|
Характеристика
материала. Сталь 20Х2Н4А.
|
Марка
|
Сталь 20Х2Н4А
|
|
Классификация
|
Сталь
конструкционная
легированная
хромоникелевая
|
|
Заменитель
|
Сталь 20ХГНР, Сталь 20ХГНТР
|
|
Прочие обозначения
|
Сталь 20Х2Н4А; ст.20X2H4A; 20Х2Н4А; 20Х2Н4А-ВД
|
|
Иностранные аналоги
|
США 3120,3316H;Германия(DIN,WNr) 19CrNi8;Франция(AFNOR)
20NC6;Англия(BS) 822M17;Италия(UNI) 20CrNi4;Болгария(BDS) 20Ch2N4A;Польша(PN)
20H2N4A;Чехия(CSN) 16231.
|
|
Общая характеристика
|
Высококачественная хромоникелевая цементируемая сталь.
|
|
Применение
|
Сталь
20Х2Н4А применяется: для изготовления шестерней, вал-шестеней, пальцев, цельнокатаных колец и других цементируемых, особо ответственных, высоконагруженных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающих под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах.
|
|
Вид поставки
|
|
Сортовой и фасонный прокат
|
ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8319.0-75, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006
|
|
Листы
и полосы
|
ГОСТ 103-2006
|
|
Сортовой и фасонный прокат
|
ГОСТ 1051-73, ГОСТ 4543-71, ГОСТ
7417-75, ГОСТ
8559-75, ГОСТ
8560-78, ГОСТ
14955-77, ТУ 14-1-2118-77, ТУ 14-136-367-2008, ТУ 14-1-1271-75, ТУ 14-11-245-88, ТУ 3-173-83, ТУ 14-1-1433-75, ТУ 14-1-1732-76, ТУ 14-1-1885-85, ТУ 1-83-77-90
|
|
Классификация, номенклатура и
общие нормы
|
ОСТ 1 90005-91, ГОСТ 4543-71
|
|
Болванки. Заготовки. Слябы
|
ОСТ 3-1686-90, ТУ 14-1-4944-90
|
Химический состав в % материала 20Х2Н4А.
|
Химический элемент
|
По ГОСТ 4543-71, в %
|
По ТУ 14-1-1885-85, в %
|
|
Углерод (С)
|
0,16 - 0,22
|
0,16 - 0,22
|
|
Хром (Cr)
|
1,25 - 1,65
|
1,25 - 1,65
|
|
Никель (Ni)
|
3,25 - 3,65
|
3,25 - 3,65
|
|
Марганец (Mn)
|
0,30 - 0,60
|
0,30 - 0,60
|
|
Кремний (Si)
|
0,17 - 0,37
|
0,17 - 0,37
|
|
Медь (Cu), не более
|
0,30
|
0,25
|
|
Молибден (Mo)
|
0,15
|
-
|
|
Фосфор (P), не более
|
0,025
|
0,025
|
|
Сера (S), не более
|
0,025
|
0,015
|
|
Вольфран (W), не более
|
0,20
|
-
|
|
Ванадий (V), не более
|
0,05
|
|
|
Титан (Ti), не более
|
0,03
|
|
|
Железо (Fe)
|
основа
|
основа
|
По ГОСТ 4543-71 регламентировано содержание в особовысококачественной стали: P≤0,025%; S≤0,015%; Сu≤0,25%.
По ТУ 14-1-1885-85 химический состав приведен для стали марки 20X2H4A-ВД. Для обеспечения требуемой величины зерна разрешается при выплавке стали вводить ванадий из расчета содержания его в стали не более 0,10 %, содержание которого в стали не определяется. Наличие вольфрама до 0,20 %, молибдена до 0,15 %, титана до 0,030 % не является браковочным признаком. Допустимое отклонение по содержанию марганца в стали ±0,010 %.
|
Краткая характеристика.
Цементацией (науглероживанием) называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в науглероживающей среде (карбюризаторе). Окончательные свойства цементированных изделий приобретают после закалки и низкого отпуска. Назначение цементации и последующей термической обработки - придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе при сохранении вязкой сердцевины.
Цементация широко применяется для упрочнения среднеразмерных зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, отдельных деталей рулевого управления, валов быстроходных станков, шпинделей и многих других деталей машин. На цементацию детали поступают после механической обработки с припуском на грубое и окончательное шлифование
0,05-0,010 мм. Во многих случаях цементации подвергается только часть детали, тогда участки, не подлежащие упрочнению, покрывают тонким слоем малопористой меди (0,02-0,04 мм), которую наносят электролитическим способом, или изолируют специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле. Для обеспечения стабильности и качества рекомендуют детали перед цементацией подвергнуть промывке в 3 -
5% содовом растворе.
Цементируемые хромоникелевые стали(12ХН3А,20ХН3А,
20Х2Н4А), хромомарганцетитановые (18ХГТ,
25ХГТ),
хромоникельмолибденовые (18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА). применяют для деталей средних и больших размеров, работающих на износ при высоких нагрузках (зубчатые колёса, поршневые пальцы, оси, ролики и др.).Хромоникелевые стали мало чувствительны к перегреву, хорошо прокаливаются, но их применяют ограниченно из-за дефицитности никеля. Поэтому во всех случаях, когда нет крайней необходимости, хромоникелевые стали заменяют сталями без никеля. Для изготовления деталей, крупногабаритных подшипников (диаметром более 400 мм.), работающих в тяжёлых условиях при больших ударных нагрузках, применяют цементуемую сталь 20Х2Н4А. Детали крупногабаритных подшипников (кольца, ролики), изготовляемые из стали 20Х2Н4А, подвергают цементации при температуре
930-9500С в течение
50-170 часов с получением слоя глубиной 5-10мм..
Одновременное легирование хромом и никелем повышает прочность, пластичность и вязкость сердцевины. Никель, кроме, того, повышает прочность и вязкость цементированного слоя.
Хромоникелевые стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к пересыщению поверхностных слоев углеродом. Большая устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникелевой стали.
20Х2Н4А – конструкционная легированная сталь,
малочувствительна к перегреву при длительной цементации и не склонна к пересыщению
поверхностных слоев углеродом. Большая устойчивость переохлажденного аустенита в
области перлитного превращения обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникелевой
стали. Критический диаметр при закалке в масле 25-70 мм. После цементации и закалки
в масле сердцевина детали имеет структуру низкоуглеродистого мартенсита, что обеспечивает
сочетание повышенной прочности сердцевины (σ в = 800 − 1300МПа) и вязкости.Механические свойства стали 20Х2Н4А при температуре
200С
|
Состояние поставки
|
Сечение, мм
|
σ т/σ0,2, МПа
|
σB, МПа
|
δ5, %
|
ψ, %
|
KCU, Дж/м2
|
HB
|
HRC
|
|
Закалка в масло с
860 °С + закалка в масло с 780 °С + отпуск при 180 °С, охлаждение на воздухе
или в масле
|
|
Сортовой прокат
(пруток)
|
≤15
|
≥1080
|
≥1270
|
≥9
|
|
|
|
|
|
Прутки из стали 20X2H4A
по ТУ 14-1-1885-85. Закалка в масло с 850-870 °С + Закалка в масло с 770-790
°С + Отпуск при 180 °С, охлаждение на воздухе или в масле. В графе KCU
указаны значения KCU вдоль волокна/KCU поперек волокна
|
|
|
Образец 15х15
|
≥1080
|
≥1270
|
≥9
|
≥45
|
≥784
|
363-444
|
|
|
Цементация при
900-920 °С, охлаждение на воздухе + закалка в масло с 780-810 °С + отпуск при
180-200 °С, охлаждение на воздухе
|
|
Сортовой прокат
(пруток)
|
20-50
|
≥1050
|
≥1220
|
≥12
|
≥45
|
≥1158
|
360
|
57-64
|
|
Цементация при
920-950 °С + нормализация при 900-920 °С, охлаждение на воздухе или закалка в
масло с 880-920 °С + отпуск при 630-660 °С, охлаждение на воздухе. Закалка в
масло с 780-820 °С + отпуск при 150-200 °С, охлаждение на воздухе
|
|
Прокат, поковки
|
150
|
≥830
|
≥1080
|
≥9
|
≥35
|
≥765
|
321-420
|
57-64
|
Механические свойства марки 20X2H4A в
зависимости от сечения круглого проката
|
Термообработка
|
Сечение (мм)
|
σ т/σ0,2, МПа
|
σB, МПа
|
δ5, %
|
ψ, %
|
HB
|
|
Закалка + Отпуск
|
120-160
|
≥760
|
≥880
|
≥12
|
≥50
|
≥262
|
|
15-30
|
≥820
|
≥940
|
≥12
|
≥50
|
≥277
|
|
160-200
|
≥740
|
≥860
|
≥12
|
≥50
|
≥262
|
|
200-240
|
≥720
|
≥860
|
≥12
|
≥50
|
≥255
|
|
30-50
|
≥820
|
≥940
|
≥12
|
≥50
|
≥277
|
|
50-80
|
≥820
|
≥940
|
≥12
|
≥50
|
≥269
|
|
80-120
|
≥780
|
≥900
|
≥12
|
≥50
|
≥262
|
Механические свойства стали 20Х2Н4А
в зависимости от температуры отпуска
|
Термообработка
|
t отпуска
(°C)
|
σ т/σ0,2, МПа
|
σB, МПа
|
δ5, %
|
ψ, %
|
|
Закалка в масло с
840 °С + Отпуск
|
200
|
≥1360
|
≥1500
|
≥7
|
≥56
|
|
300
|
≥1280
|
≥1400
|
≥7
|
≥60
|
|
400
|
≥1140
|
≥1300
|
≥7
|
≥63
|
|
500
|
≥970
|
≥1170
|
≥10
|
≥67
|
|
600
|
≥790
|
≥1000
|
≥11
|
≥72
|
Механические свойства стали 20Х2Н4А
при повышенных температурах
|
t испытания,°С
|
σ т/σ0,2, МПа
|
σB, МПа
|
δ5, %
|
ψ, %
|
|
Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, кованый и
отожженный. Скорость деформирования 5 мм/мин. Скорость деформации 0,002 1/с.
|
|
700
|
≥63
|
≥120
|
≥56
|
≥78
|
|
800
|
≥45
|
≥56
|
≥64
|
≥95
|
|
900
|
≥36
|
≥56
|
≥58
|
≥100
|
|
1000
|
≥22
|
≥37
|
≥63
|
≥100
|
|
1100
|
≥20
|
≥27
|
≥59
|
≥100
|
|
1150
|
≥16
|
≥26
|
≥65
|
≥100
|
|
1220
|
≥16
|
≥22
|
≥71
|
≥100
|
Технологические свойства
стали
20Х2Н4А
|
Температура ковки
|
Начала - 1200 °C,
конца - 800 °C.
Сечения до 100 мм
охлаждаются на воздухе, 101-350
мм - в яме.
|
|
Свариваемость
|
трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом, ЭШС.
Необходимы подогрев и последующая термообработка.
|
|
Обрабатываемость резанием
|
После нормализации и отпуска при НВ 259 σ В=880 МПа Kn тв.спл.=0.72 Kn б.ст.=0.63
|
|
Склонность к отпускной способности
|
малосклонна
|
|
Флокеночувствительность
|
Чувствительна.
|
|
Макроструктура и загрязненность
|
Макроструктура стали при проверке на изломах в продольном направлении
и поперечных темплетах, отобранных от готового проката, не должна иметь
усадочной раковины, рыхлости, пузырей, трещин, расслоений, шлаковых включений
и флокенов, а также дефектов излома, перечисленных в приложении 3 ГОСТ 10243.
Центральная пористость, точечная неоднородность и ликвационный квадрат не
должны превышать 1 балла; послойная кристаллизация и светлый контур - 3 балла
эталонных шкал ГОСТ 10243. Все другие дефекты, предусмотренные ГОСТ 10243, не
допускаются. Загрязненность стали неметаллическими включениями должна быть по
среднему баллу не выше (в баллах): по оксидам точечным 1,5, по оксидам
строчечным 2,0, по силикатам хрупким 1,0, по силикатам пластичным 1,0, по
силикатам недеформирующимся 2,5, по сульфидам 2,5, по нитридам строчечным и
точечным 1,0.
|
Температура критических точек стали 20Х2Н4А
|
Критическая точка
|
Ar1
|
Ac1
|
Ac3
|
|
°С
|
640
|
710
|
800
|
Ударная вязкость
стали
KCU, Дж/см2 стали 20Х2Н4А
|
Состояние поставки, термообработка
|
+20
|
-20
|
-40
|
-70
|
|
Закалка в масло с 820 °C + отпуск при 500 °C
|
1442
|
1442
|
1540
|
|
|
Образцы продольные из поковки (Закалка в
масло с 880 °C
+ закалка в масло с 780 °C
+ отпуск при 200 °C)
|
638
|
598
|
618
|
608
|
|
Образцы поперечные из поковки (Закалка в
масло с 880 °C
+ закалка в масло с 780 °C
+ отпуск при 200 °C)
|
314
|
324
|
343
|
294
|
Твердость
Твердость проката из стали 20Х2Н4А после отжига: HB=269
Предел выносливости стали 20Х2Н4А
|
Характеристики
прочности
|
σ-1, МПа
|
t-1, МПа
|
|
σB, МПа
|
σ т/σ0,2,
МПа
|
HB
|
|
1220
|
1050
|
360
|
617
|
372
|
|
730
|
610
|
238
|
333
|
230
|
|
960
|
680
|
322
|
382
|
|
|
940
|
850
|
|
421
|
|
Твердость для полос прокаливаемости HRCэ стали 20Х2Н4А по ГОСТ 4543-71 с термообработкой по режиму: нормализация при 850 °C
+ закалка в масло с 840
°C.
|
Расстояние
от торца, мм
|
3
|
5
|
10
|
15
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
|
Твёрдость
HRCэ
|
41.5-49.5
|
40.5-48.5
|
35.5-45.5
|
31-40
|
28-36.5
|
25-33
|
23.5-31
|
23-30.5
|
22.5-30.5
|
Физические свойства стали 20Х2Н4А
|
Температура
испытания,°С
|
0
|
20
|
100
|
400
|
|
Модуль
нормальной упругости, Е, ГПа
|
203
|
203
|
|
|
|
Плотность
стали, pn, кг/см3
|
7850
|
7850
|
|
|
|
Коэффициент
теплопроводности Вт/(м ·°С)
|
|
|
24
|
18
|
|
|
|
σ в
|
- Предел кратковременной прочности (временное сопротивление разрыву, предел прочности при растяжении), [МПа]
|
|
σ T
|
- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
|
|
σ0,05
|
- предел упругости, МПа
|
|
σ0,2
|
- предел текучести условный, МПа
|
|
σсж0,05 и σсж
|
- предел текучести при сжатии, МПа
|
|
ν
|
- относительный сдвиг, %
|
|
δ 5
|
- Относительное удлинение при(после) разрыве(а) , [ % ]
|
|
ψ
|
- Относительное сужение , [ % ]
|
|
KCU
|
- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами вида U, [ кДж / м2]
|
|
KCV
|
- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами V, [ кДж / м2]
|
|
HB
|
- Твердость по Бринеллю , [МПа]
|
|
HV
|
твердость по Виккерсу
|
|
HRCэ
|
- твердость по Роквеллу, шкала С
|
|
HRB
|
- твердость по Роквеллу, шкала В
|
|
HSD
|
- твердость по Шору
|
|
σtТ
|
- предел длительной прочности, МПа
|
|
G
|
- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа
|
|
ε
|
- относительная осадка при появлении первой трещины, %
|
|
J
|
- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
|
|
σизг
|
- предел прочности при изгибе, МПа
|
|
σ-1
|
- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
|
|
σ
|
- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
|
|
n
|
- количество циклов нагружения
|
|
|
|
T
|
- Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
|
|
E
|
- Модуль упругости первого рода , [МПа]
|
|
ά
|
- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
|
|
l
|
- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
|
|
p
|
- Плотность материала , [кг/м3]
|
|
C
|
- Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
|
|
R
|
- Удельное электросопротивление, [Ом·м]
|
|
Свариваемость :
|
|
без ограничений
|
- сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
|
|
ограниченно свариваемая
|
- сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
|
|
трудносвариваемая
|
- для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг
|
Купить сталь 20Х2Н4А. Конструкционная высококачественная хромоникелевая
легированная сталь со средним содержанием углерода 0,20%, хрома 1,5% , никеля 3,4%,
марганца 0,4; и кремния 0,25%.Труба Уголок Швеллер Полоса Круг Шестигранник Арматура Квадрат Балка Лист
Нормативная документация
ГОСТ 103-2006. Прокат
сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. Сталь 20Х2Н4А.
ГОСТ 1051-73. Прокат
калиброванный. Общие технические условия. Сталь 20Х2Н4А.
ГОСТ 1133-71. Сталь
кованая круглая и квадратная. Сортамент. Сталь 20Х2Н4А.
ГОСТ 2590-2006. Прокат
сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. Сталь 20Х2Н4А.
ГОСТ 2591-2006. Прокат
сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. Сталь 20Х2Н4А.
ГОСТ 2879-2006. Прокат
сортовой стальной горячекатаный шестигранный. Сортамент. Сталь 20Х2Н4А.
ГОСТ 4543-71. Прокат из
легированной конструкционной стали. Технические условия. Сталь 20Х2Н4А.
ГОСТ 7417-75. Сталь
калиброванная круглая. Сортамент. Сталь 20Х2Н4А.
ГОСТ 8319.0-75. Профили
стальные горячекатаные периодические продольной прокатки. Технические условия. Сталь
20Х2Н4А.
ГОСТ 8559-75. Сталь
калиброванная квадратная. Сортамент. Сталь 20Х2Н4А.
ГОСТ 8560-78. Прокат
калиброванный шестигранный. Сортамент. Сталь 20Х2Н4А.
ГОСТ 14955-77. Сталь
качественная круглая со специальной отделкой поверхности. Технические условия.
Сталь 20Х2Н4А.
ТУ 14-1-1433-75. Прутки из стали
марки 20Х2Н4А-Ш электрошлакового переплава. Технические условия.
ТУ 14-1-1271-75. Профили
стальные фасонные высокой точности. Технические условия. Сталь 20Х2Н4А.
ТУ 14-1-1732-76. Прутки из
стали. Марка 20Х2Н4А. Технические условия.
ТУ 14-1-1885-85. Прутки
горячекатаные, кованые и калиброванные из конструкционной легированной стали
вакуумно-дугового переплава. Технические условия.
ТУ 14-1-2118-77. Прокат
горячекатаный сортовой в профилях размером 250 мм и более из
конструкционной углеродистой и легированной стали. Технические условия. Сталь
20Х2Н4А.
ТУ 14-1-4944-90. Заготовка
непрерывнолитая квадратная для труб и сортового проката. Технические условия. Сталь
20X2H4A.
ТУ 14-11-245-88. Профили
стальные фасонные высокой точности. Технические условия. Сталь 20Х2Н4А.
ТУ 14-136-367-2008. Прокат
сортовой горячекатаный обточеный круглого сечения размером более 200мм.
Технические условия. Сталь 20X2H4A.
ТУ 1-83-77-90. Кольца цельнонакатные
из стали марок 20X2H4A, ШХ15СГ,
ШХ20СГ, 20X2H4A-Ш.
Технические условия.
ТУ 3-173-83. Сталь
горячекатаная марки 20Х2Н4А. Технические условия.
ОСТ 1 90005-91. Стали и
сплавы. Показатели временного сопротивления и твердости готовых деталей.
Глубина слоя при химико-термической обработке цементуемых, нитроцементуемых,
азотируемых сталей. Сталь 20X2H4A.
ОСТ 3-1686-90. Заготовки из
конструкционной стали для машиностроения. Общие технические условия. Сталь 20Х2Н4А.
Дополнительная информация.
Соответствие советских и
российских марок стали.
Международные аналоги сталей
Таблица соответствия HB -
HRC.
Инструментальные материалы.
Влияние основных легирующих
элементов на свойства стали.
|
