Сталь 30хгса твердость после закалки

Характеристики и применение стали 30ХГСА — рассмотрим по порядку

Эта марка стали относится к категории «конструкционная легированная». Изначально сталь 30хгса предназначалась для авиастроения, но благодаря своим отличным характеристикам нашла более широкое применение. У нее имеется и другое название (по входящим в состав химическим элементам-добавкам) – «хромансил» (хром + марганец + кремний).

Все, что нужно знать о стали марки 30ХГСА

30ХГСА — сплав на основе железа, причём его доля составляет не менее 97,5%. Помимо него, в составе присутствуют углерод, марганец, а также хром и кремний. Обо всех характеристиках такого металла, его заменах и особенностях использования мы и поговорим в нашем обзоре.

Сталь 30ХГСА: характеристики и применение

Изначально, сталь марки 30ХГСА разрабатывалась советскими учеными как материал для авиационной промышленности. Элементы управления, педали и другие механизмы самолетов середины 20 века полностью изготавливали из данного сплава. Но наука не стояла на месте. Спустя некоторое время благодаря характеристикам сталь 30ХГСА нашла применение и стала доступной для остальных сфер промышленности. И сразу же началось массовое использование стали машино- и станкостроением.

стальная труба 30хгса

Сталь 30хгса твердость после закалки

Отпуск легированной стали 30ХГСА (хромансил) Установление влияние отпуска на структуру , свойства закаленной стали обработку металла.Сталь хромансил склонна к отпускной хрупкости, поэтому при отпуске ее нужно охладить быстро.

Отпуск легированной стали 30ХГСА (хромансил)

Установление влияние отпуска на структуру , свойства закаленной стали обработку металла.

Приборы, материалы и инструменты: печь, бак с холодной водой, образцы закаленной стали, щипцы, твердомер ТК с алмазным конусом, наждачная бумага.

Сталь марки 30ХГСА относится к улучшаемым среднеуглеродстым сталям. Улучшение – это термическая обработка, заключающаяся в закалке и отпуске при высоких температурах с последующей обработкой металла. Стали значительно сопротивляемы к хрупкому разрушению и обработки.

Сталь хромансил склонна к отпускной хрупкости, поэтому при отпуске ее нужно охладить быстро (в воде или в масле).

При температуре высокого отпуска происходит укрупнение ранее выделившихся частичек карбидов в результате их слияния. Образуется структура – сорбит. Таким образом, после высокого отпуска по всему сечению металла будет одинаковая структура и термические напряжения будут устранены.

Высокий отпуск снимает напряжение на 90 – 95 %. Полнота снятия напряжений зависит от температуры и времени выдержки. Температура отпуска выбирается в зависимости от твердости, которую необходимо получить. Зависимость твердости от температуры отпуска приведена на рисунке. Время выдержки устанавливается опытным путем, в зависимости от химического состава стали, размеров детали и требуемой твердости, для обработки металла. Оно дается для завершения процессов диффузий, начавшихся, при нагреве стали или точнее сразу после закалки.

Измерить твердость закалочного образца на прессе Роквелла твердость HRC=56

Определить температуру отпуска для HRC=25: она равна 530° С

Определить время нагрева и выдержки τ из расчета 1 мин. на 1 мм. диаметра или толщины (если образец не круглый) образца: τ = 12,5 мм * 1 мин/мм = 12,5 мин.

Выдержать образец в печи в течений времени нагрева и выдержки при температуре отпуска.

Вынуть образец из печи охладить в воде.

Зачистить одну сторону образца от окалины наждачной бумагой.

Измерить твердость на прессе Роквелла: HRC=27

Вывод об изменений твердости причину изменения свойств (твердости) данного образца при отпуске

После отпуска твердость образца из стали марки 30ХГСА понижается с HRC=56 до HRC27 в следствии образования структуры сорбит.

Изначально, сталь марки 30ХГСА разрабатывалась советскими учеными как материал для авиационной промышленности. Элементы управления, педали и другие механизмы самолетов середины 20 века полностью изготавливали из данного сплава. Но наука не стояла на месте. Спустя некоторое время благодаря характеристикам сталь 30ХГСА нашла применение и стала доступной для остальных сфер промышленности. И сразу же началось массовое использование стали машино- и станкостроением.

Сталь марки 30ХГСА — характеристики, расшифровка, применение

Конструкционная сталь 30ХГСА была разработана в начале 40-х годов прошлого века и стала настоящим открытием, обеспечившим лидирующую роль Советского Союза в области самолетостроения. Сегодня сплав стал доступен для применения и в других отраслях промышленности.

Легированная сталь 30ХГСА

Легирование сталей проводится для того, чтобы повысить их эксплуатационные качества. Примером можно назвать сталь 30ХГСА, свойства которой существенно выше, если сравнивать с обычными углеродистыми металлами. Особенности во многом зависят от концентрации легирующих элементов и их типа. Рассматриваемая марка получила распространение по причине высокой коррозионной стойкости, которая достигается за счет включения в состав большого количества хрома. Рассмотрим особенности этого сплава подробнее.

30ХГСА — расшифровка марки стали

Сталь 30ХГСА относится к группе легированных сталей. Состав ее регламентируется ГОСТом 4543-71, согласно которому каждая буква и цифра обозначает определенное содержание определенных химических элементов:

  • Цифра 30 означает содержание углерода 0,28-0,34%. Углерод повышает твердость и прочность в сталях, но снижает пластичность и свариваемость.
  • Х – хром (0,8-1,1%) повышает закаливаемость, коррозионную стойкость и жаропрочность сплава. Положительно влияет на сопротивление абразивному износу.
  • Г – марганец (0,8-1,1%) удаляет вредные примеси кислорода и серы. Снижает риск образования окалин и трещин во время термообработки. Повышает качество поверхности. Помимо этого, способствует увеличению сталью пластичности и свариваемости.
  • С – кремний также как марганец является сильным раскислителем. Повышает пластичность, не снижая при этом прочность. Увеличивает восприимчивость стали к термической обработке.
  • Буква «А» расшифровывается как улучшенная. Это означает, что сталь прошла закалку с высоким отпуском. Особенности проведения закалки заключаются в нагреве стали до температуры 870 ºС и в последующем быстром охлаждении в масле или воде. Таким образом, происходит трансформация внутренней структуры, что способствует повышению механических характеристик 30ХГСА в 2,9 раза. Закалочные напряжения снимаются высоким отпуском: нагревом до 540-560 ºС. Помимо снятия напряжения, параллельно происходит увеличение упругих свойств.
  • Сера (до 0,25%) и фосфор (до 0,25%) относятся к категории вредных примесей. Размеры их молекул слишком большие по сравнению со всеми вышеперечисленными элементами. Встраиваясь в кристаллическую сетку стали, сера и фосфор снижают ее устойчивость, тем самым снижая прочность сплава.
  • Также в составе 30ХГСА имеется некоторый процент меди и никеля. Но их содержание настолько мало, что они не оказывают влияния на характеристики стали.

30ХГСА – это российское обозначение марки стали.

Аналоги

Существует следующие зарубежные аналоги:

  • Польша 30HGSA.
  • Болгария 30ChGSA.
  • Чехия 14331.

Сортамент продукции

  • Трубы.
  • Заготовки кованые и поковка.
  • Полосовое железо.
  • Листы – толстые и тонкие.
  • Прокат – сортовой, фасонный.
  • Прутки калиброванные и шлифованные.

2015-02-16-2

Обозначение

Первая позиция – число. Характеризует процентное содержание углерода (в сотых долях, следовательно, 0,3%). В соответствие с принятой классификацией данная сталь относится к среднелегированным.

Вторая – буквы. Соответствуют названиям легирующих добавок. Отсутствие после этой группы цифр свидетельствует о том, что их содержание в стали – не более 1%.

Третья позиция – литера (в данном случае «А»). Означает, что данная марка считается высококачественной.

2015-02-16-1

Свойства

Сфера использования металла напрямую зависит от его физических, технических и механических характеристик. Именно поэтому для стали 30ХГСА установлены свои допустимые показатели модуля упругости, предела прочности, твердости. Для нее выполняется расчёт предела пропорциональности, микроструктуры после отпуска и другие показатели.

Физические

Сталь 30ХГСА получила самую широкую сферу использования. Такая популярность объясняется ниже перечисленными физическими характеристиками материала.

  • Плотность — 785 кг/м3. При этом нужно иметь в виду, что в зависимости от внешней температуры этот показатель может варьироваться в довольно существенном диапазоне.
  • Температура плавления — 1500 градусов. Этот параметр определяет технические сложности, которые могут возникнуть в процессе литья.
  • Устойчивость к ударным нагрузкам — структура материала подвергается разрушению только в случае, если ударная нагрузка превышает 980 МПа.

Технологические

Сталь 30ХГСА часто используется при изготовлении всевозможных металлических изделий. При выборе данного сплава следует принимать во внимание его технические параметры.

  • Низкая стойкость к окислению — при продолжительном контакте с влажной средой на поверхности металла возникает коррозия. В отдельных случаях устойчивость к ржавлению можно повысить за счет нанесения на поверхность готового изделия специального гальванического покрытия на основе хрома и цинка, такую обработку производят методом электролиза. Однако получившийся слой проявляет низкую стойкость к ударам, падениям и другим механическим воздействиям. Поэтому в случае повреждения целостности покрытия коррозия обязательно проявит себя.
  • Повышенная пластичность — параметры относительного удлинения стали составляют 11%. Это существенно расширяет сферу использования стали, поскольку многие металлические детали в соответствии с ГОСТом Ворда должны выдерживать нагрузки переменного типа.
  • Уровень твердости — данный показатель по шкале Роквелла соответствует 50 единицам. Сталь магнитится.

Свои механические характеристики сплав 30ХГСА сохраняет только в температурных пределах до 400 градусов. При более высокой температуре происходит снижение твердости поверхности, поэтому эксплуатация в таких условиях не рекомендована. 30ХГСА проявляет пластичность, её часто используют для штамповки и ковки. К тому же материал упругий, благодаря чему металлические заготовки можно обрабатывать резанием. Готовые изделия могут подвергаться точению и фрезеровке.

Рассматриваемая категория стали по степени свариваемости относится ко второй группе. Именно поэтому перед выполнением сварки необходимо выполнять подогрев металла. Это позволяет существенно снизить риск растрескивания микроструктур.

Чтобы создать оптимальные условия, сплав некоторое время прогревают до 200–250 градусов.

Химический состав

Во многом именно химический состав металла определяет его эксплуатационные характеристики. Марка стали 30ХГСА представлена сочетанием следующих элементов:

  1. Углерод (около 0,3%).
  2. Кремний и марганец, хром (около 1%).
  3. Никель и медь (не более 0,3%).

В состав включается фосфор и сера не менее 0,025%. Их концентрация строго контролируется по причине того, что высокая концентрация приводит к ухудшению основных качеств. Стоит учитывать, что аналог будет обладать схожим химическим составом.

Аналоги

Наиболее известными импортными аналогами сплава 30ХГСА считаются:

  • 30HGSA, 30HGS (Польша);
  • 30ChGSA (Болгария);
  • 14331 (Чехия).

Их структура, химический состав и основные эксплуатационные характеристики имеют много схожего. Однако эти зарубежные сплавы неидентичны нашему. Поэтому решение об их взаимозаменяемости нужно принимать индивидуально, с учетом конкретных технологических требований, предъявляемых к готовому изделию.

Заменителями сплава среди российских сталей считаются металлы марок 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА.

Характеристика материала сталь 30.

Марка стали 30
Заменитель стали 30
сталь 25, сталь 35
Классификация ст 30
Сталь конструкционная углеродистая качественная ГОСТ 1050-88
Применение стали 30
тяги, серьги, траверсы, рычаги, валы, звездочки, шпиндели, цилиндры прессов, соединительные муфты и другие детали невысокой прочности.

Химический состав в % материала сталь 30

C Si Mn Ni S P Cr Cu As
0.27 — 0.35 0.17 — 0.37 0.5 — 0.8 до 0.25 до 0.04 до 0.035 до 0.25 до 0.25 до 0.08

Температура критических точек материала сталь 30

Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 820 , Ar3(Arcm) = 796 , Ar1 = 680 , Mn = 380

Механические свойства при Т=20oС материала сталь 30

Сортамент Размер Напр. sT d5 y KCU Термообр.
мм МПа МПа % % кДж / м2
Сталь 530 320 25 52 620 Состояние поставки
Твердость материала сталь 30 после отжига , HB 10 -1 = 179 МПа
Твердость материала сталь 30 калиброванного нагартованного , HB 10 -1 = 207 МПа
Твердость материала сталь 30 горячекатанного отожженного , HB 10 -1 = 156 МПа

Физические свойства материала сталь 30

T E 10- 5 a 10 6 l r C R 10 9
Град МПа 1/Град Вт/(м·град) кг/м3 Дж/(кг·град) Ом·м
20 2 52 7850
100 1.96 12.1 51 470
200 1.91 12.9 49 483
300 1.85 13.6 46 546
400 14.2 43 563
500 14.7 39 764
600 1.64 15 36
700 15.2 32
T E 10- 5 a 10 6 l r C R 10 9

Технологические свойства материала 30 .

Свариваемость: ограниченно свариваемая.
Флокеночувствительность: не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

Зарубежные аналоги материала сталь 30
Внимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.

Обозначения:

Механические свойства :
— Предел кратковременной прочности ,
sT — Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации),
d5 — Относительное удлинение при разрыве ,
y — Относительное сужение ,
KCU — Ударная вязкость ,
HB — Твердость по Бринеллю ,
Физические свойства :
T — Температура, при которой получены данные свойства ,
E — Модуль упругости первого рода ,
a — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) ,
l — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) ,
r — Плотность материала ,
C — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ),
R — Удельное электросопротивление,
Свариваемость стали 30:
без ограничений — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая — сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая — для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг

Марочник стали и сплавов

Типы применения

Благодаря всем вышеперечисленным характеристикам 30ХГСА имеет огромное практическое применение для разных отраслей промышленности:

  • В строительстве из 30ХГСА делают крепеж, на который воздействует знакопеременный изгиб. Сюда относят анкерные болты, гайки, шпильки и прочее.
  • До сих пор в авиастроении применяют как материал для изготовления расходных деталей самолетов: фланцы, валы и прочее.
  • В машиностроении 30ХГСА нашла применение при производстве высокоответственных изделий, работающих в условиях переменных нагрузок: зубчатые передачи, шпиндели, валы, толкатели и т.д.

Содержание такого легирующего элемента как хром повышает стоимость 30ХГСА на рынке вторичного металла. Цена килограмма стального лома составляет 40-50 рублей. Это выше, чем у обычной углеродистой стали, но ниже чем у нержавейки. Более точное значение стоимости зависит от таких факторов как:

  • Качество поверхности лома.
  • Объем поставки.
  • Габариты лома.

Легирование сталей проводится для того, чтобы повысить их эксплуатационные качества. Примером можно назвать сталь 30ХГСА, свойства которой существенно выше, если сравнивать с обычными углеродистыми металлами. Особенности во многом зависят от концентрации легирующих элементов и их типа. Рассматриваемая марка получила распространение по причине высокой коррозионной стойкости, которая достигается за счет включения в состав большого количества хрома. Рассмотрим особенности этого сплава подробнее.

Применение

Сталь 30ХГСА, применение которой связано с химическим составом и основными качествами, встречается в различных отраслях промышленности. Чаще всего легированная сталь используется в нижеприведенных случаях:

  1. В строительной области получили большое распространение крепежные элементы, которые эксплуатируются при переменных нагрузках. Невысокая коррозионная стойкость определяет то, что крепежные материалы могут использоваться только при защите устройства.
  2. В авиастроении используется сплав в качестве расходного материала при изготовлении валов, фланцев и прочих деталей. Стоит учитывать, что сплав не используют при создании ответственных элементов.
  3. В машиностроительной области применяется при создании элементов, которые работают при постоянных или переменных нагрузках.

Стоимость используемого сырья во многом зависит от того, какой лом использовался. В продаже встречаются зарубежные аналоги, к примеру, 14331 (Чехия) и 30ChGSA (Болгария). Их химический состав и основные качества во многом схожи.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий