Температура применения сталь 20: Конструкционная сталь характеристики, свойства

Содержание

Сталь 20Л для отливок нелегированная перлитного класса

сделать заявку

Сталь 20Л для отливок нелегированная перлитного класса

Заменители: Сталь 25Л, Сталь 30Л

Сталь 20Л применяется: для изготовления арматуры, фасонных отливок деталей общего машиностроения, изготовляемых литьем по выплавляемым моделям; деталей сварнолитых конструкций и других деталей, работающих при температуре от -40 до 450 °С; отливок деталей паровых, газовых, гидравлических турбин и компрессоров, работающих при температурах от -40 до +350 °С; отливок 2-й и 3-й групп деталей трубопроводной арматуры и приводных устройств к ней (корпусов патрубков под приварку и для литосварных конструкций) с температурой рабочей среды от -30 до +450 °С без ограничения номинального рабочего давления; литых центров колесных пар локомотивов и моторных вагонов электропоездов и дизель-поездов железных дорог колеи 1520 мм в климатическом исполнении УХЛ; отливок деталей оборудования (арматуры) атомных электростанций, станций теплоснабжения, теплоэлектроцентралей, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок.

 

Технические характеристики

Химический состав в %
НТД C S P Mn Cr Si Ni Cu
ГОСТ 4491-86 0,17-0,25 ≤0,025 ≤0,030 0,60-0,90 ≤0,50 0,20-0,52 ≤0,50 ≤0,40
ТУ 5.961-11151-92 0,17-0,25 ≤0,025 ≤0,025 0,45-0,90 0,20-0,52
ГОСТ 977-88 0,17-0,25 ≤0,040 ≤0,040 0,45-0,90 0,20-0,52
СТ ЦКБА 014-2004 0,17-0,25 ≤0,040 ≤0,040 0,45-0,90 ≤0,45 0,20-0,52 ≤0,40 ≤0,40
По ГОСТ 977-88 массовая доля содержания S и P указана для 1 группы отливок из основной стали. Содержание серы и фосфора в отливках 2 и 3 групп, в кислой и основной мартеновской стали — см. таблицу 4а в ГОСТ 977-88.
По ТУ 5.961-11151-92 для отливок 1 и 2 классов массовая доля кобальта в стали не должна превышать 0,20 %, а для отливок, находящихся в зоне прямого облучения — 0,15 %.

 

 

Механические свойства
Механические свойства при 20°С
Состояние поставкиСечение

(мм)

t испыт.

(°C)

t отпуска

(°C)

sТ | s
0,2

(МПа)

sB

(МПа)

d5

(%)

d4dd10y

(%)

KCU

(кДж/м2)

HBHRCHRBHVHSh
Отливки деталей ГТУ. Нормализация при 880-900 °С или Нормализация при 880-900 °С, охлаждение на воздухе + отпуск при 630-650 °С, охлаждение на воздухе
  <100     ≥216 ≥412     ≥22   ≥35 ≥491 116-144        
Отливки для судостроения. Нормализация при 890-920 °С + отпуск при 630-670 °С, охлаждение на воздухе
        ≥220 ≥420     ≥22   ≥35 ≥500 116-144        
Центры литые колесных пар вагонов по ГОСТ 4491-86. Нормализация при 940-960 °С (выдержка 2,5-3,0 ч), ускоренное охлаждение до 300-400 °С со скоростью не менее 0,4 °С·с-1 + Отпуск при 640-660 °С, выдержка 2,5-3,0 ч (KCU+20°/KCU-60°)
  Образец     ≥245 ≥440     ≥22   ≥32 ≥490/245    
 
   

 

 

Механические свойства в зависимости от сечения литой заготовки

Состояние поставкиСечение

(мм)

t испыт.

(°C)

t отпуска

(°C)

sТ | s0,2

(МПа)

sB

(МПа)

d5

(%)

d4dd10
y

(%)

KCU

(кДж/м2)

HBHRCHRBHVHSh
Нормализация при 870-890 °С, охлаждение на воздухе до 250-300 °С + отпуск при 630-650 °С, охлаждение на воздухе (указано место вырезки образца)
Край 100     210-245 440-490     30-34   44-64   131-143        
Край 200     210-265 430-485     19-37   28-64   131
 
     
Центр 10     215-225 450-495     27-37   45-63   131        
Центр 100     200-245 420-485     31-33   44-64   131-134        
Центр 200     210-255 430-470     14-34   24-61   121-143        
Центр 30     200-265 425-480     31-37   48-63   134-143        
Центр 50     200-275 460-480     31-33   48-57   124-143        

 

 

Механические свойства в зависимости от температуры испытания

Состояние поставки
Сечение

(мм)

t испыт.

(°C)

t отпуска

(°C)

sТ | s0,2

(МПа)

sB

(МПа)

d5

(%)

d4dd10y

(%)

KCU

(кДж/м2)

HBHRCHRBHVHSh
Отливки с толщиной стенки до 100 мм в состоянии поставки по ТУ 5.961-11151-92. Нормализация при 880-900 °C + Отпуск при 630-650 °C. Критическая температура хрупкости Тко ≤ 55 °C.
    20   ≥216 ≥412     ≥22   ≥35 ≥490 116-144        
    200   ≥170 ≥370         ≥35            
    300   ≥160 ≥370         ≥33            
    350   ≥140 ≥360         ≥32            

 

 

Технологические свойства

Заварка дефектов Заварка дефектов отливок после разделки осуществляется обычно без предварительного и сопутствующего подогрева. При полуавтоматической сварке в среде углекислого газа применяется проволока Св-08Г2С диаметром 2 мм при силе тока 380-420 А. Заварка дефектов ручной сваркой осуществляется электродами типа Э42А (ГОСТ 9467) марки УОНИ-13/45. При заварке жесткого контура отливок или выборки объемом более 2000 см3 рекомендуется перед наложением первого валика производить предварительный подогрев на 120-150 °C. При заварке выборки объемом более 5000 см3 необходимо производить предварительный и сопутствующий подогрев до 150-180 °C.
Наплавка Наплавка уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной арматуры в соответствии с ОСТ 26-07-2028-81 производится ручной электродуговой наплавкой электродами типа Э-20Х13 с обмазкой УОНИ-13НЖ, НИИ-48, НИИ-48Ж-1 или проволокой СВ-12Х13 или СВ-20Х13. Подготовка поверхности под наплавку производится механической обработкой. Наплавка производится с предварительным и сопутствующим нагревом детали до 400-450 °C не менее чем в 3 слоя толщиной не менее 4 мм без учета припуска на механическую обработку. Термообработка после наплавки производится путем отпуска при 550-600 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=301-350, при 600-650 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=240-300, при 400-450 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=351-400. Температура печи при загрузке деталей для отпуска должна быть не более 300 °C.
Свариваемость Сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под газовой защитой, ЭШС. После исправления дефектов сваркой применяется отпуск при 619-660 °C.
Склонность к отпускной хрупкости Не склонна.
Флокеночувствительность не чувствительна.

 

 

Температура критических точек

Критическая точкаТемпература °C
AC1 735
AC3 854
AR3 835
AR1 680
MN  

 

 

Ударная вязкость

Состояние поставки температура+20-20-60-80
Отливки счением 30 мм. Нормализация при 870-890 °C, охлаждение на воздухе до 250-300 °C + отпуск при 630-650 °C, охлаждение на воздухе 550-830 410-640 60-120 30-50

 

 

Предел выносливости

Термообработка, состояние сталиs-1

(МПа)

t-1

(МПа)

nsB

(МПа)

s0,2

(МПа)

  211   1Е+7 470 260
НВ 137 196     500 280

 

 

Физические свойства

Температура испытания, °С201002003004005006007008009001100
Модуль нормальной упругости (Е, ГПа) 201 196 188 183 173 165 152 132 120    
Модуль упругости при сдвиге кручением (G, ГПа) 78 76 73 71 67 63 58 50 45    
Плотность (r, кг/м3) 7850                    
Коэффициент теплопроводности (l, Вт/(м · °С)) 54 53 51 48 43 39 35 32 27 27  
Уд. электросопротивление (R, НОм · м) 170 220 294 385 490 604 761 932 1101 1139  
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)   12,2 12,7 13,1 13,5 13,9 14,4 14,9 12,6 12,6 12,4
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С))   487 500 517 533 559 588 638 706 706 706

 

 

Литейные свойства

Температура начала затвердевания, °C 1512-1521
Температура начала плавления, °C  
Линейная усадка, % 2,2-2,3
Показатель трещиноустойчивости, Кт.у. 1
Жидкотекучесть, Кж.т. 0,9
Склонность к образованию усадочной раковины, Ку.р. 0,9
Склонность к образованию усадочной пористости, Ку.п. 1,0

 

 

Обозначения
Механические свойства:
  • sв — Предел кратковременной прочности, [МПа]
  • sТ — Предел текучести, [МПа]
  • s0,2 — Предел пропорциональности (допуск на остаточную деформацию — 0,2%), [МПа]
  • d5 — Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
  • y — Относительное сужение, [ % ]
  • KCU — Ударная вязкость, [ кДж / м2]
  • HB — Твердость по Бринеллю, [МПа]
  • HV — Твердость по Виккерсу, [МПа]
  • HSh — Твердость по Шору, [МПа]

 

 

Сталь 20Х — конструкционная легированная

Содержание

  • 1 Заменители
  • 2 Иностранные аналоги
  • 3 Вид поставки
  • 4 Назначение
  • 5 Расшифровка стали 20Х
  • 6 Применение стали 20Х корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)
  • 7 Применение стали 20Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (ГОСТ 33260-2015)
  • 8 Температура критических точек, °С
  • 9 Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)
  • 10 Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)
  • 11 Твердость (ГОСТ 4543-2016)
  • 12 Механические свойства проката (ГОСТ 4543-2016)
  • 13 Механические свойства проката
  • 14 Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)
  • 15 Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
  • 16 Механические свойств при повышенных температурах
  • 17 Предел выносливости при n = 107
  • 18 Ударная вязкость KCU
  • 19 Технологические свойства
  • 20 Свариваемость
  • 21 Критический диаметр d
  • 22 Физические свойства
    • 22.1 Плотность ρ кг/см3 при температуре испытаний, °С
    • 22.2 Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С
    • 22.3 Коэффициент линейного расширения α*106, К-1, при температуре испытаний, °С
    • 22.4 Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
    • 22.5 Модуль нормальной упругости Е, ГПа, при температуре испытаний, °С
    • 22.6 Модуль упругости при сдвиге на кручением G, ГПа, при температуре испытаний °С
  • 23 Узнать еще

Заменители

Стали 15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ.

Иностранные аналоги

Германия DIN20Cr4,
20CrS4
США (AISI, SAE, ASTM)5120,
5120H
Великобритания (BS)207
Япония (JIS)SCr420,
SCr420H

ВАЖНО!!! Возможность замены определяется в каждом конкретном случае после оценки и сравнения свойств сталей

Вид поставки

Cортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543—71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 2879-88.

Калиброванный пруток ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 1051-73.

Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.

Лист толстый ГОСТ 1577—93, ГОСТ 19903—74.

Полоса ГОСТ 82—70, ГОСТ 103—76.

Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.

Трубы ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 13663-86.

Назначение

Втулки, шестерни, обоймы, гильзы, диски, плунжеры, рычаги и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.

Расшифровка стали 20Х

Цифра 20 обозначает, что содержание углерода в стали составляет 0,2%.

Буква Х означает, что в стали содержится хром в количестве до 1,5%.

Применение стали 20Х корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)

Марка сталиНД на поставкуТемпература рабочей среды (стенки), °СДополнительные указания по применению
20X
ГОСТ 4543
Поковки ГОСТ
8479.

Сортовой прокат
ГОСТ 4543.

Листы ГОСТ 1577,
категории 2, 3.

Трубы ГОСТ 8731
гр.В, ГОСТ 8733
гр.В

От -40 до 450Для сварных узлов арматуры,
работающих в неагрессивных
средах

Применение стали 20Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (ГОСТ 33260-2015)

Марка сталиЗакалка + отпуск при
температуре, °С
Примерный уровень
прочности, Н/мм2
(кгс/мм2)
Температура
применения не ниже, °С
Использование в
толщине не более, мм
20Х200900 (90)-6015

ПРИМЕЧАНИЕ

  1. 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.
  2. Максимальная толщина, указанная в графе 5, обусловлена необходимостью получения сквозной прокаливаемости и однородности свойств по сечению.

Температура критических точек, °С

Ас1Ас3Аr3Аr1Mн
750825755665390

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

СSiMnCrNiCuSP
не более
0,17-0,230,17-0,370,5-0,80,7-1,00,300,300,0350,035

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Марка сталиМассовая доля элементов, %
СSiMnCrNiMoAlTiVB
20Х0,17-0,230,17-0,370,5-0,80,7-1,0

ПРИМЕЧАНИЕ: знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если не указано иное.

Твердость (ГОСТ 4543-2016)

  1. Твердость по Бринеллю металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенной (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), диаметром или толщиной свыше 5 мм должна соответствовать нормам, указанным в таблице
    Марка сталиТвердость HB, не более
    20Х179

    ПРИМЕЧАНИЕ
    Твердость калиброванной металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), может быть на 15 НВ более указанной в таблице выше.

  2. Твердость горячекатаной и кованой металлопродукции, поставляемой без термической обработки, не нормируют и не контролируют.
  3. Твердость калиброванной металлопродукции и металлопродукции со специальной отделкой поверхности диаметром или толщиной свыше 5 мм, поставляемой в нагартованном состоянии (НГ), должна соответствовать нормам, указанным в таблице ниже.
    Марка сталиТвердость НВ, не более
    20Х229

Механические свойства проката (ГОСТ 4543-2016)

Марка сталиРежим термической обработкиМеханические свойства, не менееРазмер сечения
заготовок для
термической обработки
(диаметр круга или
сторона квадрата), мм
ЗакалкаОтпускПредел текучести σт, Н/мм2Временное сопротивление σв, Н/мм2ОтносительноеУдарная вязкость КС U, Дж/см2
Температура, °ССреда охлажде-
ния
Темпера-
тура, °С
Среда
охлаждения
удлинение δ5,%сужение Ψ, %
1-й
закалки
или нор-
мализации
2-й за-
калки
20Х880770—
820
Вода или масло180Воздух или масло63578011405915

Механические свойства проката

ГОСТСостояние поставки, режим термообработкиСечение, ммσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %KCU, Дж/см2Твердость, не более
не более
ГОСТ 4543-71Пруток. Закалка с 880 °С в воде или масле, закалка с 770-820 °С в воде или масле; отпуск при 180 °С, охл. в воде или в масле15640780114059
ГОСТ 10702-78Сталь нагартованная -калиброванная и калиброванная со специальной отделкой без термообработки590545HB 207
Пруток. Цементация при 920-950 °С, охл. на воздухе; закалка с 800 °С в масле; отпуск при 190 °С, охл. на воздухе60390640134049HB 250; HRC5 55-63

Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)

ТермообработкаСечение, ммКПσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %KCU, Дж/см2Твердость HB, не более
не менее
НормализацияДо 100195195390265559111-156
100-300235054
300-500204549
До 100215215430245354123-167
100-300204849
До 100245245470224849143-179
Закалка+отпуск100-300194239143-179
До 100275275530204044156-197
100-300275275530173834156-197
100-300315315570143534167-207
100-300345345590174054174-217

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

tотп. °Сσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %KCU, Дж/см2
2006508801858118
3006908801665147
4006908501870176
5006707802071196
6006107302070225

Примечание: Пруток диаметром 25 мм; закалка с 900 °С, в масле.

Механические свойств при повышенных температурах

tисп. °Сσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %
7001201504889
80063935674
90051846488
100033517897
1100213398100
12001425

ПРИМЕЧАНИЕ: Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный; скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с.

Предел выносливости при

n = 107
Термообработкаσ-1, МПа
Нормализация, σ0,2 = 295-395 МПа, σв = 450-590 МПа, HB 143-179235
Закалка + высокий отпуск, σ0,2 = 490 МПа, σв = 690 МПа, HB 217-235295
Цементация + закалка + низкий отпуск, σ0,2 = 790 МПа, σв = 930 МПа, HRCэ 57-63412

Ударная вязкость KCU

Состояние поставкиKCU, Дж/см2, при температуре, °С
+20-20-40-60
Пруток диаметром 115 мм; закалка + отпуск280-286280-289277-287261-274

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1260, конца 750. Заготовки сечением до 200 мм охлаждаются на воздухе, сечением 201-700 мм подвергаются низкотемпературному отжигу.

Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,3 и Kv б.ст = 1,7 в горячекатаном состоянии при НВ 131 σв = 460 МПа.

Флокеночувствительность — малочувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Свариваемость

Сталь 20Х сваривается без ограничений(кроме химико-термических обработанных деталей). Способы сварки: РДС, КТС без ограничений.

Критический диаметр

d
Критическая твердость HRC3Количество мартенсита, %d, мм, после закалки
в водев масле
32-365026-488-24
38-429012-283-9

Физические свойства

Плотность ρ кг/см
3 при температуре испытаний, °С
Сталь20100200300400500600700800900
20Х78307810778077107640
Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С
Сталь20100200300400500600700800900
20Х424241403836333231
Коэффициент линейного расширения
α*106, К-1, при температуре испытаний, °С
20-10020-20020-30020-40020-50020-60020-70020-80020-90020-1000
10,511,612,413,113,614,0
Удельная теплоемкость
c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
20-10020-20020-30020-40020-50020-60020-70020-80020-90020-1000
496508525537567588626706
Модуль нормальной упругости Е, ГПа, при температуре испытаний, °С
Сталь20100200300400500600700800900
20Х216213198193181171165143133
Модуль упругости при сдвиге на кручением G, ГПа, при температуре испытаний °С
Сталь20100200300400500600700800900
20Х848376747167625550

характеристики, плотность, расшифровка марки, нюансы термообработки и закалки.

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.

к содержанию ↑

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:

Градусы30110220330440510620730840910
20Х78207830768078107540

Марка

20x.

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.
к содержанию ↑

Предел прочности и текучести

  • Мера прочности, что может привести к разрыву, колеблется от 36 до 46 кг\мм2.
  • Текучесть 20Х — 300 мегапаскаль.

Ударная вязкость

Вид материалаУдарная вязкость, Дж/см2, с температурой, °С
+20-20-40-60
Прут радиусом среза 57,5 мм; закаливание и отпуск270–286270–289267–277251–264

Температура эксплуатации

Сталь может эксплуатироваться в пределах данных температур:

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

Механические свойства

ГОСТПоставка, вид тепловой обработкиСечение, ммУсловная мера текучести (мегапаскаль)Мера прочности (кратковременная) (мегапаскаль)Относительное расширение после разрыва в %Относительное сужение в %Вязкость от удара (Килоджоуль / м2)Проверка по шкале Бриннеля, не более
ГОСТ 4543-71Стальной прут, закалённый на 880 °С, h3O или масло; закалка используется при 770–820 °С, вода или масло; отпуск, заключительный этап — 180 °С, воздух или масло14630770114059
ГОСТ 10702-78Сталь, прошедшая нагартовку и калибровку с нужной отделкой без нагрева и охлаждения585545207
Прут. Насыщение диффузионными частицами углерода поверхности стали: 920–950 °С, воздух; закалка 800 °С, масло; заключительный этап: 190 °С, воздух50380640134049250 (верх 55-63)

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

ТеплообработкаСечение, ммКПУсловная мера текучести в мегапаскаляхМера кратковременной прочности в мегапаскаляхОтносительное удлинение после разрыва (%)Относительное сужение в %KCU (кдж/ м2)Твёрдость по Бриннелю (шарик), не более
Приход к нормедо 100
100–300
300–500
18519539026
22
21
55
51
46
59
53
49
111–156
до 100
100–300
22521543024
21
52
49
52
49
124–168
до 100235245470224748142–179
Закалка. Отпуск100–300255245470194139142–169
до 100
100–300
28527553022
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:

Температура отпуска, °СУсловная мера текучести (мегапаскаль)Временное сопротивление разрыву (мегапаскаль)Отношение приращения длины образца после разрыва к его перво- начальной длине (%)Относительное сужение %Ударная вязкость (кдж/ м2)
Прут радиусом 12,5 мм. Закалка — девятьсот градусов Цельсия.
210
310
410
510
610
660
700
700
680
620
880
869
835
758
730
18
17
18
21
20
58
65
70
71
70
118
147
176
196
225

Механические свойства 20Х при высоких температурах:

Температура опыта, °СУсловная текучесть (мегапаскаль)Сила сопротивления разрыву по времени (мегапаскаль)Относительное удлинение после разрыва (%)Относительное сужение %KCU (кдж/ м2)
Объект размером 6 мм, длина 31 мм, подвергался ковке и нормализован. Величина скорости деформирования 15 мм/мин. Скорость изменения формы — 0,008 1/с
710
810
910
1010
1110
1210
130
63
51
33
21
14
150
93
84
51
33
25
48
56
64
78
98
89
76
87
96
100
к содержанию ↑

Отпускная хрупкость

Сталь не имеет склонности к хрупкости при отпуске.

Свариваемость

Данную сталь можно варить без каких-либо ограничений.

Группа

Сталь 20Х ГОСТ 4543-71. Группа стали — хромистая.

Гост

ГОСТ 4543-71.

Цена в 2021 году


Ценовая политика компаний на данную марку стали по видам изделий:
  • круг Ст20Х ф100 — 61 200 ₽;
  • круг Ст20Х ф140 — 59 400 ₽;
  • круг Ст 20Х Ф42 — 51 600 ₽;
  • полоса 20Х 50 (60) × 230 (240) × 760 — 90 000 ₽;
  • квадрат Ст 20Х 120 × 120 — 70 800 ₽;
  • поковка Ст 20Х Ф335 — 118 800 ₽;
  • труба — 82 000 ₽.

Расшифровка марки

Данное сокращение свидетельствует, что это сталь конструкционного типа с 0,2 % углерода и высоким избытком хрома.

После Х отсутствует цифра, а значит, хрома менее полутора процента.

Область применения

Чаще всего применяется для получения:

  1. Гильз.
  2. Втулочных изделий.
  3. Шестереночных деталей.
  4. Дисков.
  5. Рычагов.
  6. Обоймы.

Также её используют в создании скоб и шаблонов большой длины.

Свойства

Технологические

  • Температура обработки давлением: начальный показатель — 1260, конечный — 750. Заготовки, имеющие сечение размером 200 мм, остывают при комфортной температуре 22–20 °C, сечением 202–710 мм получают отжиг низкими температурами.
  • Обработка резанием — Kv тв.спл = 1,3 и Kv б.ст = 1,7 в горячекатаном положении имеет НВ 131 σв = 460 мегапаскаль.
  • Склонность стали к поражению флокенами (дефекты внутри) — малочувствительна. Снижение пластичности закаленной легированной стали — не склонна.
к содержанию ↑

Физические

Число теплопроводности, количество теплоты, проходящей в течение единицы времени через единицу вещества при температуре по Цельсию:

СтальДвадцатьСтоДвестиТристаЧетырестаПятьсотШестьсотСемьсотВосемьсотДевятьсот
20Х216214198192181173165142133

Число расширения при воздействии теплом, температура опытов по Цельсию:

20–10020–20020–30020–40020–50020–60020–70020–80020–90020–1000
11,511,913,413,813,915,0

Отношение теплоёмкости к массе джоуль / (килограмм × кельвин), температура в градусах Цельсия:

20–10020–20020–30020–40020–50020–60020–70020–80020–90020–1000
496507524536566587625706

Число нормативной силы пластичности, упругости Е, гигапаскаль, температура в градусах Цельсия:

СтальДвадцатьСтоДвестиТристаЧетырестаПятьсотШестьсотСемьсотВосемьсотДевятьсот
20Х215212197194180170164142132

Модуль мощи пластичности с дисбалансом на вращение G, гигапаскаль, температура в градусах Цельсия:

СтальДвадцатьСтоДвестиТристаЧетырестаПятьсотШестьсотСемьсотВосемьсотДевятьсот
20Х848278757266635751
к содержанию ↑

Аналоги

Отечественные

Сплав можно заменить следующими отечественными заменителями:

  • 12ХН2.
  • 15Х.
  • 18ХГТ.
  • 20ХН.

Зарубежные

Иностранные заменители:

  • Англия: BS207.
  • USA: 1020, G10200, 1023.
  • Япония: S22C, STB410, S20CK, S20C.
  • Франция: 1C22, AF42, AF42C20, C20.

Сталь 45: характеристики по гост и область применения

Сталь 45

Для любого сплава характерны свои характеристики, химический состав элементов, набор заменителей, функциональность, назначение и т.д.

Что такое сталь 45? Прежде всего, это сплав, в котором содержится 0,45% углерода, в то время как доля остальных примесей крайне незначительна.

Её основными заменителями считают сталь 40х и 50, которые также отличаются высокой прочностью, надежностью и износоустойчивостью.

Сталь 45: химический состав

Процентное соотношение химических элементов, входящих в состав стали марки 45:

  • Fe – около 97%
  • C – 0,42-0,5%
  • Mn – 0,5-0,8%
  • Si – 0,17-0,37%
  • Ni – не больше 0,25%
  • Cr – не больше 0,25%
  • Cu – не больше 0,25%
  • As – не больше 0,08%
  • S – не больше 0,04%
  • P – не больше 0,035%

Сталь марки 45: ГОСТы

ГОСТы на прокат из конструкционной углеродистой качественной стали 45:

  • ГОСТ 19903-74, 1577-93 – лист толстый
  • ГОСТ 16523-97 – лист тонкий
  • ГОСТ 8733-74, 8731-74, 8734-75, 21729-76, 8732-78 – труба
  • ГОСТ 2284-79 – лента
  • ГОСТ 5663-79, 17305-91 – проволока
  • ГОСТ 7417-75, 8559-75, 8560-78, 1050-88 – калиброванный пруток
  • ГОСТ 14955-77 – шлифованный пруток и серебрянка
  • ГОСТ 82-70, 1577-93, 103-2006 – полоса
  • ГОСТ 8479-70, 1133-71 – кованые заготовки

Сталь 45: характеристики

Этот углеродистый качественный сплав с легкостью переносит температурные испытания, производимые в диапазоне 200-600°C. При удельном весе в 7826 кг/м3, этот металл обладает высокой твердостью – HB 10-1=170МПа.

Плотность стали 45 по ГОСТ 1050-88 составляет 7826-7595 кг/м3 в диапазоне 20-800оС.

Углеродистая качественная сталь 45, твердость по Бринеллю которой составляет 170МПа, имеет модуль упругости в E 10-5 = 2МПа (при 20оС) и предел прочности 245МПа.

Остальные физические и механические характеристики стали 45 представлены ниже:

Сталь марки 45: применение

Сталь 45 марки широко используется в промышленности, в частности, она идет на изготовление валов (распределительных и коленчатых), шестерней, блиндажей, шпинделей, кулачков, цилиндров и т.п.

45-й металл позволяет получать нормализованные, улучшаемые поверхности, для которых характерна повышенная прочность.

При необходимости на порядок улучшить характеристики готовых изделий технологи применяют металл марки 45, легированный хромом – 45х (доля хрома 0,8-1,1%), или литейную сталь 45л.

Сталь 45 считается материалом трудносвариваемым, однако ему не свойственна отпускная хрупкость. Это достаточно весомый фактор при создании конструкций сложных форм и конфигураций. Сварка данного металла производится 2 способами: КТС и РДС.

Источник: http://fx-commodities.ru/articles/stal-45/

Сталь 45: характеристики, вес, твердость, аналоги марки стали 45

Марка стали: 45.

Класс: сталь конструкционная углеродистая качественная.

Использование в промышленности: вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Твердость: HB 10 -1 = 170 МПа

Свариваемость материала: трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Температура ковки, oС: начала 1250, конца 700. Сечения до 400 мм охлаждаются на воздухе.

Флокеночувствительность: малочувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

Вид поставки:

  • Сортововй прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8239-89, ГОСТ 8240-97, ГОСТ 10702-78.
  • Калиброванный пруток ГОСТ 1050-88, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.
  • Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.
  • Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74.
  • Лист тонкий ГОСТ 16523-97.
  • Лента ГОСТ 2284-79.
  • Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 1577-93, 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.
Зарубежные аналоги марки стали 45
США1044, 1045, 1045H, G10420, G10430, G10440, G10450, M1044
Германия1.0503, 1.1191, 1.1193, C45, C45E, C45R, Cf45, Ck45, Cm45, Cq45
ЯпонияS45C, S48C, SWRCh55K, SWRCh58K
Франция1C45, 2C45, AF65, C40E, C45, C45E, C45RR, CC45, XC42h2, XC42h2TS, XC45, XC45h2, XC48, XC48h2
Англия060A47, 080M, 080M46, 1449-50CS, 1449-50HS, 50HS, C45, C45E
Евросоюз1.1191, 2C45, C45, C45E, C45EC, C46
Италия1C45, C43, C45, C45E, C45R, C46
БельгияC45-1, C45-2, C46
ИспанияC45, C45E, C45k, C48k, F.114, F.1140, F.1142
Китай45, 45H, ML45, SM45, ZG310-570, ZGD345-570
Швеция1650, 1672
Болгария45, C45, C45E
ВенгрияA3, C45E
Польша45
РумынияOLC45, OLC45q, OLC45X
Чехия12050, 12056
АвстрияC45SW
Австралия1045, HK1042, K1042
ШвейцарияC45, Ck45
Южная КореяSM45C, SM48C

Свойства стали Ст 45

Приобретая изделия из металла, необходимо знать свойства материала, из которого они изготовлены. То, из стали какой марки произведена продукция, влияет на ее стоимость, прочность, надежность. Это также определяет срок службы и возможную сферу применения.

В данном случае, вы найдете информацию про марку стали 45, которая часто используется для изготовления разнообразных металлических товаров. Она считается конструкционной углеродистой качественной. Чтобы приобрести изделия металлопроката из стали 45, ознакомьтесь с каталогами компании и обратитесь к нашим менеджерам.

Она поставляется в виде сортового и фасонного проката. Вы можете найти обширный список изделий, для которых она применяется. Например, серебрянка, листы металла разной толщины, прутья с разными видами обработки поверхности, поковки и кованые заготовки, длинномерные проволочные изделия, ленты и полоскы, а также трубы.

Сталь 45 и ее характеристики

  • Малая чувствительность к флокенам.
  • Сталь 45 и ее удельный вес: показатель равен 7826 кг/м3.
  • К отпускной хрупкости не склонна.
  • Термообработка: Состояние поставки.
  • Твердость стали 45: показатель равен следующим значениям: HB 10 -1 = 170 МПа

Прочность у данного материала повышенный. Именно поэтому из него изготавливаются предметы, которые можно нормализовать, улучшать, чьи поверхности можно подвергать термической обработке.

В данном материале имеется 0,45 процента углерода. Другие примеси крайне незначительны.

Сталь относится к трудносвариваемым материалам. Чтобы произвести процедуру сварки, требуется сначала подогреть сталь, а затем обработать термически. При ковке температура сначала должна быть 1250 градусов по Цельсию, а в конце снизиться до 700 градусов.

Если изделие имеет сечение, которое меньше или равно 400 миллиметрам, то его можно охлаждать на воздухе.

Сталь 45 и ее аналоги

Такой материал могут заменить следующие три марки стали: 50, 50 Г 2 и 40 Х.

Из них также создаются зубчатые колеса, цилиндры, эксцентрические насадки на вал, валы вращающиеся, коленчатые и распределительные, а также другие товары, применяемые в промышленности.

Марка стали 45 может именоваться по-разному в других странах и иметь несколько аналогов. К примеру, в США ей по свойствам равны 8 марок стали, в Германии – 10, во Франции – 14. В Польше аналог только один и он называется просто 45, в Австрии — C45SW.

Источник: http://atl-met.ru/stal-45

Сталь 45 в наличии

Сталь 45 на складе. Отгрузка проката в день оплаты партиями любого объема.

Описание

Сталь 45 гост выделяется среди подобных изделий рядом следующих характеристик: назначением и функциональностью, химическим составом элементов, возможными заменителями, поставщиками, максимальной температурой работоспособности, литейным и техническим набором характеристик. В основных свойствах выделяют ее основные заменители: стали 40Х, 50 и 50Г2. По своим характеристикам они являются наиболее близкими с похожим набором функций. 

Применение

Сталь 45 гост особо применима для валов, как коленчатых, так и распределительных, шпинделей, бандажей, цилиндров, различных видов и форм кулачков и т.д. Другими словами, для всех приборов и устройств, которые должны обладать максимальной прочностью, надежностью и износоустойчивостью.

По своему химическому составу данная сталь содержит: медь, марганец, мышьяк, никель, фосфор, хром и др. Касаемо своих механических свойств сталь 45 гост выдерживает многие перепады температур, различные климатические изменения и воздействия. Она спокойно проходит температурные испытания от 200 до 600°.

Скорость изменения формы стандартного образца будет достигать 0,009 1/с (6 мм диаметр и 30 мм длина).

Наша продукция из стали 45

Механические свойства при Т=20oС

СортаментsTd5yKCUТермообр.
МПаМПа%%кДж / м2
Трубы, ГОСТ 8731-8758832314
Пруток калиброван., ГОСТ 10702-7859040Отжиг
Прокат, ГОСТ 1050-886003551640Нормализация
Прокат нагартован., ГОСТ 1050-88640630
Прокат отожжен., ГОСТ 1050-885401340
Лента отожжен., ГОСТ 2284-79440-69014
Лента нагартован., ГОСТ 2284-79690-1030
Полоса, ГОСТ 1577-936003551640Нормализация

Источник: http://www.str-invest.ru/pom-snab/sprav-met/marochnik/stal-45/

Сталь ст 45, 20 углеродистая, ст45, ст20

Сталь 45, 20, известные как сталь углеродистая ст45, ст20, произведенные согласно ГОСТ 1050-88, круглого сечения (круг), различных размеров поставляем в Алматы. Производство: Россия. Поставка осуществляется по всем крупным городам РК, возможна доставка до двери Клиента!

В нашей компании Вы сможете купить сталь 45, 20 как оптом, так и в розницу — минимальную поставляемую партию на углеродистую сталь круглого диаметра уточняйте у наших менеджеров. Углеродистая сталь 45, 20 круглого сечения изготавливается согласно следующего установочного документа: ГОСТ 1050 от 1988 года. Каждая отгружаемая партия сопровождается заводским паспортом качества.

Обладают высокой прочностью и прекрасными механическими характеристиками, из-за чего часто применяются как в машиностроении, так и станкостроении. Из стали ст 45 изготавливаются различные ответственные изделия: валы, консоли, оси, штоки, балки, плунжера и другие детали, требующие повышенной прочности от применяемого материала.

Сталь ст 20 — обладает более доступной ценой и применяется для изготовления изделий, для которых необходима твердость поверхности при невысокой прочности сердцевины. Относится к углеродистым сталям.

Химический состав ст45: от 0,5 до 0,8% марганца (Mn), от 0,1 до 0,25% меди (Cu), до 0,25% никеля (Ni), и от 0,25% хрома (Cr), полный химический состав представлен в таблице, расположенной внизу страницы. Наименование ст 45 означает, что данный материал содержит примерно 0,4-0,5% углерода (С).

Благодаря повышенной механической прочности из него производят шестерни, коленвалы различных типов и полуоси. Следует помнить, что круг ст45 является трудно свариваемым, но все же поддается электросварке.

При проведении сварочных работ необходим предварительный подогрев свариваемых конструкций, работа требует хорошей квалификации сварщика. В случае образования трещин в сварном шве необходимо вышлифовать данный участок до чистого металла и только потом переваривать.

Преимуществом углеродистой стали 45 перед стандартным черным металлопрокатом является надежность и прочность, достигаемая легированием. Часто применяется в тех случаях, когда не достаточно механических характеристик стандартной стали, например, марки ст 3. Технические характеристики стали ст 45 представлены в таблице, расположенной внизу страницы.

Нашим менеджерам часто задают вопрос — какая твердость стали 45 по Бринеллю — НВ, либо Роквеллу — HRC. Твердость ст45 в единицах НВ составляет 145-230, в единицах Роквелла HRC твердость может достигать 50 единиц, это зависит от термической обработки материала, подробнее про твердость сплавов читайте в специализированной литературе.

Компания ПромТехСнаб предлагает Вашему вниманию круг ст45 высокого качества, имеются все необходимые паспорта согласно ГОСТ 1050-88. Кроме углеродистых сталей, можем предложить Вам пруток бронзовый, дюралюминиевый, нержавеющий марок AISI 201 (12Х15Г9НД), 304 (08х18н10), 321 (12х18н10т).

Сталь ст 20, описание

Наименование данного материала — сталь 20 означает, что данная марка содержит порядка 0,17-0,24% углерода. Дополнительно сталь марки ст20 содержит в своем составе примерно 0,35-0,65% марганца и 0,1-0,25% хрома, что определяет хорошие механические свойства.

Из легирующих добавок в составе стали 20 можно отметить менее 0,25% меди и никеля, также положительно влияющих на механические и физические свойства ст20. По сравнению с маркой ст45, обладает более доступной ценой. Близкими по составу к данной марке являются марки 35 и 45, можно отметить 40х, содержащую в своем составе повышенную концентрацию хрома.

Все указанные марки производятся в России и поставляются нашей компанией. Часто возникает вопрос о температурном диапазоне ст20 и ст45. Рекомендуемая температура эксплуатации составляет от -20 до +250 градусов Цельсия. При превышении данного диапазона в верхнюю или нижнюю сторону, в стали начинаются структурные изменения, которые приводят к падению эксплуатационных характеристик.

Например при достижении температуры 690 градусов в стали ст 45 начинается процесс изменения кристаллической решетки — переход перлита в аустенит при нагревании и наоборот (точка Чернова). Данны температурный диапазон условен, за более точной информацией Вы можете обратиться к инженерам, ГОСТ 1050-88 либо другим нормативным документам.

Из эксплуатационных свойств можно отметить хорошую свариваемость данной марки. Положительным свойством является малая вероятность образования флокенов в структуре материала, что благоприятно сказывается на прочности изготавливаемых из ст20 изделий. Можно сказать, что сталь ст 20 нашла широкое применение в самых разных конструкциях, как общего, так и специального назначения.

О конструкциях специального назначения можно сказать немного подробнее. Так, ст20 используется для изготовления: труб нагревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления. Если Ваша деятельность связана с использованием углеродистых сталей круглого сечения, то Вам хорошо известно, как непросто найти надежного поставщика данного материала.

По данной причине можно часто встретить объявления «где купить сталь 45 50 мм в Казахстане» или «срочно куплю сталь 20 40 метров в Алматы». В нашей компании Вы сможете купить сталь 45, 20 производства России как в Алматы, так и заказать доставку по всем крупным городам Казахстана.

Если вас интересует поставка углеродистых сталей ст45, ст20, обратитесь к нашим менеджерам и они просчитают Вам сроки поставки и предоставят коммерческое предложение, которое будет оптимально удовлетворять Вашим требованиям.

Мы готовы Вам предложить широкий ассортимент круглого проката: ст 40х, круг нержавеющий 12х15г9нд (aisi 201), 12х18н10 (aisi 304), круг бронзовый БрОЦС 5-5-5, БрАЖ 9-4, круг латунный, круг д16т дюралюминиевый и многое другое.

Для того, чтобы узнать цену и купить сталь 45, 20, Вы можете отправить письмо на электронный адрес торгового отдела: [email protected] , или позвонить в торговый отдел по телефонам: +7 (727) 329-71-67, 327-69-03, 395-63-87 мы работаем каждый рабочий день с 9.00 до 18.00 без перерывов!

Поставка осуществляется по всем крупным населенным пунктам РК осуществляем железнодорожным транспортом и грузовым автомобильным транспортом.

Возможна новая услуга — поставка до двери Клиента по всем крупным населенным пунктам Казахстана! Для того, чтобы рассчитать стоимость перевозки до Вашего города, обратитесь к нашим консультантам и они в кратчайшие сроки сделают расчет доставки любым удобным для Вас видом транспорта.

Приобретая в нашей компании сталь ст 45, 20, Вы получаете товар традиционно отличного качества и в указанный срок. Перевозка осуществляется специализированными транспортными организациями. Доставка по заданному квадрату улиц Алматы — бесплатно!

Источник: http://www.pts.com.kz/price-stal-45.html

Полезная информация

Главная / Полезная информация

Характеристики высокопрочной стали

Марки высокопрочной стали

Сталь является одним из самых важных материалов, который используется практически во всех отраслях промышленности. К высокопрочной стали (в зависимости от области применения) предъявляют различные требования. Марки сталей отличаются по структуре, химическому составу и по своим свойствам (физическим и механическим).

Сталью называют деформируемый сплав железа с углеводом (не более 2 процентов) и примесями других элементов: марганца, кремния, фосфора. К высокопрочному крепежу предъявляются особые требования.

Поэтому для получения стали, которая будет идеально соответствовать всем характеристикам добавляют специальные примеси – легирующие элементы. Это – хром, вольфрам, ванадий, титан, марганец или кремний.

 

СТАЛЬ МАРКИ 3

Углеродистая сталь обычного качества.

Именно такая сталь пользуются наибольшим спросом в строительстве. Причина такой популярности – технологичность, прочность и привлекательная цена. Еще одно преимущество этого сплава – возможность изготавливать из нее изделия, которые выдерживают большую нагрузку и обладают хорошей сопротивляемостью ударам.

Сталь 3 производят по ГОСТ 380-94, согласно ему сталь маркируются буквами «Ст» с порядковым номером от 0 до 6. Чем выше этот номер, тем большее количество углерода содержится в стали. А значит, лучше прочность, но при этом хуже пластические характеристики.

Сталь 3 хорошо сваривается, нефлокеночувствительна, не склонна к отпускной хрупкости. Сталь 3 содержит: углерод – 0,14-0,22%, кремний – 0,05-0,17%, марганец – 0,4-0,65%, никель, медь, хром – не более 0,3% , мышьяк не более 0,08%, серы и фосфора – до 0,05 и 0,04%.

Количество этих компонентов в сплаве Ст3 не допускается выше указанных значений.

Основа стали – феррит. Его характеристики не позволяют использовать его в чистом виде. Для улучшения показателя прочности феррита сталь насыщают углеродом, добавляют (легируют) хром, никель, кремний, марганец и проводят дополнительное термическое упрочнение.

Сталь 3 выдерживает широкий температурный диапазон при переменных нагрузках. Хорошо сваривается, штампуется в холодном и горячем состоянии, подвергается вытяжке. Применяется без термической обработки.

Свариваемость стали

Без ограничений — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки. В стали, относящейся к хорошей, содержание углерода составляет менее 0,25%. Они свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов сварки.

Температура применения

Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 30.

Максимальная температура применения – плюс 300.

СТАЛЬ МАРКИ 35

Качественная среднеуглеродистая сталь.

Такой вид стали применяют для деталей, которые требуют высокой пластичности и сопротивления удару. Качественные углеродистые стали типа 35 изготавливают по ГОСТ 1050-88 и маркируют двухзначными цифрами, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 35 (0,35 %).

Она обладает высокой прочностью (σв = 640…730 МПа, σ0,2 = 380…430 МПа) и относительно низкой пластичностью (δ = 9…14 %, ψ = 40…50 %). Кроме того, этот тип стали не восприимчив к средним напряжениям, обладает стойкостью к деформации и износостойкостью, не подвержен образованию трещин и коррозии.

Поэтому именно сталь 35 используют при производстве высокопрочного крепежа и фланцевых соединений.  Температурный диапазон: от -40 до +450 градусов Цельсия

Сталь 35 сваривается ограниченно. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуем подогрев и последующую термообработку. КТС без ограничений.

Свариваемость стали

Сталь конструкционной марки 35 сваривается ограниченно. С увеличением углерода в стали зона термического влияния и шов закаливаются, увеличивается твердость, сварные соединения становятся более хрупкими и склонными к образованию трещин. 

Удовлетворительные стали имеют содержание углерода от 0,25 до 0,35%. Они мало склонны к образованию трещин и при правильных режимах сварки получается качественный шов. Для улучшения качества сварки часто применяют подогрев.

Температура применения

Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 40.

Максимальная температура применения – плюс 425.

СТАЛЬ МАРКИ 35Х

Сталь легированная, хромистая

Крепежные изделия из стали 35Х обладают высокой конструктивной прочностью, гарантируют надежность конструкции. Кроме того, сталь 35Х хорошо сопротивляется ударным нагрузкам, обладает большим запасом вязкости и высоким сопротивлением усталости. Также, сталь 35Х имеет высокое сопротивление износу, коррозии, трещинам и другим дефектам. 

Главное преимущество крепежа из легированной конструкционной стали 35Х перед углеродистыми – это более высокая прочность за счет упрочнения феррита и большей прокаливаемости, меньший рост аустенитного зерна при нагреве и повышенная ударная вязкость. А уровень механических свойств повышен за счет термической обработке.

Свариваемость стали

Ограниченно свариваемая.

Температура применения

Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 40.

Максимальная температура применения – плюс 425.

СТАЛЬ МАРКИ 40Х

 Сталь конструкционная легированная. Сталь марки 40Х содержит 0,40% углерода и менее 1,5% хрома. Эта сталь довольно трудносвариваема. Поэтому, чтобы получить качественное сварное соединение, необходимы дополнительные операции. При сварке потребуется подогрев до 200-300 градусов, а потом – термообработка путем отжига.

Благодаря добавлению хрома, крепежные изделия из ст.40Х обладают твердостью, прочностью, жаропрочностью и устойчивостью к коррозии. Сталь 40Х рассчитана на значительные нагрузки.

Механические свойства стали 40х: предел кратковременной прочности – 570 – 940 МПа, предел пропорциональности – 320 – 800 МПа, относительное удлинение – 13 – 17%, относительное сужение – 35 – 55%, ударная вязкость – 400 – 850 кДж/кв.м.

Плюсы этой марки стали: устойчивость к действию высоких и низких температур и их резким перепадам, могут использоваться под открытым небом и даже в агрессивных, влажных средах. Еще одно неоспоримое преимущество крепежных изделий именно из этой марки стали – это отсутствие необходимости обрабатывать и очищать поверхность.

Свариваемость стали

Ограниченно свариваемая. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Температура применения

Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 40.

Максимальная температура применения – плюс 425.

СТАЛЬ МАРКИ 45

Сталь марки 45 обладает высокой стойкостью и прочностью. Сталь 45 применяют при изготовлении деталей механизмов, используемых при повышенных нагрузках и требующих сопротивления (ударам, трению).

Механические свойства этой стали позволяют ей выдерживать значительные перепады температур и другие неблагоприятные климатические воздействия.

Эта сталь способна выдержать температурные испытания от 200 до 600 градусов по Цельсию.

При использовании ст. 45 следует помнить, что:

• прочность снижается при нагревании до 200 0С;
• сталь является трудносвариваемой и характеризуется низкой флонекочувствительностью.

Сталь марки 45 — среднеуглеродистая; идеально подходит для изготовления деталей, требующих высокой прочности или высокой поверхностной твердости, а также деталей средненагруженных и не подвергающихся в работе истиранию.

Свариваемость стали

Высокоуглеродистую сталь марки 45 рекомендуют соединять контактной сваркой. Ограниченно свариваемые стали имеют содержание углерода от 0,36 до 0,45% и склонны к образованию трещин. Сварка требует обязательного подогрева. При их сварке требуются специальные технологические процессы.

Температура применения

Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 40.

Максимальная температура применения – плюс 425.

Сталь марки 09Г2С

Сталь конструкционная низколегированная.

Обозначение 09Г2С указывает, что в стали присутствует 0,09% углерода, буква «Г»  означает марганец, а цифра 2 – процентное содержание до 2% марганца. Буква «С» означает кремний, содержание кремния менее 1%.

Главное преимущество этой стали – высокая механическая прочность, которая позволяет применять более тонкие детали по сравнению с деталями, изготовленными из других сталей. А значит, детали из стали 09Г2С имеют меньший вес, что экономически более выгодно. Кроме того, еще один плюс этой стали – низкая склонность к отпускной хрупкости.  

Свариваемость стали

Марка стали 09Г2С широко используется для сварных конструкций. Сварка может производиться как без подогрева, так и с предварительным подогревом до 100-120 градусов по Цельсию.

Сварка довольно проста, причем сталь не закаливается и не перегревается в процессе сварки, благодаря чему не происходит снижение пластических свойств или увеличение ее зернистости.

При температуре воздуха минус 15 °С и ниже применяют предварительный местный подогрев независимо от толщины стали.

Температура применения

Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 70.

Максимальная температура применения – плюс 450.

  • ГОСТы крепежа
  • Программы для расчетов веса металлоизделий

Источник: https://xn--80akgdikc3bl.xn--p1ai/poleznaya-informaciya-dlya-stroiteley

Сталь 45

 

Заменитель

стали: 40Х, 50, 50Г2

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ   1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ   8510-86, ГОСТ 8239-72, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток   ГОСТ 1050-74, ГОСТ 7414-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.   Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 16523-70.   Лента ГОСТ 2284-79. Полоса ГОСТ 1577-81, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70.   Проволока ГОСТ 17305-71, ГОСТ 5663-79. Поковки и кованые заготовки ГОСТ   8479-70, ГОСТ 1131-71. Трубы ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 8734-75,   ГОСТ 8731-87, ГОСТ 21729-78.

Назначение

Вал-шестерни, коленчатые и распределительные   валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие   нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностнй термообработке   детали, от которых требуется повышенная прочность.

Химический состав Ст45

   

Химический элемент

%

Кремний (Si)0.17-0.37
Медь (Cu), не более0.25
Мышьяк (As), не более0.08
Марганец (Mn)0.50-0.80
Никель (Ni), не более0.25
Фосфор (P), не более0.035
Хром (Cr), не более0.25
Сера (S), не более0.04

Механические свойства СТ45

Механические свойства при повышенных температурах

 

t испытания, °Cs0,2, МПаsB, МПаd5, %d, %y, %KCU, Дж/м2

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 проката из стали Ст45

 

Термообработка, состояние поставкиСечение, ммsB, МПаd5, %d4, %y, %
Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации 25 600 16 40 
Сталь калиброванная 5-й категории после нагартовки 640 30 
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска или отжига 

Источник: http://gost-tu.ucoz.ru/publ/chjornye_metally/prochie_stali/svojstva_stali_st45/9-1-0-17

Оценка статьи:

Загрузка…

Поделиться с друзьями:

Сталь 45: характеристики по гост и область применения Ссылка на основную публикацию Adblock
detector

Сталь 20х13: характеристики, применение, аналоги, состав


Общая характеристика сплава

Основным легирующим элементом при производстве марки 20х13 (характеристики стали во многом зависят от концентрации химических веществ в составе) стал хром. Его добавление в состав металла проводится на протяжении длительного периода. Основные характеристики пластика следующие:

  1. Ограниченная степень свариваемости. Рассматриваемый металл характеризуется низкой степенью обрабатываемости. В большинстве случаев для повышения степени свариваемости проводится подогрев материал.
  2. Жаропрочность и низкая теплопроводность – свойства, которые существенно расширяют область рассматриваемого материала. Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная 20Х13 может эксплуатироваться при температуре до 700 градусов Цельсия. Повышение температуры до более высоких показателей приводит к тому, что свойства материала существенно упадут: твердость, устойчивость к деформациям и другие.
  3. Твердость выдерживается на уровне 126-197 МПа в зависимости от того, проводилась ли термическая обработка.
  4. Структура склонна к отпускной хрупкости, есть возможность проводить обработку резанием.

Механические свойства стали 20Х13 при различных температурах

Основные характеристики сплава определяют возможность его применения при изготовлении самых различных изделий. При необходимости они могут быть улучшены путем термической обработки, к примеру, закалки или отжига.

Сталь 20Х13 коррозионостойкая, жаропрочная, мартенситная

Заменители стали 20Х13

Стали 12Х13, 14Х17Н2

Иностранные аналоги

Германия DINМаркаХ20Cr13
Номер1.4021
США (AISI, SAE, ASTM)420
Франция (AFNOR)Z20С13
Великобритания (BS)420S37
Швеция (SS)2303
Италия UNIX20Cr13

ВАЖНО!!! Возможность замены определяется в каждом конкретном случае после оценки и сравнения свойств сталей

Расшифровка стали 20Х13

Цифра 20 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. для стали 20Х13 это значение равно 0,20%.

Буква «Х» указывает на содержание в стали хрома. Цифра 13 после буквы «Х» указывает примерное количество хрома в стали в процентах, округленное до целого числа, т.е. содержание хрома около 13%.

Вид поставки

  • Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949—75, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 18968-73, ГОСТ 19442-74.
  • Калиброванный пруток ГОСТ 8559—75, ГОСТ 8560—78, ГОСТ 7417—78.
  • Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955—77, ГОСТ 18907—73.
  • Лист толстый ГОСТ 7350—77. Лист тонкий ГОСТ 5582—75.
  • Лента ГОСТ 4986—79.
  • Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76, ГОСТ 18968-73.
  • Проволока ГОСТ 18143-72.
  • Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133—71, ГОСТ 18968—73, ГОСТ 25054—81.
  • Трубы ГОСТ 14162-79.

Характеристики и назначение

Сталь 20Х13 относится к коррозионностойким, жаропрочным сталям мартенситного класса (основная структура мартенсит). Сталь 20Х13 применяется для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам и работающие при температуре до 450—500 °С, а также изделия, подвергающиеся действию слабоагрессивных сред при комнатной температуре.

Свариваемость

Сталь 20Х13 ограниченно свариваемая. Способы сварки РДС, АрДС и КТС. Подогрев и последующая термообработка применяются в зависимости от метода сварки, вида и назначения конструкции.

Максимально допустимые температура применения стали 20Х13 в средах, содержащих аммиак

Марка сталиТемпература применения сталей, °С при парциальном давлении аммиака, МПа (кгс/см )
Св. 1(10) до 2(20)Св. 2(20) до 5(50)Св. 5(50) до 8(80)
20Х13540540540

Максимально допустимые температура применения стали 20Х13 в водородосодержащих средах

Марка сталиТемпература, °С, при парциальном давлении водорода, Ph3, МПа (кгс/см2)
1,5(15)2,5(25)5(50)10(100)20(200)30(300)40(400)
20Х13510510510510510510510

ПРИМЕЧАНИЕ

  • Параметры применения сталей, указанные в таблице, относятся также к сварным соединениям.
  • Парциальное давление водорода рассчитывается по формуле: Ph3 = (C*Pp)/100, где C — процентное содержание в системе; Ph3 — парциальное давление водорода; Pp — рабочее давление в системе.

Стойкость стали 20Х13 против щелевой эрозии

Группа стойкостиБаллЭрозионная стойкость по отношению к стали 12X18h20T
Стойкие20,75-1,5

Применение стали 20Х13 для изготовления основных деталей арматуры атомных станций

Марка сталиВид полуфабриката или изделияМаксимально допустимая температура применения, °С
20Х13 ГОСТ 5632, ГОСТ 24030Листы, трубы, поковки, сортовой прокат. Крепеж600

Химический состав, % (ГОСТ 5632-2014)

СSiMnCrNiTiSР
не болеене более
0,16-0,250,80,812,0-14,00,0250,030

Химический состав, % (ГОСТ 5632-81)

СSiMnCrSРTiCuNi
не болеене более
0,16-0,250,80,812,0-14,00,0250,0300,20,300,6

Физические свойства

Модуль нормальной упругости Е, ГПа
Марка сталиПри температуре испытаний, °С
20100200300400500600700800900
20X13218214208200189181169
Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа
Марка сталиПри температуре испытаний, °С
20100200300400500600700800900
20X1386848078736963
Плотность ρ кг/см3 при температуре испытаний, °С
Сталь20100200300400500600700800900
20X13767076607630760075707540751074807450
Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С
Сталь20100200300400500600700800900
20X13262626262726262728
Удельное электросопротивление ρ нОм*м
Марка сталиПри температуре испытаний, °С
20100200300400500600700800900
20X1358865373080088495210221102
Коэффициент линейного расширения α*106, К-1, при температуре испытаний, °С
Сталь20-10020-20020-30020-40020-50020-60020-70020-80020-90020-1000
20X1310,211,211,511,912,212,812,813,0
Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
Сталь20-10020-20020-30020-40020-50020-60020-70020-80020-90020-1000
20X13112117123127132137147155159

Температура критических точек, °С

Ac1Аc3Аr3Аr1
810900660710320

Механические свойства

ГОСТСостояние поставкиСечениσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %ψ%KCU, Дж/см2
не менее
ГОСТ 5949-75Пруток. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе или в масле; отпуск при 600-700 °С, охл. на воздухе или в масле60635830105059
Пруток. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе или в масле; отпуск при 660-770 °С, охл. на воздухе, в масле или в воде60440650165578
ГОСТ 18907-73Пруток шлифованный, обработанный на заданную прочность1-30510-78014
ГОСТ 7350-77Лист горячекатаный или холоднокатаный. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе; отпуск при 680-780 °С, охл. на воздухе или с печью (образцы поперечные)Св. 437250920
ГОСТ 25054-81Поковка. Закалка с 1000-1050 °С на воздухе или в масле1000441588144039
ГОСТ 4986-79Лента холоднокатаная.До 0,25008
Отжиг или отпуск при 740- 800 °С0,2-2,050016
ГОСТ 18143-72Проволока термообработанная1,0-6,0490-78014

Механические свойства заготовок сечением 14 мм в зависимости от температуры отпуска

tотп.°Сσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %ψ%KCU, Дж/см2Твердость HRCэ
2001300160013508146
3001270146014579842
4501330151015577145
5001300151019547546
600920102014607129
70065078186410220
70065078186410220

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 1050 °С на воздухе.

Механические свойства при повышенных температурах

tисп.°Сσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %ψ%KCU, Дж/см2
Нормализация при 1000-1020 °С; отпуск при 730-750 °С. При 20 °СНВ 187-217
20510710216664-171
3003905401866196
4003905201759196
4503704801857235
5003504303375245
5502753403783216
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, прокатанный. Скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с
80059705198
85043
90066
1000396159
1150213184100

Механические свойства прутков при отрицательных температурах

tисп.°Сσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %ψ%KCU, Дж/см2
Сечение 25 мм. Нормализация при 1000 “С, охл. на воздухе; отпуск при 680-750 °С
+20540700216276
-20560730225954
-40580770235749
-60570810245741
Сечение 14 мм. Закалка с 1050 °С на воздухе; отпуск при 600 °С
+2071
-2081
-6064

Механические свойства при испытании на длительную прочность

tисп.°СПредел ползучести, МПаСкорость ползучести, %/чtисп.°СПредел длительной прочности, МПаτ, ч
4501251/10000045028910000
470751/10000047019110000
500471/100000500255100000
550291/100000550157100000

ПРИМЕЧАНИЕ. Предел выносливости σ-1 = 367 МПа при n = 107 (образцы гладкие).

Механические свойства в зависимости от тепловой выдержки

ТермообработкаТепловая выдержкаσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %ψ%KCU, Дж/см2
tисп.°Сτ, ч
Нормализация при 1000- 1020 °С, охл. на воздухе; отпуск при 730-750 °С, охл. на воздухе50050005006902062108
100004206702365118
55010004506902665
100004406602463108
6003000450660216078
100003806302363147

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 850. Сечения до 150 мм охлаждаются на воздухе, сечениям 150-400 мм необходим низкотемпературный отжиг с одним переохлаждением.

Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 0,7 и Kv б.ст = 0,45 в закаленном и отпущенном состоянии при НВ 241 и σв = 730 МПа.

Флокеночувствительность — не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости — склонна.

Коррозионная стойкость

СредаТемпература, °СДлительность испытания, чГлубина коррозии, мм/год
Вода дистиллированная или пар1000,1
Вода почвенная 201,0
Морская вода207200

Узнать еще

Сталь 20ХН3А конструкционная легированная…

Сталь ШХ15 подшипниковая

Сталь 40 конструкционная углеродистая качественная…

Сталь 15ХСНД низколегированная конструкционная…

Химический состав

Во многом сталь 20х13 напоминает аналоги, в состав которых также добавляется большое количество хрома. Химический состав представлен сочетанием следующих веществ:

  1. Углерод во многом определяет твердость и прочность материала, а также степень свариваемости. В рассматриваемом случае концентрация углерода может варьировать в пределе от 0,16 до 0,25%.
  2. Хром считается основным легирующим элементом. В состав сплава добавляется около 12-14% этого химического вещества. Именно хром определяет жаропрочность и коррозионную стойкость.
  3. Марганец и никель не являются основными элементами рассматриваемого сплава, их концентрация не более 0,6%.

Практически все металлы имеют в своем составе фосфор и серу. Эти химические элементы находятся в составе при концентрации не более 0,03%.

Лист нержавейка 20Х13

Зарубежные производители также выпускают сплавы со схожим химическим составом. К примеру, японский аналог стали 20х13 получил название SUS420J1, французские сплавы z20c13 и X20Cr13.

Применение стали 20х13

Сталь 20х13 обладает большим количеством особенностей, которые определяют широкое его распространение. Жаропрочность и коррозионная стойкость ценится в нижеприведенных случаях:

  1. Машиностроительная промышленность.
  2. При производстве турбинных лопаток, на которые оказывается воздействие высокой температуры и давления.
  3. При создании крепежей с высокой прочностью и коррозионной стойкостью.
  4. Выпуск деталей, которые подвержены воздействию атмосферных осадков и органических слей.
  5. При изготовлении колец самого различного предназначения.
  6. Авиационная промышленность.
  7. Выпуск изделий, работающих при невысокой температуре и в агрессивной химической среде.
  8. При создании деталей для компрессорных машин, которые работают с нетрозными газами.

Трубные доски 20х13

Термическая обработка позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики сплава. Это связано с тем, что при сильном нагреве происходит перестроение кристаллической решетки для упрочнения структуры и повышения твердости поверхностного слоя. Применение стали 20х13 позволило существенно продлить эксплуатационный срок изделий, которые служат в тяжелых эксплуатационных условиях.

Цементация 20Х13

3 часа назад, DRUNij сказал:
С чем связана такая хрупкость и твердость при медленном охлаждении, что не так в моем технологическом процессе?

Ответ на оба вопроса — выделение цементитной сетки по границам зерен. К тому же при 1050С имел место сильный рост зерна.

22 минуты назад, ilia-ilich сказал:

Честно говоря, не понял, на хрена нужно цементовать 20Х13?

19 минут назад, m-s Gelezniak_2 сказал:

Тоже интересно.

Преимущество данной стали в сравнении со сталью Х12М является отсутствие карбидной неоднородности в структуре ма- териала, которая является одной из причин пониженного сопротивления процесса разрушения. Цитата отсюда (с.47-48):

Оттуда же, с. 48-49:

О результатах цементации сталей типа Х13 в литературе имеются противоречивые сведения, что связано с применением различных составов карбюризаторов, температурно — временных режимов цементации и закалки. В [29,30] приводилось исследование структуры и свойств поверхностного слоя стали 20Х13 в зависимости от состава карбюризатора, режимов цементации и последующей закалки. В качестве основного карбюризатора был использован древесный активированный уголь с добавками бикарбоната натрия (NaHCO3 и Na2CO3). Цементацию образцов из стали 20Х13 проводили при температурах 880С, 950С, 1050С с выдержкой в течение 1,2,4 и 6 часов при каждой из температур цементации или после повторного нагрева до температур 880С и 950С. Исследования показали, что наиболее активным является карбюризатор с добавками Na2CO3. При этом , в зависимости от процентного содержания активатора, на поверхности образцов возможно образование темного слоя, глубина которого находится в прямой зависимости как от состава карбюризатора, так и от температуры процесса насыщения. Неравномерность распределения бикарбоната в древесном активизированном угле может явиться причиной образования зон с темным слоем до 0,04мм. Оптимальное содержание активатора составляет от 10% до 15%. Возможность образования тёмного слоя требует изготавливать изделия с припуском на окончательную обработку. Цементация при температуре 1050С значительно ускоряет процесс насыщения и позволяет получить более глубокий упрочненный слой с карбидами. Однако при этой температуре формируется аустенитный подслой с карбидной сеткой по границам зерен и происходит значительный рост зерна даже при выдержке в течение двух часов. Применением термо-циклической обработки, заключающейся в многократных нагревах до температуры 850С и быстрого охлаждения удаётся измельчить зерно и частично разбить карбидную сетку, образовавшуюся при цементации.

Цементация при температуре 950С идет значительно медленнее, но не наблюдается роста зерна и выделения карбидов по границам зерен. После процесса насыщения следует провести термическую обработку с целью получения необходимых свойств в поверхностном слое и по сечению изделия. Оптимальной температурой закалки, обеспечивающей максимальную твердость поверхностного слоя, является 880С, но сердцевина не обладает достаточной прочностью. Для повышения прочностных свойств сердцевины изделия следует повысить температуру закалки до 950С. Таким образом, полученные результаты позволили определить режим цементации стали 20Х13. Так, для упрочнения инструментов не требующих большой прочности целесообразно применять цементацию при 1050С, температуру закалки 880С; для инструмента, работающего при динамических нагрузках, следует проводить цементацию при температуре 950С с непосредственной закалкой.

ГОСТы и другие стандарты на сталь 20Х13

Для того чтобы выпускаемые металлы могли применяться в тех или иных условиях при их изготовлении применяется Госстандарт. Сталь 20×13 (ГОСТ определяет форму выпуска и основные качества) изготавливается при учете следующих стандартов:

  1. Кованные заготовки поставляются в квадратной и круглой форме.
  2. При применении сплава могут изготавливаться проволоки с высокими эксплуатационными характеристиками.
  3. На производственные линии поставляется прокат с различной толщиной листа, который характеризуется жаропрочностью и коррозионной стойкостью.
  4. В промышленность поставляются кованые и горячекатанные полосы.
  5. Фасонные профили.

Расшифровка стали 20х13 определяет высокую концентрацию хрома, что приводит к снижению некоторых эксплуатационных качеств. Примером можно назвать отсутствие возможности использования листового металла для изготовления корпуса при применении сварочного аппарата. Установленный стандарт 20х13 ГОСТ также определяет возможность проведения дополнительной обработки, которая делает структуру более плотной и прочной, устойчивой к различного рода воздействия.

Скачать ГОСТ 5632-72

Отжиг стали — температура нагрева, свойства стали после термической обработки

Отжиг – одна из основных операций термообработки, предназначенная для получения определенных свойств стали. Она может служить промежуточным этапом или выполнять функции окончательного технологического процесса. Цели, достигаемые с помощью различных видов отжига: снизить твердость, получить однородную структуру, удобную для последующих операций мехобработки, снять внутренние напряжения. В зависимости от температуры нагрева, времени и условий выдержки различают два основных типа отжига –I иII рода, которые, в свою очередь, подразделяются на подвиды.

Отжиг сталей первого рода – назначение, виды, температуры нагрева

В зависимости от температур нагрева и начального состояния сплава при различных видах отжига I рода протекают процессы гомогенизации, рекристаллизации, устранения остаточных напряжений, уменьшения твердости. Все эти процессы проходят в случаях нагрева сплавов и выше, и ниже температур, при которых осуществляются фазовые трансформации. Основные цели, достигаемые с помощью этого вида термической обработки, – ликвидация химической и физической неоднородности, возникающей после сварки, резки, обработки давлением, закалки.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг

Этот вид термообработки применяется для слитков из легированных марок. Он позволяет снизить дендритную или внутрикристаллитную неоднородность, повышающую склонность металла при обработке давлением к негативным явлениям, среди которых:

  • хрупкий излом;
  • неравномерность свойств в различных направлениях;
  • слоистый излом;
  • трещинообразование;
  • снижение пластичности и вязкости.

Режим диффузионного процесса:

  • нагрев до высоких температур (до +1200°C), при которых характеристики структуры сплава выравниваются по всем направлениям;
  • выдержка – 15-20 часов;
  • быстрое охлаждение заготовки до 800-820°C, а затем более медленное на воздухе.

В результате гомогенизационного термического процесса получают крупное зерно, которое измельчают дальнейшей обработкой давлением или термической обработкой.

Рекристаллизационный отжиг стали

Этот вид термообработки используется для стальных заготовок или полуфабрикатов после холодного деформирования или между такими операциями. Он заключается в нагреве до температур, превышающих температуры рекристаллизационных процессов, выдержке и охлаждении. Температура операции определяется содержанием углерода в сплаве:

  • 0,08-0,2% C–+680…700°C. Такие стали подвергают штамповке, прокатке, волочению.
  • Высокоуглеродистая легированная сталь – +680…740°C. Обычно это калиброванные прутки из хромсодержащих безникелевых и хромоникелевых марок. Выдержка – 0,5-1,5 ч.

Для снятия напряжений

Этот вид термообработки применяют для отливок, сварных изделий, заготовок после резки, в которых появляются остаточные напряжения в результате неоднородного охлаждения и пластических деформаций. Остаточные напряжения провоцируют целый ряд негативных последствий, среди которых – изменение размерных параметров и деформационные процессы во время хранения, транспортировки и эксплуатации изделий.

Операция для снятия напряжений осуществляется в следующих температурных интервалах:

  • Ходовые винты, зубчатые колеса, червяки: +570-600°C, выдержка 2-3 часа после основной механообработки, +160…+180°C, выдержка 2-2,5 часа после финишных мероприятий, проводимых для снятия напряжений после шлифовки.
  • Обработка для снятия сварных напряжений: +650-700°C.

Остаточные напряжения снижаются и при рекристаллизационном отжиге, при котором осуществляются фазовые трансформации.

Отжиг II рода – процессы с фазовой перекристаллизацией

Отжиг II рода осуществляется только при температурах, лежащих выше порога начала фазовых трансформаций. Разновидности – полный, изотермический, неполный.

Полный

Полный отжиг заключается в нагреве выше критической температуры А3 (окончания перекристаллизации), выдержке до полного завершения фазовых трансформаций и медленном охлаждении. При нагреве до температур, превышающих на 30-50°Cточку А3, сталь после полного отжига приобретает однофазную аустенитную структуру с измельченным зерном, обеспечивающую повышенную вязкость и пластичность. При более высоких температурах аустенитное зерно увеличивается в размере, что снижает характеристики полуфабриката.

Температура нагрева и время выдержки в высокотемпературных условиях определяются типом заготовок, способом их укладки в печь, высотой садки. Для защиты стали от окисления и обезуглероживания отжиг проводится в защитных атмосферах.

Скорость охлаждения определяется химсоставом стали. Чем большую устойчивость переохлажденного перлита проявляет металл, тем медленнее его необходимо охлаждать. Поэтому углеродистые стали охлаждают со скоростью 100-150 градусов в час, а легированные стали значительно медленнее – со скоростью 40-60 градусов в час. После распада аустенита в ферритной области охлаждение может быть более интенсивным. Его можно реализовать даже на воздухе. Если цель этого вида т/о – снятие напряжений в деталях сложной конфигурации, то медленное охлаждение в печи осуществляют до достижения нормальных температур.

Полный отжиг обычно применяется для сортового проката, фасонных отливок, поковок из среднеуглеродистых сталей.

Изотермический отжиг

При этом виде термообработки нагрев осуществляется, как и для полного отжига. Отличие процесса – быстрое охлаждение до температур, расположенных ниже критической точки А1, обычно – это +660…680°C. При температуре, до которой сталь была быстро охлаждена, осуществляется изотермическая выдержка – до 6 часов, во время которой происходит полный распад аустенитной структуры. На следующем этапе полуфабрикаты охлаждаются на воздухе.

Плюс изотермического процесса по сравнению с полным – сокращение периода операции. Особенно это актуально для легированных марок. Еще одно преимущество – получение максимально однородной структуры по всему сечению заготовки. Заготовки, которые планируется обрабатывать резанием, отжигают при температурах 930-950°C, обеспечивающих небольшое укрупнение зерна и улучшение обработки режущим инструментом.

Чаще всего изотермическому отжигу подвергают: поковки и сортовой прокат небольших размеров, изготовленный из легированных марок. Для больших садок (от 20 т) изотермический отжиг не применяют, поскольку на отдельных участках садки превращения осуществляются при разных температурных условиях.

Для пружинной среднеуглеродистой стали с содержанием углерода 0,6-0,9% C применяют специализированную изотермическую обработку, называемую патентированием. Этот процесс служит для подготовки проволоки к многостадийному обжатию во время холодного волочения.

Первый этап – нагрев заготовок до температур, при которых осуществляется полная аустенизация структуры (примерно +900°C),второй – погружение в соли с температурами в интервале+450…+600°C.

Образовавшиеся после такой обработки структуры сорбита или тонкопластинчатого троостита обеспечивает:

  • возможность значительных обжатий при протяжке;
  • отсутствие обрывов при холодных деформациях;
  • высокую прочность после финишного волочения.

Неполный отжиг

При неполном отжиге металлоизделия нагревают немного выше критической температуры А1.Этот вид термообработки улучшает обработку резанием полуфабрикатов из заэвтектоидных (с содержанием углерода более 0,8%)легированных и углеродистых сталей.

Этапы неполного отжига в заэвтектоидных сталях:

  • Нагрев до температур выше точки А1на 10-30°C (обычно +750…770°C). Обеспечивает практически полную рекристаллизацию структуры. Во время этого процесса пластинчатый феррит приобретает сфероидальную форму. Поэтому такую операцию часто называют сфероидизацией.
  • Охлаждение до 600°C со скоростью до 60°C/час. Чем больше легирующих добавок в стали, тем медленнее должно быть охлаждение.
  • Остывание на воздухе от +600°C до нормальной температуры.

Нормализационный отжиг

Нормализация (нормализационный отжиг) считается промежуточным процессом между закалкой и отжигом, поскольку позволяет получать меньшую хрупкость металла, чем при закалке, и большую твердость, чем при других разновидностях отжига. Поэтому нормализация – процесс, широко распространенный для изготовления деталей машиностроения.

Нормализацию часто выполняют с прокатного нагрева. Температуры нагрева:

  • доэвтектоидные стали – до температур, превышающих А3 на 40-50°C;
  • заэвтектоидные стали – на 40-50°C выше точки Аm.

Далее осуществляют непродолжительную выдержку, во время которой завершаются фазовые превращения, охлаждение – на воздухе.

Нормализация сопровождается полной перекристаллизацией, измельчением структуры, образовавшейся после литья, ковки, прокатки, штамповки. Для низкоуглеродистых сталей нормализация востребована вместо отжига с целью получения повышенной твердости, улучшения производительности при обработке резанием, качества поверхности. Для некоторых легированных марок нормализация с охлаждением на воздухе заменяет процесс закалки. Нагрев для нормализации сортового горячекатаного проката часто осуществляется токами высокой частоты.

Отжиг на зернистый перлит

Для получения структуры зернистого перлита осуществляется маятниковый отжиг, после которого эвтектоидные и заэвтектоидные стали обеспечивают хорошую обрабатываемость резанием, повышается cкорость процесса резания и улучшается качество поверхности. Этот вид т/о подходит для тонких листов перед холодной штамповкой и прутков перед холодным волочением. Результат – улучшение пластических свойств.

Режим маятникового отжига состоит из нескольких циклов нагрева выше критической точки А3 с медленным охлаждением до +670…+700°C. Три таких цикла позволяют получить структуру со 100% зернистого перлита. Финальное охлаждение – на воздухе.

Сталь для труб, метал трубы

Сталь 09Г2С

Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций. Сталь кремнемарганцовистая; По ГОСТ 27772-88 соответствует стали для строительных конструкций С345.

Заменитель: 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С.

Вид поставки: газлифтные трубы по ТУ 14-3р-1128-2007

 

Сталь 13ХФА

Сталь конструкционная легированная качественная.

Вид поставки :  трубы из стали 13хфа

Применение:  Для изготовления трубной заготовки предназначенной для производства труб бесшовных горячедеформированных нефтегазопроводных повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, предназначенные для использования в системах транспортирующих газ, системах нефтегазопроводов, технологических промысловых трубопроводов, транспортирующих нефть и нефтепродукты, а также в системах поддержания пластового давления в условиях северной климатической зоны при температуре окружающей среды от -60°С до +40°С, температурой транспортируемых сред от +5°С до +40°С и рабочим давлением до 7,4 МПа. Трубы отличаются от нефтегазопроводных труб обычного исполнения по ГОСТ 8731, ГОСТ 8732, повышенной хладостойкостью, повышенной стойкостью к общей и язвенной коррозии, стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию и образованию водородных трещин.

 

Сталь 20

Сталь конструкционная углеродистая качественная.

Заменитель 15, 25.

Вид поставки:  труба из стали 20 по ГОСТ 8732-78

Применение:  Трубы перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листы для штампованных деталей, цементуемые детали для длительной и весьма длительной службы при температурах до 350°С.

 

Сталь 12Х1МФ

Сталь конструкционная жаропрочная низколегированная. Сталь перлитного класса. Рекомендуемая температура применения до 570-585 °С; Температура интенсивного окалинообразования 600 °С; срок работы — более 10000ч.

Заменитель: 12ХМФ.

Вид поставки:  Трубы ТУ 14-3р-55-2001, в том числе сортовой и фасонный прокат.

Применение:  Для труб пароперегревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления; поковок для паровых котлов и паропроводов; деталей цилиндров газовых турбин; для изготовления деталей, работающих при температуре 540-580°С.

 

Сталь 15ГС

Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций.

Заменитель: 12ГС, 16ГС.

Вид поставки:  Котельные трубы по ТУ 14-3р-55-2001.

Применение:  Стационарные трубопроводы питательной воды котлов СВП, работающие при температуре 280°С. А также стойки ферм, верхние обвязки вагонов, хребтовые балки, двутавры и другие детали вагоностроения, детали экскаваторов, элементы сварных металлоконструкций и другие детали, работающие при температуре от -40 до +450°С.

 

Сталь 17Г1С

Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций. Сталь кремнемарганцовистая.

Заменитель:  17ГС.

Вид поставки:  Трубы магистральные по ГОСТ 20295-85.

Применение:  Сварные детали, работающие под давлением при температуре от -40 до +475°С.

 

Сталь 20ПВ

Сталь конструкционная углеродистая качественная.

Заменитель:  20.

Вид поставки:  Трубы по ТУ 14-3р-55-2001.

Применение:  Трубы перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления для длительной и весьма длительной службы при температурах до 350°С.

 

Сталь 30ХГСА

Сталь конструкционная легированная. Сталь хромокремнемарганцовая.

Заменитель : 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА.

Вид поставки:  трубы бесшовные горячекатанные

Применение:  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.

 

 

Лучшие материалы для использования в условиях низких температур | Маркхэм Металс

Холодные стихии приносят множество испытаний. Одной из наиболее сложных задач является знание того, какие материалы можно использовать при каких погодных условиях. Хотя вы можете не думать, что для большинства металлов может быть слишком холодно, это не так уж далеко от истины. Это лишь некоторые из материалов, которые можно использовать при экстремально низких температурах.

Алюминиевые и титановые сплавы

-45° по Цельсию – это первая температура, которую следует учитывать при выборе материалов для холодных условий.Это одна из самых низких температур, достигаемых естественным путем, а также обычная температура для коммерческих предприятий. Алюминиевые и титановые сплавы являются подходящим выбором для вещей, которые должны достигать этой температуры.

Низкоуглеродистые стали

Температуры от -75° до -100° по Цельсию достаточно низкие, поэтому низкоуглеродистые стали обычно являются наиболее надежным выбором. Низкоуглеродистая сталь, содержащая 3,5% никеля или выше, является идеальной. Алюминиевые и титановые сплавы также могут подойти, но они менее надежны при таких низких температурах.Из-за пониженной надежности не рекомендуется использовать алюминиевые или титановые сплавы для ответственных изделий.

Материалы на основе никеля

Температуры -196° по Цельсию требуют металлов с высоким содержанием никеля. В частности, содержание никеля 20-25%. Стали, содержащие такое количество никеля, являются лучшим вариантом, хотя вы можете найти и другие металлы, содержащие 20-25% никеля. Алюминиево-магниевые сплавы также являются хорошим выбором. Эти сплавы менее подвержены разрушению даже после сварки.

Высоколегированные стали

Для условий ниже -196°C только высоколегированные стали могут выполнять эту работу. Этот диапазон температур также включает жидкие варианты гелия и водорода, которые являются большой областью бизнеса во многих отраслях промышленности. Если требуется сварка при таких низких температурах, вам необходимо использовать варианты с низким содержанием углерода, чтобы обеспечить надежность сварного шва. Сплавы, используемые при таких низких температурах, обычно содержат 18-21% хрома и 9-14° никеля.Для проектов по хранению энергии и ядерному синтезу чаще всего требуются металлы, способные выдерживать такие экстремально низкие температуры.

Если вы не уверены, какие материалы вам нужно использовать при определенных погодных условиях, всегда лучше обратиться к профессионалу. Точная переменная расположения материалов может изменить ответ о том, что вам нужно и что может выдержать определенный материал. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о выборе подходящего материала для низкотемпературной среды.

Свяжитесь с нами сегодня для быстрой и простой цитаты

Все еще думаете, какой тип металла лучше всего подойдет для вашей следующей работы? Мы предлагаем большой и разнообразный ассортимент стали и алюминия в сочетании с обширным набором собственного металлообрабатывающего оборудования, что позволяет нам обслуживать клиентов на непревзойденном уровне. Чтобы задать вопросы или получить информацию о наших продуктах и ​​услугах, позвоните нам сегодня по телефону 978-658-1121 или свяжитесь с нами непосредственно на нашем сайте.

Материалы для насосов в холодных условиях

При понижении температуры окружающей среды многие материалы, используемые в конструкции насосов, становятся хрупкими.Эта хрупкость может привести к внезапному катастрофическому отказу оборудования практически без предупреждения.

По этой причине конечный пользователь должен быть осторожным при выборе материалов для использования в холодных условиях. Хрупкий излом – это излом, характеризующийся незначительной деформацией металла вблизи места излома или ее отсутствием.

ИЗОБРАЖЕНИЕ 1: Общие материалы для применения в холодных условиях. (Изображения предоставлены автором)

В целом металлы делятся на две отдельные категории в отношении влияния низких температур на их пластичность и ударную вязкость.Относительно небольшой класс сохраняет пластичность высокого порядка при низких температурах, а более крупный класс при некоторой температуре претерпевает переход от пластичного поведения к хрупкому.

К металлам, сохраняющим свою пластичность при экстремальных отрицательных температурах, относятся никель, медь и алюминий. Эти металлы имеют гранецентрированную кубическую микроструктуру и пластичность при низких температурах как общие черты. Металлы с объемно-центрированной структурой, такие как железо, хром и молибден, имеют заметное снижение пластичности в диапазоне температур, приближающемся к точке замерзания воды.

Хотя насосы, используемые в холодных условиях, обычно применяются в неагрессивных средах, часто применяется аустенитная нержавеющая сталь из-за ее хороших низкотемпературных свойств.

Американский институт нефти (API) 610 указывает, что покупатель должен указать минимальную расчетную температуру, при которой будет работать насос. Эта температура будет использоваться для установления требований к ударной нагрузке.

ИЗОБРАЖЕНИЕ 2: Типичные требования к ударной нагрузке обычных углеродистых и легированных сталей.

Это будет более низкая температура окружающей среды или температура продукта. Кроме того, более низкая температура может быть указана на основе свойств жидкости, таких как самоохлаждение. Это температура, возникающая при выпуске воздуха из насоса, когда продукт имеет высокое давление паров, например, многие сжиженные газы.

Как правило, материалы, используемые при температуре, близкой к температуре замерзания воды, требуют испытания на ударную вязкость. Исключение составляют материалы с высоким содержанием никеля, такие как аустенитная нержавеющая сталь, алюминий или медь.Важно, чтобы покупатель и продавец согласовали условия, которые могут возникнуть во время эксплуатации, технического обслуживания, транспортировки, монтажа, ввода в эксплуатацию и испытаний.

Также следует учитывать процедуры сварки, используемые на литейном заводе и у производителя, чтобы гарантировать, что материал сохраняет свою пластичность при указанной температуре. Особого внимания заслуживает изготовление головок и стаканов для вертикальных насосов.

API 610 определяет следующие соображения, которые будут применяться к испытаниям на удар.

1. Основная толщина, используемая для определения требований к ударным испытаниям, должна быть большей из следующих величин:

  1. Номинальная толщина наибольшего стыкового сварного соединения
  2. Наибольшая номинальная секция для удержания давления, за исключением:
    1. Конструктивные опорные секции, такие как опоры или проушины
    2. Секции с увеличенной толщиной, необходимые для жесткости, чтобы уменьшить отклонение вала
    3. Структурные секции, необходимые для крепления или включения механических элементов, таких как кожухи или уплотнительные камеры
  3. Одна четвертая номинальной толщины фланца, включая толщину разделительного фланца для корпусов с осевым разъемом (с учетом того, что преобладающее напряжение фланца не является мембранным напряжением)

2. Кроме того, если указан Кодекс Американского общества инженеров-механиков (ASME) по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII, раздел 1, применяется следующее:

  1. Все стали, удерживающие давление, применяемые при указанной минимальной расчетной температуре металла ниже -20 F, должны пройти испытание на ударную вязкость с V-образным надрезом основного металла и сварного соединения, если только они не освобождены в соответствии с ASME Кодексом по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII, отделение 1, UHA-51
  2. Детали, удерживающие давление, из углеродистой и низколегированной стали, применяемые при указанной минимальной расчетной температуре металла от -20 F (-29 C) до 100 F (38 C), требуют следующих испытаний на удар:
    1. Испытания на удар не требуются. для деталей с основной толщиной 1 дюйм или меньше.
    2. Освобождение от испытаний на удар для деталей с нормативной толщиной более 1 дюйма должно быть установлено в соответствии со стандартом ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII, раздел 1, UCS 66. Минимальная расчетная температура металла без испытаний на удар может быть снижена, как показано на рисунке. УКС 66.1. Если материал не освобожден, результаты испытания на удар по Шарпи с V-образным надрезом должны соответствовать требованиям к минимальной энергии удара ASME BPVC, раздел VIII, раздел 1, UG-84.

Как правило, лучше использовать материал, приемлемый при заданной температуре, который не требует испытания на удар.Как правило, это означает переход на аустенитную нержавеющую сталь или использование одной из марок бронзы или алюминия для чашеобразных узлов вертикальных насосов. Ударные испытания часто непредсказуемы, что может привести к задержке доставки и перерасходу средств.

Все марки углеродистой стали, используемые при температуре ниже 0 F, должны пройти испытания на ударную вязкость с V-образным надрезом при указанной температуре. Это относится как к основному материалу, так и к сварным швам. Аустенитные нержавеющие стали, сплавы на основе никеля, алюминий и латунь не требуют испытаний на удар, если только это не указано в стандартах Американского общества испытаний и материалов (ASTM) или ASME.

Изображение 1 представляет собой подборку материалов, подходящих для эксплуатации в холодных условиях. На Рисунке 1 представлено общее описание указанных материалов. При использовании этих материалов желательно уточнять наличие и стоимость у поставщиков, прежде чем указывать их.

При выборе материалов для холодного применения особое внимание следует уделить тепловому расширению выбранных материалов. Разница в тепловом расширении может быть существенной.Различия в тепловых расширениях должны быть тщательно определены и учтены во время центровки муфты и могут вообще не работать, если насос имеет много ступеней.

Для температур выше -20 F материалы, перечисленные на Рисунке 1, приемлемы для использования при испытании на удар. Когда требуется испытание на удар, значения на Рисунке 2 можно использовать в качестве эталона. Окончательными авторитетами являются стандарты ASTM и ASME. Обратите внимание, что не все стали подходят для использования в этом диапазоне температур.

Для сталей с температурой ниже -20 F требуется полное соответствие стандартам ASTM, чтобы соответствовать требованиям по ударопрочности. Испытания на удар будут включены в заказ на поставку этих материалов. Для испытаний на удар по Шарпи могут быть указаны значения, указанные на Рисунке 2. Не все марки, приемлемые для работы при низких температурах, перечислены на Рисунке 1. Можно использовать другие марки, указанные в стандарте ASME или ASTM, при условии соблюдения стандарта. .

Мартенситные нержавеющие стали (серия 400) неприемлемы для деталей, работающих под давлением ниже -20 F.

ASTM A352 Gr CA6NM подходит для температур до -100 F. Для этого материала требуются испытания на удар, если он используется при температуре ниже -20 F.

Аустенитные нержавеющие стали

могут использоваться при температурах до -320 F. Предпочтительными материалами являются ASTM A340 Gr 304L и 316L. Полное соответствие, включая отжиг на твердый раствор, должно соблюдаться, чтобы материал был приемлемым для данного применения.Все сварочные работы должны выполняться в соответствии с разделом IX ASME.

Nitronic 50 и 60 по стандартам ASTM на Рисунке 1 приемлемы до -320 F. Сплавы на основе меди в большинстве случаев не испытывают потери ударной вязкости при воздействии низких температур. Многие из распространенных материалов этой категории не имеют опубликованных стандартов ASTM, и ASME не требует испытаний на удар для этих материалов, перечисленных в стандартах.

K500 Monel представляет собой медно-никелевый сплав и обладает хорошими механическими свойствами для валов до -320 F.Испытание на удар не требуется, если только этот предел не указан пользователем. Литой монель также приемлем в этом температурном диапазоне.

Большинство классов бронзы, включая никель-алюминиевую бронзу, приемлемы до -320 F. Никелевые сплавы, такие как Inconel, обладают превосходными низкотемпературными свойствами.

ИЗОБРАЖЕНИЕ 3: Физические свойства выбранных криогенных жидкостей.

На Рисунке 3 перечислены некоторые типичные криогенные жидкости и их физические свойства.Эта информация может быть использована для проектирования и расчетов насоса, когда пользователь не может получить полную информацию. Эту таблицу можно использовать в качестве руководства по требованиям к низкотемпературному оборудованию. Когда насос вентилируется, автоматическое охлаждение доводит температуру насоса до точки кипения продукта при атмосферном давлении. На эту температуру необходимо рассчитывать при выборе подходящего материала.

Каталожные номера

1.API 610, 12-я редакция

2. Раздел VIII ASME, Коды котлов и сосудов под давлением

3. Стандарты материалов ASTM

Воздействие экстремальных температур на металлические материалы

Метеорит, упавший на Землю около 35 миллионов лет назад, произвел, как полагают, самую высокую температуру, когда-либо существовавшую естественным образом на нашей планете. Ученые подсчитали, что благодаря этому внеземному столкновению была достигнута температура 2370°C, что примерно вдвое меньше, чем на поверхности Солнца.

На противоположном конце шкалы самая низкая естественная температура, когда-либо зарегистрированная непосредственно на уровне земли на Земле, составляет −89,2°C на советской станции Восток в Антарктиде 21 июля 1983 года.

 

Направление к «Абсолютному нулю»

В то время как упомянутые температуры были естественными, температуры, которым подвергаются металлы в промышленных целях, иногда приближаются к этим диапазонам, что приводит к серьезным проблемам. Только подумайте о реактивном двигателе: температура может достигать 900°C, а в промышленных печах — до 1200°C.На противоположном холодном конце шкалы криогеника может включать воздействие температур от -196°C до -269°C. Для тех, кто помнит школьную физику, это чуть выше «абсолютного нуля», который при −273°C является самой низкой возможной температурой, при которой ничто не может быть холоднее, и в веществе не остается тепловой энергии.

Поэтому при проектировании оборудования для любого применения, связанного с очень низкими или высокими температурами или широкими перепадами температур, особенно важно учитывать влияние этих температур на используемые металлы.Существуют десятки болтовых и крепежных операций, которые могут быть связаны с экстремальными температурами.

Металлургия изучает поведение различных металлов в широком диапазоне температур, а также то, как определенные металлы или комбинации металлов могут помочь смягчить возможные негативные последствия.

Таким образом, сталь и другие металлические сплавы могут быть приспособлены для удовлетворения требований применения, подверженного экстремальным температурам.

 

Проблемы, связанные с низкими температурами

Основными неблагоприятными эффектами, вызываемыми низкими температурами, являются потеря пластичности (способность подвергаться пластической деформации перед разрушением) и возрастающее охрупчивание материала по мере того, как температура падает ниже так называемой температуры перехода от пластичности к хрупкости или DBTT.

«Пластичный материал сначала деформируется, прежде чем окончательно разрушиться, — объясняет Александр Флерантен, эксперт в области металлургии, термообработки и обработки поверхностей, основатель компании Métallo Corner во Франции, — а хрупкий материал, скорее всего, сразу же сломается. когда нагрузка превышает предел текучести».

При понижении температуры многие материалы переходят от пластичного к хрупкому поведению при DBTT. Очевидно, что разрушение имеет больше негативных последствий, чем деформация, а при очень низких температурах стали обычно более чувствительны к ударам, с риском поломки в случае внезапного удара или изгиба.Эта характеристика близка к упругости и оценивается при испытании на удар.

С другой стороны, более низкая температура часто приводит к увеличению механической прочности металла на растяжение и меньшему удлинению при разрыве. Для поддержания высокой механической прочности и получения менее хрупкого материала часто предпочитают аустенитные нержавеющие стали с высоким содержанием никеля и азота.

 

Высокая температура еще сложнее

При экстремально высоких температурах некоторые явления могут быть обратимыми, а другие — постоянными.Обратимые, которые регрессируют, если температура возвращается к тому, что считается нормальным, включают временную потерю механической прочности на растяжение и изменения пластичности.

Что касается постоянных явлений, процессы старения и термообработки, протекающие при повышенных температурах, могут вызвать перегрев, что приводит к снижению сопротивления усталости. Поэтому температура службы также должна оставаться ниже температуры отжига или отпуска стали.

В нержавеющей стали высокие температуры могут привести к потере или уменьшению защитного пассивирующего слоя, поэтому при этих температурах проектировщик должен быть осторожен с факторами окружающей среды, такими как влажность и некоторые элементы в атмосфере.«Даже на жидкости, которые косвенно влияют на характеристики металла, можно повлиять», — говорит Флерантен. «Например, при высоких температурах некоторые смазочные материалы, такие как дисульфид молибдена (MoS2), изменяют свойства и полностью теряют свою смазочную способность (MoS2 становится MoS3 = трисульфид молибдена), что может привести к проблемам».

 

Ползучесть и релаксация также активируются теплом

Важные и часто вредные явления ползучести и релаксации также могут активироваться при высоких температурах.Ползучесть — это медленная и необратимая деформация материала из-за постоянного механического напряжения, даже если оно ниже предела текучести материала. Релаксация — это когда материал, даже если он первоначально нагружен ниже своего предела текучести, снимает напряжение при воздействии фиксированной деформации путем преобразования части этой упругой деформации в пластическую деформацию.

Ползучесть или релаксация в металлах происходят легче, если они подвергаются повышенным температурам, даже до того, как нагрузки или деформации превысят предел текучести материала.Степень ползучести или релаксации зависит от величины напряжения, температуры и времени воздействия. Эти явления могут активироваться при температуре примерно от 200°C для сталей и уже при температуре чуть выше 100°C для некоторых легких сплавов и нержавеющей стали. Для решения действительно сложных задач конструкторы могут использовать жаропрочные сплавы на основе никеля или кобальта. Имейте в виду, что ползучесть и релаксация постоянно изменяют детали с точки зрения деформации или снятия напряжения.

 

Коэффициент теплового расширения изменяется в широком диапазоне температур

Другим следствием экстремальных температур является то, что материал будет расширяться или сжиматься пропорционально температуре в соответствии с законами физики.Поэтому, когда температура в стальной конструкции повышается, атомы начинают вибрировать все сильнее и сильнее. Это тепловое возбуждение, в свою очередь, приводит к увеличению межатомных расстояний и, таким образом, вызывает расширение материала.

Фактическое расширение, происходящее при повышении температуры, описывается так называемым коэффициентом линейного теплового расширения (КТР), который обычно определяется для различных материалов при температуре 20°C. Обычно она постоянна в определенном диапазоне температур, скажем, от 0 до 100°C.Однако, по словам г-на Флерантена, «КТР для данного материала не всегда постоянен в широком диапазоне экстремальных температур, поэтому он обычно обновляется каждые 100°C».

«Помимо того, что КТР сам по себе может меняться в зависимости от температуры, проектировщик также должен учитывать старение и изменение свойств материала в течение срока службы. И то, и другое чрезвычайно важно для любого типа оборудования или болтовых и крепежных решений, которые будут работать при экстремальных температурах».

Нержавеющая сталь 21-6-9 | Техническая сталь и материалы

Просмотр номеров AMS   >

Нержавеющая сталь 21-6-9

21-6-9 представляет собой упрочненную азотом аустенитную нержавеющую сталь с высоким содержанием марганца.Сплав обладает многими желаемыми свойствами, такими как выдающаяся стойкость к окислению при более высоких температурах в отожженном состоянии, хорошая стойкость к коррозии расплавленного оксида свинца и исключительная стойкость к воздушной коррозии.

Из-за более высокого начального предела текучести и высокой скорости упрочнения нержавеющая сталь 21-6-9 имеет такие же обрабатываемые свойства, что и нержавеющая сталь 301, 302, 304 и 316. При этом сплав требует более высокой силы для формирования деталей, чем эти сплавы нержавеющей стали.21-6-9 остается немагнитным даже после сильного холода.

Сплав легко сваривается стандартными методами. Более того, благодаря низкому содержанию углерода 21-6-9 обладает отличной стойкостью к межкристаллитной коррозии, даже при сварке.

Благодаря высокой механической прочности сплав 21-6-9 в основном используется для изготовления деталей в авиационной промышленности. Эти детали в основном включают гидравлические трубки, а также детали двигателя. Между тем, нержавеющая сталь 21-6-9 также обладает отличной ударной вязкостью при криогенных температурах до -382 °F (-230 °C).

Tech Steel & Materials предлагает нержавеющую сталь 21-6-9 в четырех спецификациях подтипа и нескольких формах/формах:

Химический состав нержавеющей стали 21-6-9

Элемент Мин. (%) Макс. (%)
Углерод, С 0,08
Марганец, Mn 8 10
Кремний, Si 1
Сера, S 0.03
Фосфор, P 0,06
Хром, Cr 19 21.50
Азот, N 0,15 0,4
Никель, Ni 5,5 7,5
Железо, Fe *Баланс

*Не только к упомянутому элементу, но и к тому, что он преобладает над другими элементами, которые используются только в минимальных количествах.

Инструкция по изготовлению и эксплуатации

Нержавеющая сталь

21-6-9 может подвергаться горячей и холодной обработке с использованием большинства традиционных методов. Для горячей обработки лучшая температура для начальной ковки составляет от 2100 ° F до 2200 ° F (от 1150 ° C до 1200 ° C) с минимальной температурой около 1200 ° F (650 ° C). 21-6-9 не требует предварительного нагрева и должен быть отожжен после ковки для максимальной коррозионной стойкости. Сплав также обладает отличной стойкостью к растрескиванию и поэтому может быстро охлаждаться после горячей обработки.

Нержавеющая сталь

21-6-9 может подвергаться горячей обработке всеми обычными методами, но для этого требуется более высокое усилие по сравнению с аналогичными сплавами. Также этот сплав нельзя упрочнять термической обработкой. Вместо этого 21-6-9 можно упрочнять на твердый раствор или упрочнять процессами горячей и холодной обработки при температуре от 1200 °F до 1500 °F (от 650 °C до 815 °C) с последующим снятием напряжения при 900 °C. от F до 1400 °F (от 480 °C до 760 °C).

Нержавеющая сталь 21-6-9 можно легко сваривать с помощью сварки плавлением в защитной оболочке и контактной сварки с использованием подходящего присадочного металла.Следует избегать кислородно-ацетиленовой сварки, чтобы свести к минимуму накопление углерода в сварном шве.

Нержавеющая сталь 21-6-9 Физические свойства

Собственность Мин. (%) Макс. (%)
Удельный вес 7,83 7,83
Плотность 0,283 фунта/дюйм3 7,83 г/см3
Средняя удельная теплоемкость 0,12 БТЕ/фунт-°F (32/212 °F) 500 Дж/кг-К (0-100 °С)
Удельное электрическое сопротивление 439 Ом-окр-мил/фут 730 мкОм-мм
Модуль упругости (отожженный) 28500 тысяч фунтов на квадратный дюйм 196500 МПа
Средний коэффициент теплового расширения (от 80 °F до 200 °F) (от 27 °C до 93 °C) 9.3 [10(-6)/°F] 16,7 [10(-6)/К]
Средний коэффициент теплового расширения (от 80 °F до 600 °F) (от 27 °C до 316 °C) 10,1 [10(-6)/°F] 18,2 [10(-6)/К]
Средний коэффициент теплового расширения (от 80 °F до 1000 °F) (от 27 °C до 538 °C) 10,6 [10(-6)/°F] 19,1 [10(-6)/К]
Средний коэффициент теплового расширения (от 80 °F до 1600 °F) (от 27 °C до 871 °C) 11,2 [10(-6)/°F] 20.2 [10(-6)/К]
Теплопроводность (@ 200 °F) (@ 93 °C) 96 [БТЕ-дюйм/фут²-ч-°F] 14 [Вт/м-К]
Теплопроводность (@ 600 °F) (@ 316 °C) 126 [БТЕ-дюйм/фут²-ч-°F] 18 [Вт/м-К]
Теплопроводность (@ 1000 °F) (@ 538 °C) 156 [БТЕ-дюйм/фут²-ч-°F] 23 [Вт/м-К]
Теплопроводность (@ 1600 °F) (@ 871 °C) 200 [БТЕ-дюйм/фут²-ч-°F] 29 [Вт/м-К]
Модуль сдвига (отожженный) при 450 °F (232 °C) 11000 фунтов/кв. дюйм 75.8 ГПа
Магнитная проницаемость Отожженный (@ 75 °F) (@ 24 °C) при 50 Эрстедах 1.005 1.00265
Магнитная проницаемость Отожженный (@ -350 °F) (@ -212 °C) при 50 Эрстед
Магнитная проницаемость 15% Уменьшение в холодном состоянии (@ 75 °F) (@ 24 °C) при 50 Эрстедах 1.004 1.004
Магнитная проницаемость 35% Уменьшение холода (@ 75 °F) (@ 24 °C) 1.005 1.005
Магнитная проницаемость 60% Уменьшение в холодном состоянии (@ 75 °F) (@ 24 °C) при 50 Эрстедах 1.010 1.010
Испытательная прочность Rp0,2 (@ 68 °F) (@ 20 °C) в отожженном состоянии ≥48 тысяч фунтов на квадратный дюйм ≥330 МПа
Прочность на растяжение Rm (@ 68 °F) (@ 20 °C) в отожженном состоянии ≥95 тысяч фунтов на квадратный дюйм ≥655 МПа
Удлинение A2″ (@ 68 °F) (@ 20 °C) в отожженном состоянии ≥35 ≥35%
Прочность доказательства Rp0.2 (@ 68 °F) (@ 20 °C) жесткое состояние ≥120 тысяч фунтов/кв. дюйм ≥827 МПа
Прочность на растяжение Rm (@ 68 °F) (@ 20 °C) в твердом состоянии ≥142 тыс.фунтов/кв.дюйм ≥ 979 МПа
Удлинение A2″ (@ 68 °F) (@ 20 °C) в твердом состоянии ≥20% ≥20%

 

Коэффициент линейного расширения – обзор

4.8.4.4.2 Анизотропные композиты

Поскольку направление пластического течения очень чувствительно зависит от распределения ориентации армирования, коэффициент линейного расширения композита в заданном направлении будет стремиться к правило смешения в полностью пластичном матричном режиме только при условии идеально изотропного распределения фаз.

Многие авторы сообщают о появлении заметных петель гистерезиса в реакции на тепловое расширение однонаправленных непрерывных волокон MMC, подвергнутых термоциклированию (Garmong, 1974; Kural and Min, 1984; Tompkins and Dries, 1988; Dumant et ​​al. , 1988; Masutti et ​​al. , 1990; Lacom et ​​al. , 1990; Вайня и Чавла, 1994; Böhm et ​​al. , 1995; Chun et ​​al. , 1995; Korb et ​​al. , 1998). Подобно изотропным композитам, это поведение можно довольно просто рассматривать как результат последовательности упругих и пластических деформаций в разных направлениях при повышении или понижении температуры (например, при понижении температуры).г., Рабинович и др. , 1983; Курал и Мин, 1984; Дюман и др. , 1988; Клайн и Уизерс, 1993).

В качестве примера на рис. 11 представлены кривые расширения в осевом направлении во время первого и второго циклов между комнатной температурой и 550 °C для композита, состоящего из матрицы Al-3%Mg с 30 об.% однонаправленного сплошного SiC волокна (Nicalon ® ) (Masutti и др. , 1990). Композит предварительно охлаждали до температуры жидкого азота.Первый термический цикл заканчивается с отрицательной остаточной деформацией, так как осевое напряжение в волокнах в конце охлаждения является более сжимающим, чем в исходном образце, нагретом от низкой температуры. Контур осевого расширения работает по часовой стрелке. Как было предложено Masutti et ​​al. (1990), осевые фазовые напряжения можно довольно просто оценить по кривым расширения на рис. 11, учитывая, что внутренние напряжения практически равны нулю при 550 °C. Следовательно, при охлаждении (нагреве) от (до) этой температуры отклонение осевой деформации композита ε3c=ε3r от деформации теплового расширения волокон α r Δ T равно упругой деформации волокон.Используя соотношение равновесия

Рис. 11. Кривые расширения в осевом направлении во время первого и второго циклов между комнатной температурой и 550 °C для композита, состоящего из матрицы Al-3%Mg с 30% однонаправленных непрерывных волокон SiC.

Масутти и др. (1990), воспроизведено с разрешения Чепмена и Холла из Journal of Materials Science Letters, 1990, 9, 340–342.

[56]〈σ3m〉Vm+σ3rVr=0

и пренебрегая влиянием поперечных напряжений σ1r и σ2r на ε3r, получаем12 показано изменение среднего продольного напряжения 〈σ3m〉 в зависимости от температуры, рассчитанное по кривым рис. 11 с использованием уравнения [57]. Как показано на этом рисунке, тепловое расширение волокон α r Δ T было определено путем проведения прямой линии, экстраполирующей расширение композита при высокой температуре (где сопротивление текучести матрицы близко к нулю). Можно выделить два режима: упругий режим (пунктирные линии), при котором изменение 〈σ3m〉 можно аппроксимировать уравнением [18], и полностью пластический режим.Во втором режиме разность 〈σ3m〉−〈σ1m〉=〈σeffm〉 соответствует температурной зависимости предела текучести матрицы σ Y . Если 〈σ1m〉≈0, 〈σ1m〉≈σY и максимальная амплитуда гистерезиса деформации в осевом направлении, Δε3maxc, может быть аппроксимирована как (Pedersen, 1990)

Рис. 12. Изменение среднего продольного напряжения 〈σ3m 〉 как функция температуры, рассчитанная по кривым рис. 11 с использованием уравнения [57].

Масутти и др. (1990), воспроизведено с разрешения Чепмена и Холла из Journal of Materials Science Letters, 1990, 9, 340–342.

[58]Δε3maxc=2σYVmErVr

Ссылка на рис. 7 напоминает, что 〈σ1m〉 не равно нулю, так как равно VrVmσrr. Тем не менее пренебрежение в уравнении [58] влиянием поперечных напряжений на ε3r частично компенсирует приближение 〈σ1m〉≈0.

Используя аналогичный метод, Nassini et ​​al. (2001) проследили температурную зависимость напряжения матрицы в плоскости во время циклирования между КТ и 560 °C композитов на основе алюминия, содержащих случайное плоскостное распределение волокон Al 2 O 3 (Saffil).Детальное понимание роли межфазного скольжения и ползучести матрицы во время термоциклирования композитов с непрерывным волокном было дано Даттой (2000) с помощью микромеханической модели, учитывающей работу нескольких механизмов ползучести матрицы на различных стадиях термоциклирования. Модель включает эффект межфазного скольжения с помощью механизма, контролируемого диффузией границы раздела. Результаты моделирования сравнивались с экспериментальными данными для композита однонаправленное графитовое волокно/алюминий 6061.

Если бы предел текучести σ Y не зависел бы от температуры, КТР в осевом направлении α 3c был бы равен α r на той части кривой расширения, где матрица полностью пластична. Принимая во внимание сохранение объема и применяя закон смешения для выражения объемного расширения композита α ii c , поперечный КТР α 1c будет тогда (Böhm et ​​al. , 1995)

[59]. ]α1c=αm+12(αm−αr)(1−3Vr)

Для низких V r коэффициент поперечного расширения композита, таким образом, может быть значительно больше, чем α m .

Однонаправленные ММС с непрерывным волокном демонстрируют гистерезис против часовой стрелки в направлении, поперечном волокнам (например, Böhm et ​​al. , 1995). Это обратное поведение по отношению к продольному направлению в основном является результатом сохранения объема, связанного с пластической деформацией. Однако в направлении, перпендикулярном волокнам, упругая деформация в матрице действует в противовес пластическому течению матрицы. Следовательно, чем выше средние средние напряжения в фазах, тем меньше амплитуда поперечного гистерезиса.Для полностью пластического режима в литературе, по-видимому, не разработано замкнутое выражение радиального напряжения 〈σrm〉 на основе модели коаксиальных цилиндров. Таким образом, невозможно получить для поперечной амплитуды гистерезиса выражение напряжения смещения ε или , аналогичное уравнению [54].

Самая ранняя упругопластическая модель для прогнозирования КТР анизотропных композитов на основе подхода Эшелби была предложена Wakashima et ​​al. (1974) для случая композита с непрерывными волокнами W в матрице Cu. Эта модель правильно предсказывает гистерезис по часовой стрелке в осевом направлении и дает аналитическое выражение для амплитуды петли. Было предложено несколько других моделей для прогнозирования коэффициентов теплового расширения α 3c и α 1c однонаправленных композитов с учетом более сложных ситуаций деформационного упрочнения матрицы и температурной зависимости σ Y .Эти модели были рассмотрены Ханом (1991). Подобно пластичности матрицы, межфазное скольжение также может способствовать релаксации внутренних напряжений. Теоретическое исследование влияния межфазного скольжения на КТР коротковолокнистого композита с чисто эластичными волокнами и матрицей было предложено Jasiuk et ​​al. (1988) на основе анализа типа Эшелби.

Характеристики теплового расширения композитов, содержащих случайное плоскостное распределение волокон или нитевидных кристаллов, можно анализировать на основе тех же принципов, что и для композитов с однонаправленными непрерывными волокнами.В качестве примера на рис. 13(а) показаны кривые теплового расширения в направлениях, параллельном (ε1c) и перпендикулярном (ε3c) плоскости изотропии, измеренные для композита, состоящего из матрицы из чистого алюминия, армированной случайной плоской сеткой из 20% непрерывных волокон Inconel 601 (Salmon и др. , 1997; Boland и др. , 1998). Термоциклирование проводили при температуре от 310 до 30 °C. Первоначальная выдержка была сделана при 310 °C, чтобы можно было устранить фазовые напряжения за счет ползучести матрицы.Аналогичные результаты были представлены Neite и Mielke (1991) и Nassini et ​​al. (2001) для композитов на основе алюминия, содержащих случайное плоскостное распределение волокон Al 2 O 3 (Saffil). Как и в однонаправленных композитах, поведение в плоскости определяется ограничениями, создаваемыми оптоволоконной сетью. Общее значение α 1c низкое, а гистерезис ε1c направлен по часовой стрелке. Напротив, α 3c близко к α m , а гистерезис ε3c направлен против часовой стрелки.Амплитуда гистерезиса деформации составляет примерно 0,3×10 -3 и 0,6×10 -3 в плоскостном и перпендикулярном направлениях соответственно. Таким образом, общий объем при данной температуре одинаков при нагревании и охлаждении.

Рис. 13. (a) Кривые теплового расширения, измеренные для чистого Al, для Inconel 600 и для композита, состоящего из матрицы из чистого Al, армированной случайной плоской сетью непрерывных волокон Inconel 601, направления параллельны (ε1c) и перпендикулярно (ε3c) плоскости изотропии; б – деформация нетермического расширения композита Δnon-therm.310–Tc рассчитано по кривым расширения по уравнению [59].

Если фазовые напряжения равны нулю при 310 °C, кривые теплового расширения на рис. 13(а) позволяют рассчитать деформацию композита при нетепловом расширении Δnon-therm.ΔTc во время циклирования. Действительно,

[60]Δнетерм.ΔTc=2ε1ΔTc+ε3ΔTc−3(εΔTrVr+εΔTmVm)

Результат показан на рис. 13(b). При охлаждении от 310°С композит демонстрирует достаточно линейный рост нетеплового объемного расширения, который достигает 1.4×10 -3 при 30°С. Никакой существенной разницы между рампами охлаждения и нагрева нельзя различить. Согласно уравнению [10], если при охлаждении не произошло изменения объемной доли пористости, среднее среднее напряжение матрицы при 30 °C может быть рассчитано как 30cVm(1Km−1Kr)

Принимая K Al =75,2 ГПа и K In601 =170 ГПа, получаем 〈σмм〉310-30=236 МПа. Соответствующее среднее среднее напряжение в волокнах будет около 950 МПа.Очевидно, что эти значения слишком высоки, чтобы быть правильными для случая матрицы из чистого алюминия, предел текучести которого не превышает 50 МПа. Пластическое течение и ползучесть, вызываемые локальными девиаторными напряжениями, безусловно, снижают средние средние фазовые напряжения до гораздо более низкого значения. На самом деле, в литературе нейтронографические и рентгеноструктурные исследования композитов на основе алюминия никогда не измеряли столь высокие термические фазовые напряжения в матрице. Вывод состоит в том, что для правильной интерпретации поведения расширения этого типа композита необходимо учитывать наличие пористости.По измерениям плотности очень трудно обнаружить объемные доли пористости порядка измеренного объемного расширения (0,1%).

Динамическое поведение высокопрочной конструкционной стали при низких температурах

Испытания с V-образным надрезом по Шарпи

Поглощенная энергия в испытаниях с V-образным надрезом по Шарпи в зависимости от температуры от + 20°C до − 90°C , показано на рис. 5а. Обратите внимание, что измеренная поглощенная энергия при - 40 °C значительно выше минимального значения, указанного в сертификате на материал (см. Таблицу 1).Результаты показали, что поглощенная энергия постепенно уменьшалась с понижением температуры. Однако, в отличие от того, что можно было бы ожидать от типичной стали с DBTT, не было обнаружено явного снижения поглощения энергии при определенной температуре. Согласно Дитеру [9], форма кривой температурного перехода сильно зависит от материала (см. рис. 5b). FCC и большинство материалов HCP обладают такой высокой ударной вязкостью, что хрупкое разрушение обычно не является проблемой. Напротив, материалы BCC (например, стали) имеют гораздо более низкую ударную вязкость.Таким образом, хрупкое разрушение в принципе возможно при любых температурах и скоростях деформации. Прочность на надрез материалов ОЦК низкой и средней прочности сильно зависит от температуры. При низкой температуре разрушение происходит в результате скалывания, тогда как при высокой температуре разрушение происходит в результате вязкого разрыва, и кривая температурного перехода может быть резкой. Кроме того, важные изменения температуры перехода могут быть вызваны изменениями химического состава или микроструктуры мягких сталей.Для высокопрочных сталей, таких как исследуемая здесь Strenx 960 Plus, температура перехода менее выражена.

Рис. 5

Испытания с V-образным надрезом по Шарпи: a Поглощенная энергия в зависимости от температуры от + 20 °C до − 90 °C. b Иллюстрация теоретической кривой температурного перехода для различных материалов, адаптировано из работы Дитера [9]

Квазистатические испытания на растяжение

В квазистатических испытаниях на растяжение сила F измерялась калиброванным тензодатчиком , в то время как минимальные диаметры поперечного сечения образца в двух перпендикулярных направлениях, обозначенные D 1 и D 2 , были предоставлены с использованием трассировки кромок (см. раздел «Экспериментальные процедуры»).{2}\) и \(A = \frac{\pi }{4}D_{1} D_{2}\) соответственно, где D 0 — начальный диаметр образца. Затем истинное напряжение σ и логарифмическая деформация ε рассчитывались как 0} }}{A}} \right)$$

Отметим, что истинное напряжение и логарифмическая деформация являются средними значениями по минимальному сечению образца после диффузного образования шейки, а пластическая несжимаемость и малые упругие деформации принимались получить логарифмическую деформацию.

Полученные истинные кривые напряжение-деформация, соответствующие гладким образцам, извлеченным из трех различных ориентаций (0°, 45° и 90° по отношению к направлению прокатки) и испытанным при комнатной температуре, показаны на рис. 6а. Эти экспериментальные результаты подтверждают, что реакция напряжение-деформация является довольно изотропной, даже несмотря на то, что между образцами с разной ориентацией наблюдаются незначительные различия как в напряжении течения, так и в деформации до разрушения.

Рис. 6

Кривые истинного напряжения-деформации квазистатических испытаний: a Гладкие образцы, извлеченные из ориентаций 0°, 45° и 90° при комнатной температуре. b Гладкие и предварительно надрезанные образцы с ориентацией 0° при температуре + 20 °C (красный цвет, RT) и − 40 °C (синий цвет, LT) (цветной рисунок онлайн)

На рисунке 6b показаны истинные кривые напряжения-деформации гладких и предварительно надрезанных образцов, извлеченных из направления прокатки и испытанных как при + 20 °C, так и при - 40 °C. Результаты показали, что для всех геометрий образцов напряжение течения увеличивалось с понижением температуры, в то время как деформация разрушения оставалась практически неизменной. Аналогичные результаты для конструкционной стали на 420 МПа были получены Tu et al.[14], где деформация разрушения не ухудшалась при снижении температуры от комнатной до - 60 °C.

Динамические испытания на растяжение

Начальная скорость деформации в динамических испытаниях на растяжение гладких образцов составляла от 100 до 1000 с -1 , и скорость деформации значительно увеличилась после образования шейки. Из-за начального надреза скорость деформации в испытаниях образцов с предварительно надрезанными краями никогда не была постоянной. Поскольку не было очевидной связи между напряжением течения и скоростью деформации, а изменение скорости деформации было меньше порядка величины, все испытания на динамическое растяжение рассматривались как единый набор данных.

Как видно на рис. 7а, уровень напряжения увеличивался с увеличением скорости деформации, будучи несколько выше при низкой температуре, т. е. - 40 °C, чем при комнатной температуре (см. рис. 7b). Strenx 960 Plus продемонстрировал положительную чувствительность к скорости деформации, которая была примерно одинаковой при комнатной и низкой температуре. Следует отметить, что хотя в каждой серии испытаний было выполнено два или три повторения, на рис.6 и 7.

Рис. 7

a Кривые истинного напряжения-деформации как квазистатических (LR), так и динамических (HR) испытаний на растяжение при комнатной температуре. b Влияние температуры на динамическое испытание на растяжение, + 20 °C (красный, RT) и - 40 °C (синий, LT) (цветной рисунок онлайн)

Фрактографическое исследование

Анализ топографии поверхности разрушения был на некоторых репрезентативных образцах для изучения механизмов разрушения. Поверхности изломов исследовали с помощью Zeiss Gemini SUPRA 55 VP FESEM.Первый микроструктурный анализ материала выявил чисто мартенситную структуру Strenx 960 Plus с размером зерна примерно 10–20 мкм.

Излом скола обычно представлен многогранной поверхностью и «речными узорами» на каждой грани образца Шарпи [10]. Ни одна из этих характеристик не наблюдалась на поверхностях излома, полученных в результате испытаний по Шарпи. На поверхности излома образцов с V-образным надрезом по Шарпи была видна четкая ямочная структура; хотя расслаивание было более заметным при более низких температурах, как можно наблюдать на рис.8. Считается, что более высокий уровень напряжения в материале при температуре - 40 °C является основным фактором, способствующим большей склонности к расслаиванию.

Рис. 8

Образцы с V-образным надрезом по Шарпи: и испытание при комнатной температуре. b - 40 °C испытание

На поверхностях растянутых образцов при всех температурах наблюдалась классическая ямочная структура, указывающая на вязкое разрушение. Более мелкие ямки можно было наблюдать на поверхности излома предварительно надрезанных образцов для растяжения (см.9), что свидетельствует о менее пластичном поведении. Этот эффект был подтвержден экспериментально, и его можно было наблюдать на рис. 6b, где деформация до разрушения уменьшилась, а трехосность напряжения увеличилась из-за введения надреза.

Рис. 9

Образцы на растяжение в направлении 0°, испытанные при комнатной температуре. и Гладкая. b Предварительно надрезанный R0,8

Как видно на рис. 10, углубления мельчают при понижении температуры. Можно предположить, что неглубокие ямки подразумевают менее пластичное поведение материала.Однако снижение деформации до разрушения из-за снижения температуры нельзя было экспериментально наблюдать на рис. 6b. Более мелкие ямочки, наблюдаемые при - 40 °C, могут быть замедленным образованием пустот из-за низких температур.

Рис. 10

Образцы для растяжения в направлении 0 °, испытанные при температуре −40 °C. и Гладкая. b Предварительно надрезанный R0,8

Расслоение наблюдалось на всех образцах, испытанных как при комнатной температуре, так и при - 40 °C. Это видно по трещинам, перпендикулярным направлению толщины гладкого образца на растяжение на рис.11а. Кроме того, в центре образцов с надрезом наблюдалась большая трещина, перпендикулярная направлению толщины (см. рис. 11b). Подобные трещины наблюдались Manes et al. [21] на стальной трубопровод. Возможной причиной, которую они обнаружили, были относительно большие растягивающие напряжения, вызванные сильным сужением в направлении толщины, которые приводят к вторичным трещинам вдоль плоскости прокатки материала.

Рис. 11

Образцы на растяжение в направлении 0°, испытанные при комнатной температуре. и Гладкая. b Предварительно надрезанный R0,8

Влияние температуры на стальные измерительные приборы

Стальные толщиномеры представляют собой измерительные приборы, которые используются для определения толщины или толщины объекта. Существует несколько различных типов толщиномеров, каждый из которых работает немного по-разному в зависимости от предполагаемого применения толщиномера.

Мы знаем, что изменения происходят в материальных вещах при изменении температуры. Это обычное явление, хорошо известное как инженерам, метрологам, так и простому обывателю.Хотя это очень тонкие изменения, которые обычно невидимы невооруженным глазом, вы можете увидеть их применение в промежутке между железнодорожными путями между двумя его участками. Вы также можете заметить компенсационные швы в мостах, поскольку длина пролета моста меняется в зависимости от температуры в разные сезоны. В промышленной среде, где измерения важны, а допуски малы, даже небольшая разница в измерении становится критической и должна учитываться.

 

Тепловое расширение

Всякий раз, когда материал нагревается, его температура повышается из-за повышенных вибраций в атомах.Расстояние между отдельными атомами также увеличивается, что приводит к расширению материала. Это изменение зависит от материала, хотя наиболее частым изменением является увеличение объема. Поскольку тепло влияет на все атомы в материале в зависимости от их расположения, происходит изменение длины, пропорциональное повышению температуры.

Коэффициент теплового расширения – это константа, характерная для материала, которая определяет изменение в зависимости от температуры.Это просто означает, что материалы расширяются или увеличиваются на определенную длину при нагревании и сжимаются при понижении температуры, и эта константа дает нам, насколько происходит это расширение или сжатие.

Увеличение или уменьшение длины стальной линейки с изменением длины в зависимости от температуры невооруженным глазом невозможно обнаружить. Даже при выполнении определенных измерений разница незначительна. Однако в случае наборов штифтов, микрометров или штангенциркулей, мерных блоков, заглушек или колец существует значительная разница.Это из-за разницы в точности и количестве стали.

В случае калибров, калибров-пробок, калибров- колец и других более точных и толстых калибров время акклиматизации весьма критично. Эти типы датчиков хранятся в среде с контролируемой температурой в течение 24 часов для точных измерений. С другой стороны, керамическим датчикам требуется гораздо больше времени для акклиматизации по сравнению со стальными датчиками, поэтому для стабилизации этих датчиков может потребоваться до 48 часов.

Стандартная температура лабораторной калибровки размеров составляет 20 °C (68 °F).Это температура, при которой мерные блоки и другие более точные измерительные приборы калибруются при их изготовлении. В многомерной лабораторной среде необходима крайняя осторожность. Все возможные источники тепла должны быть устранены. Необходимо учитывать тепло человеческого тела, горячий воздух от дыхания, тепло, выделяемое электронными приборами, и тепло, излучаемое электрическим освещением помещения.

В конечном счете, понимание теплового расширения необходимо для получения высокоточных результатов измерений.Поэтому мы в лаборатории e2b калибровки установили температуру окружающей среды на постоянном уровне 20˚C, что создает идеальные условия для предоставления клиентам гарантированно точных метрологических решений. Наши лаборатории используют новейшие технологии, предлагая полный спектр услуг по измерению и калибровке. Вы получите информацию об измерениях, которая необходима вашим клиентам для проверки продукции и контроля качества с высочайшей степенью точности. Мы выполняем калибровку в чистом помещении с контролируемой температурой, чтобы свести к минимуму факторы, влияющие на погрешность измерения, такие как тепловое расширение.

 

Калибровка e2b предоставляет надежные и экономичные услуги по калибровке ваших приборов. Наши проверяемые и отслеживаемые услуги не имеют себе равных в отрасли. Мы соответствуем стандарту ISO-17025: 2017 и зарегистрированы в ANAB. Мы также сертифицированы ANSI/NCSL Z540-1-1994. Мы прослеживаемы по NIST Широкая область аккредитации ISO/IEC 17025.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.