженной легированной стали 0,5—0,6.
Таким образом, для получения заданной величины предела текучести вал необходимо подвергнуть термической обработке.
Для низкоуглеродистой стали Ст4 улучшающее влияние термической обработки незначительно. Кроме того, Ст4 — как сталь обыкновенного качества имеет повышенное содержание серы и фосфора (см. табл. 1), которые понижают механические свойства и особенно сопротивление ударным нагрузкам.
Для такого ответственного изделия, как вал двигателя, поломка которого нарушает работу машины, применение более дешевой по составу стали обыкновенного качества нерационально.
Сталь 45 относится к классу качественной углеродистой, а сталь 20ХН3А — к классу высококачественной легированной стали. Они содержат соответственно 0,42—0,50 и 0,17—0,23%С и принимают закалку.
Для повышения прочности можно применять нормализацию или закалку с высоким отпуском.
Последний вариант обработки сложнее, но позволяет получить не только более высокие характеристики прочности, но и более высокую вязкость. В стали 45 минимальные значения ударной вязкости (aн после нормализации составляют 200—300 кДж/м2, а после закалки и отпуска с нагревом до 500° С достигают 600—700 кДж/м2.
Так как вал двигателя воспринимает в работе динамические нагрузки, а также и вибрации, более целесообразно применить закалку и отпуск. После закалки в воде углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита. Однако вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали эта структура в изделиях диаметром более 20—25 мм образуется только в сравнительно тонком поверхностном слое толщиной до 2—4 мм.
Последующий отпуск вызывает превращение мартенсита и троостита в сорбит только в тонком поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства перлита и феррита в основной массе изделий.
Сорбит отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем феррит и перлит.
Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и повторно переменных нагрузок воспринимают наружные слои, которые и должны обладать повышенными механическими свойствам. Однако в сопротивлении динамическим нагрузкам, которые воспринимает вал, участвуют не только поверхностные, но и нижележащие слои металла.
Таким образом, углеродистая сталь не будет иметь требуемых свойств по сечению вала диаметром 70 мм.
Сталь 20ХНЗА легирована никелем и хромом для повышения прокаливаемости и закаливаемости. Она получает после закалки достаточно однородные структуру и механические свойства в сечении диаметром до 75 мм.
Для стали 20ХНЗА рекомендуется термическая обработка:
1. Закалка с 820—835° С в масле.
При закалке с охлаждением в масле (а не в воде, как это требуется для углеродистой стали) возникают меньшие напряжения, а, следовательно, и меньшая деформация. После закалки сталь имеет структуру мартенсита и твердость не ниже HRC 50.
2. Отпуск 520—530° С. Для предупреждения отпускной хрупкости, к которой чувствительны стали с хромом (марганцем, вал после нагрева следует охлаждать в масле.
Механические свойства стали 20ХНЗА в изделии диаметром до 75 мм после термической обработки:
Предел прочности σв=900—1000 МПа, предел текучести σт = 750—800 МПа,относительное удлинение δ = 8—10 %, относительное сужение ψ = 45—50 %, ударная вязкость ан = 900 кДж /м2 .
Таким образом, эти свойства обеспечивают требования, формулированные в задаче, для вала диаметром 70 мм.
№ 2. Зубчатые колеса в зависимости от условий работы и возникающих напряжений можно изготавливать из стали обыкновенного качества, качественной углеродистой и легированной с различным содержанием легирующих элементов.
Выбрать, руководствуясь техническими и экономическими соображениями, сталь для изготовления колес диаметром 50 мм и высотой 30 мм с пределом прочности не ниже 360—380 МПа.
Указать термическую обработку колес, механические свойства и структуру выбранной стали в готовом изделии и для сравнения механические свойства и структуру сталей 45 и 40ХН после улучшающей термической обработки.
№ 3. Выбрать сталь для изготовления валов диаметром 50 мм для двух редукторов. По расчету сталь для одного из валов должна иметь предел текучести не ниже 350 МПа, а для другого — не ниже 500 МПа.
Указать: 1) состав и марку выбранных сталей; 2) рекомендуемый режим термической обработки; 3) структуру после каждой операции термической обработки; 4) механические свойства в готовом изделии.
Можно ли применять углеродистую сталь обыкновенного качества для изготовления валов требуемого сечения и прочности?
№ 4. Коленчатые валы диаметром 80 мм, работающие при повышенных напряжениях, изготавливают на одном заводе из качественной углеродистой стали, а на другом — из легированной стали.
Какую сталь следует применять для этой цели? Указать ее химический состав и марку.
Рекомендовать режим закалки и отпуска и сопоставить механические свойства, которые могут обеспечить углеродистая качественная и легированная стали выбранных марок для вала указанного диаметра.
№ 5. Выбрать сталь для изготовления тяжело нагруженных коленчатых валов диаметром 60 мм: предел прочности должен быть не ниже 750 МПа.
Рекомендовать состав и марку стали, режим термической обработки, структуру и механические свойства после закалки и после отпуска.
Похожие статьи:
poznayka.org
20ХН3А :: Металлические материалы: классификация и свойства
Сталь 20ХН3А ГОСТ 4543-71
Группа стали – хромоникелевая и хромоникелевая с бором
Массовая доля элементов, % | ||||||||
Углерод | Кремний | Марганец | Хром | Никель | Молибден | Алюминий | Титан | Ванадий |
0,17-0,24 | 0,17-0,37 | 0,30-0,60 | 0,60-0,90 | 2,75-3,15 | — | — | — | — |
Ac1 | Ac3(Acm) | Ac3(Arcm) | Ar1 | Mн |
730 | 810 | 700 | 615 | 340 |
Число твердости, НВ, не более | |
Отожженный или высокоотпущенный прокат | 255 |
Нагартованный прокат | 269 |
Термообработка | Передел текучести σт, Н/мм2 (кгс/мм2) не менее | Временное сопротивление σв, Н/мм2 (кгс/мм2) | Относительное удлинение δ5,% | Относительное сужение ψ, % | Ударная вязкость KCU, Дж/см2 (кгс·м/см2) | Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм | |||||
Закалка | Отпуск | ||||||||||
Температура, оС | Среда охлаждения | Температура, оС | Среда охлаждения | ||||||||
1-й закалки или нормализации | 2-й закалки | ||||||||||
не менее | |||||||||||
820 | — | Масло | 500 | Вода или масло | 735(75) | 930(95) | 12 | 55 | 108(11) | 15 | |
Температура отпуска, ºС | Предел текучести ,σ0,2 МПа | Временное сопротивление σв, МПа | Относительное удлинение δ5 | Относительное сужение ψ | KCU, Дж/см2 | НRCЭ |
% | ||||||
Нормализация. 860 ºС, воздух. Закалка 810 ºС, масло | ||||||
200 300 400 500 600 | 1270 1260 1180 960 720 | 1510 1370 1260 1000 780 | 15 12 13 19 24 | 60 62 64 66 73 | 73 54 59 83 162 | 43 42 39 32 22 |
Сечение мм | Предел текучести, σ0,2 МПа | Временное сопротивление σв, МПа | Относительное удлинение δ5 | Относительное сужение ψ | KCU, Дж/см2 | НRCЭ на поверхности | |
% | |||||||
Закалка 850 ºС, масло. Отпуск 200 ºС, воздух | |||||||
2 15 20 | 1220 1180 1080 | 1420 1370 1270 | 12 13 13 | 55 65 65 | 86 76 89 | 44 44 44 | |
Закалка 880 ºС, масло. Отпуск 600 ºС, воздух | |||||||
30 50 80 220 220 | 700 610 580 510 570 | 800 730 700 660 690 | 20 19 23 14 23 | 70 71 68 51 67 | 167 167 167 167 167 | — — — — — | |
Предел выносливости | Термообработка | |
σ-1, МПа | τ-1, МПа | |
382 338 421 | — 225 — | σв=960 МПа Закалка 820 ºС, масло. Отпуск 200 ºС σв=730 МПа Закалка 800 ºС, масло. Отпуск 500 ºС σв=940 МПа Закалка 800 ºС, масло. Отпуск 500 ºС |
Температура, ºС | Термообработка | |||
20 | -20 | -40 | -50(-60) | |
Ударная вязкость KCU, Дж/см2 | ||||
86 167 167 167 196 167 | — — — — 122 — | 85 69 83 69 100 118 | — 64 73 — (86) 78 | Заготовка сечением 10 мм. Закалка 850 ºС, масло. Отпуск 200 ºС Заготовка сечением 30 мм. Закалка 880 ºС, масло. Отпуск 560 ºС Заготовка сечением 50 мм. Закалка 880 ºС, масло. Отпуск 560 ºС Заготовка сечением 80 мм. Закалка 880 ºС, масло. Отпуск 560 ºС Нормализация 860 ºС, воздух. Закалка 810 ºС, масло. Отпуск 600 ºС Заготовка сечением 220 мм. Закалка 880 ºС, масло. Отпуск 630 ºС |
Расстояние от торца, мм | Примечание | ||||||||||
1,3 | 3 | 4,5 | 6 | 7,5 | 9 | 12 | 15 | 21 | 39 | Закалка 830 ºС | |
Прокаливаемость | |||||||||||
43-51 | 42-50,5 | 41-50 | 39-49 | 37,5-47,5 | 35,5-46 | 33-43 | 31-40,5 | 27,5-35,5 | 22-31 | Твердость для полос прокаливаемости, HRCЭ | |
Количество мартенсита, % | Критическая твердость, HRCЭ | Критический диаметр, мм | |
в воде | в масле | ||
50 90 | 32-37 39-44 | 70-96 42-64 | 44-62 20-38 |
Заменитель – стали: 20ХГНР, 20ХНГ, 38ХА, 15Х2ГН2ТА, 20ХГР.
Температура ковки, ºС:
начала 1220,
конца 800.
Заготовки сечением до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-300 мм – в яме.
Свариваемость – трудносвариваемая; способы сварки: РДС, АДС под флюсом
Обрабатываемость резанием – в горячекатаном состоянии при HB 177, σв=610 МПа, КV б. ст =0,95.
Флокеночувствительность – чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости – склонна.
Назначение: шестерни, валы, втулки, силовые шпильки, болты, муфты, червяки и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах.
Полосы прокаливаемости
По требованию потребителя, указанному в заказе, пачки, концы или торцы горячекатаных и кованых прутков, а по согласованию изготовителя с потребителем и калиброванных прутков из стали всех марок в зависимости от группы должны маркироваться краской в соответствии с таблицей
Группа стали | Цвет маркировки |
| Хромоникелевая и хромоникелевая с бором | Желтый + черный |
Сортамент:
горячекатаная квадратная – ГОСТ 2591-88,
горячекатаная круглая – ГОСТ 2590-88,
горячекатаная шестигранная – ГОСТ 2879-88,
горячекатаная полосовая – ГОСТ 103-76,
кованая круглая и квадратная – ГОСТ 1133-71,
калиброванная круглая – ГОСТ 7417-75,
калиброванная квадратная – ГОСТ 8559-75,
калиброванная шестигранная – ГОСТ 8560-78,
серебрянка – ГОСТ 14955-77markmet.ru