20Х13 твердость после закалки

Марка стали – 20Х13

Стандарт – ГОСТ 5632

Сталь 20Х13 содержит углерода в среднем 0,2%, Х13 – указывает содержание хрома в стали примерно 13%. Сталь легированная, коррозионно-стойкая, жаропрочная.

Нержавеющая сталь 20Х13 применяется для деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам, изделий, подвергающихся действию слабоагрессивных сред (атмосферных осадков, водных растворов солей органических кислот при комнатной температуре). Наибольшая коррозионно-стойкость достигается после термической обработки (закалка с отпуском) и полировки.

Из нержавеющей стали 20Х13 изготовляют лопатки паровых турбин, клапаны гидравлических прессов, тарелки и седла клапанов, поршневые кольца, болты, трубы, предметы домашнего обихода и другие детали, работающие при температуре до 450-500°С.

Массовая доля основных химических элементов, %
C – углерода Si – кремния Mn – марганца Cr – хрома
0,16-0,25 Не более 0,80 Не более 0,80 12,00-14,00
Температура критических точек, °С
Ac1 Ac3 Ar1 Ar3
810 900 710 660
Технологические свойства
Ковка Температура ковки, °С: начала 1250, конца 850. Сечения до 150 мм охлаждаются на воздухе.
Свариваемость Ограниченно свариваемая.
Способы сварки: ручная дуговая сварка, аргонодуговая сварка, контактная сварка. Подогрев и термообработка применяются в зависимости от метода сварки, вида и назначения конструкции.
Обрабатываемость резанием В закаленном и опущенном состоянии при HB 241 и σв = 730 МПа:
Kv твердый сплав = 0,70
Kv быстрорежущая сталь = 0,45
Флокеночувств. Не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости Склонна
Физические свойства Температура испытаний, °С
20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Модуль нормальной упругости E, ГПа 218 214 208 200 189 181 169
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа 86 84 80 78 73 69 63
Плотность ρn, кг/м 3 7670 7660 7630 7600 7570 7540 7510 7480 7450
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м*К) 26 26 26 26 27 26 26 27 28
Удельное электросопротивление ρ, нОм*м 588 653 730 800 884 952 1022 1102
20-100 20-200 20-300 20-400 20-500 20-600 20-700 20-800 20-900 20-1000
Коэффициент линейного расширения α*10 6 , K -1 10,2 11,2 11,5 11,9 12,2 12,8 12,8 13,0
Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К)

Отверстия под резьбу

Таблица сверл для отверстий под нарезание трубной цилиндрической резьбы.

Размеры гаек под ключ

Основные размеры под ключ для шестигранных головок болтов и шестигранных гаек.

G и M коды

Примеры, описание и расшифровка Ж и М кодов для создания управляющих программ на фрезерных и токарных станках с ЧПУ.

Типы резьб

Типы и характеристики метрической, трубной, упорной, трапецеидальной и круглой резьбы.

Масштабы чертежей

Стандартные масштабы изображений деталей на машиностроительных и строительных чертежах.

Режимы резания

Онлайн калькулятор для расчета режимов резания при точении.

Отверстия под резьбу

Таблица сверл и отверстий для нарезания метрической резьбы c крупным (основным) шагом.

Станки с ЧПУ

Классификация станков с ЧПУ, станки с ЧПУ по металлу для точения, фрезерования, сверления, расточки, нарезания резьбы, развёртывания, зенкерования.

Режимы резания

Онлайн калькулятор для расчета режимов резания при фрезеровании.

Форматы чертежей

Таблица размеров сторон основных и дополнительных форматов листов чертежей.

CAD/CAM/CAE системы

Системы автоматизированного проектирования САПР, 3D программы для проектирования, моделирования и создания 3d моделей.

Чтение чертежей

Техническое черчение, правила выполнения чертежей деталей и сборочных чертежей.

Назначение (применение) стали марки 20Х13 (2Х13)

Клапаны гидравлических прессов, лопатки паровых турбин, тарелки и седла клапанов, поршневые кольца и другие детали, подвергающиеся ударным нагрузкам и работающие при температуре до 450-500°С; изделия, подвергающиеся воздействию слабоагрессивных сред.

Сталь данной марки может выплавляться с применением ЭШП и ВДП.

Вид поставки (металлопрокат)

Сортовой прокат – ГОСТ 5949-75
Поковки – ГОСТ 25054-81
Прутки – ГОСТ 18968-73, ГОСТ 18907-73, ГОСТ 19442-74
Лист тонкий
– ГОСТ 5582-75
Лист толстый
– ГОСТ 7350-77
Проволока – ГОСТ 18143-72
Лента – ГОСТ 4986-79
Химический состав стали 20Х13 (2Х13) , %, по ГОСТ 5632-72
C Si Mn S P Cr
0,16-0,25 ≤0,8 ≤0,8 ≤0,025 ≤0,030 12,0-14,0
Температура критических точек
Ас1 Ас3 Ar1 Ar3
810 900 710 660
Механические свойства при комнатной температуре
ГОСТ Режим термообработки Сечение,
мм
σ 0,2
Н/мм 2
σ в
Н/мм 2
δ ,
%
Ψ , % KCU,
Дж/см 2
HB
Операция t, ºC Охлаждаю-
щая среда
не менее
4986-79 Отжиг или отпуск 740-800 0,05-0,2 490 8
0,2-2,0 16
5582-75 Отжиг или отпуск 740-800 0,7-3,9 490 20
5949-75 Закалка
Отпуск
1000-1050
660-770
Воздух или масло
Воздух, масло или вода
≤60 440 650 16 55 78 126-197
Закалка
Отпуск
1000-1050
600-700
Воздух или масло
Воздух или масло
≤60 635 830 10 50 59
7350-77 Закалка или нормализация
Отпуск
1000-1050
680-780
Воздух
Воздух или печь
4-50 375 510 20
18143-72 В состоянии поставки:
термообработанная
1 класс
2 класс
Ø 1,0-6,0 540-780 20
16
нагартованная 980-1320
18907-73 Термообработанные 1,0-30,0 510-780 14 126-197
18968-73 Нормализация или закалка
Отпуск
1000-1050
660-770
Воздух или масло
Воздух
≤60 490-655 670 18 50 69 207-241
19442-74 Закалка
Отпуск
1000-1050
660-770
Воздух или масло
Воздух
≤60 617-784 18 207-241
25054-81 Закалка
Отпуск
1000-1050
660-770
Воздух или масло
Воздух
≤200
201-500
501-1000
441 647 16
15
14
50
45
40
64
49
39
197-248
Читайте также:  Полимочевинная смазка для высокоскоростных подшипников
Коррозионная стойкость
Вид коррозии Среда t, ºC Длительность, ч. Балл стойкости
Общая Вода деминерализованная 300 3000 1
Точечная Вода Атлантического океана 13000 3
Коррозионное растрескивание Вода, насыщенная воздухом,
напряжение 275 Н/мм 2
150 Разрушение через
335-1345 ч.
Разрушение через
335-1345 ч.
Межкристаллитная
Коэффициент чувствительности к надрезу за 10 4 ч. Жаростойкость
1,0 Среда t°С Скорость коррозии,
мм/год
База испытаний, ч.
Чувствительность к охрупчиванию при старении Окалиностойкая до 700°С.
Время, ч. t,°С KCU, Дж/см 2
Исходное состояние 78
10000 550 108
1000 600 147
Технологические характеристики стали 20Х13 (2Х13)

Ограниченно свариваемая.
Способы сварки: РД, РАД и КТ.
Подогрев и термообработка применяются
в зависимости от метода сварки, вида и
назначения конструкции.

В закаленном и отпущенном состоянии
при 241 HB и σв = 640 Н/мм2.
Kv=0,7 (твердый сплав)
Kv=0,45 (быстрорежущая сталь)

Владельцы патента RU 2591901:

Изобретение относится к области термической обработке и может быть использовано при обработке заготовок высоконагруженных конструкций из стали 20Х13 и 30Х13 с заданными одновременно механическими и магнитными свойствами, в частности, при производстве короткозамкнутых роторов дисковой формы для торцевых гистерезисных двигателей высокооборотных центробежных устройств. Для обеспечения в стали предела текучести не менее 120 кгс/мм 2 , коэрцитивной силы в диапазоне от 3400 до 4400 А/м, твердости в диапазоне от 45 до 50 единиц HRC заготовку из стали 20Х13 или 30Х13 подвергают термической обработке путем закалки с температуры от 1000 до 1050°C в масле до комнатной температуры и двухступенчатого отпуска, при этом первый отпуск проводят при температуре от 350 до 450°С с охлаждением на воздухе до комнатной температуры, а второй отпуск при температуре от 480 до 520°C с охлаждением на воздухе до комнатной температуры. 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии железа, в частности к изменению физических свойств нержавеющей хромистой стали путем термообработки. Изобретение может быть использовано при обработке заготовок высоконагруженных конструкций из стали с заданными одновременно механическими и магнитными свойствами, в частности при производстве короткозамкнутых роторов дисковой формы для торцевых гистерезисных двигателей высокооборотных центробежных устройств.

Изобретение направлено на решение прикладной задачи создания конструкционного материала с высокими механическими свойствами в сочетании с заданными магнитными гистерезисными характеристиками, с приемлемой для механической обработки твердостью и относительно низкой стоимостью сырья.

Техническим результатом изобретения является конструкционный материал, характеризуемый сочетанием величины предела текучести не менее 120 кгс/мм 2 , коэрцитивной силы в диапазоне от 3400 до 4400 А/м, твердости в диапазоне от 45 до 50 единиц HRC. В качестве исходного доступного и относительно дешевого сырья в изобретении используется нержавеющая хромистая сталь типа 30X13.

Хромистые нержавеющие стали типа 20X13, 30X13 относятся к мартенситному классу сталей [1], т.е. в закаленном состоянии они имеют структуру мартенсита. Это обеспечивает сталям при закалке высокие прочностные свойства при низкой пластичности. Наличие в стали довольно большого содержания хрома, имеющего большое сродство к углероду, приводит к необходимости поднимать (в сравнении с углеродистыми сталями) температуру и увеличивать время нагрева под закалку, чтобы растворить хромсодержащие карбиды и перевести хром в твердый раствор. Присутствие хрома в аустените стабилизирует его [2], что дает возможность проводить закалку не только в масле, но и на воздухе.

В таблице 1 приведены данные по влиянию температуры закалки на механические свойства стали 30X13 [1]. Видно, что прочностные свойства имеют тенденцию к росту с увеличением температуры закалки, влияния типа охлаждающей среды (масло или воздух), т.е. скорости охлаждения практически не прослеживается.

Более сложные процессы происходят при отпуске сталей типа 20X13, 30X13. Взаимодействие хрома и углерода в содержащей хром стали приводит к повышенной устойчивости стали при отпуске. Физико-механические свойства стали 30X13 меняются в зависимости от температуры отпуска после закалки при 1050°С [2]. Особенностью является практически полное отсутствие изменений свойств примерно до 500°С и затем резкое их уменьшение при температуре более 500°С.

Такая особенность выбранной сырьевой стали создает серьезные трудности при промышленном производстве, поскольку даже незначительные колебания технологических параметров (например, температуры печи) в сочетании с допустимыми колебаниями состава в пределах одной марки (для стали 30X13 содержание углерода колеблется в диапазоне 0,26-0,35% [4]) будут приводить к значительным изменениям контролируемых параметров – механических и магнитных свойств итогового конструкционного материала.

Из существующего уровня науки и техники известно несколько способов термообработки нержавеющих хромистых сталей, принятых за аналоги изобретения.

Известен способ термической обработки пружинных сталей мартенситного класса, например 30X13 (3X13) ГОСТ 5632-72, включающий закалку при 950-1050°С и последующий отпуск при 400°С [1]. Этот способ не позволяет достигнуть заданного сочетания механических и магнитных характеристик из-за повышенного содержания остаточного аустенита.

При температуре закалки 900-940°С снижается растворимость в аустените карбидов, а при мартенситном превращении уменьшается содержание остаточного аустенита, что исключает при отпуске в интервале 350-390°С образование вторичного неотпущенного мартенсита.

При закалке ниже 900°С в структуре пружинных сталей сохраняется остаточный феррит (признак недогрева при закалке), снижающий ее упругие свойства.

При повышении температуры закалки свыше 940°С происходит рост зерна, а за счет увеличения растворимости хрома в аустените происходит увеличение его устойчивости. Мартенситное превращение идет неполное, что способствует появлению остаточного аустенита. Наличие остаточного аустенита и превращение его в мартенсит под воздействием упругих напряжений приводит к локальным зонам понижения микропластичности, которые являются концентраторами разрушения в структуре стали, что способствует снижению ударной вязкости и релаксационной стойкости.

При температуре отпуска 350-390°С происходит распад остаточного аустенита с уменьшением количества зон пониженной микропластичности, что способствует повышению релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей. Режим отпуска пружинных сталей после закалки обеспечивает не только создание определенной структуры продуктов превращения мартенсита, но и распад остаточного аустенита и выделение дисперсных карбидов.

При отпуске ниже 350°С происходит снятие структурных напряжений и перераспределение дислокаций, но сохраняется остаточный аустенит, что не способствует повышению релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей.

При отпуске выше 390°С происходит изменение субструктуры мартенсита, дислокационной структуры, а дополнительный распад остаточного аустенита сопровождается грубым выделением карбидов по границам зерен, что приводит к снижению ударной вязкости, что также не способствует повышению релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей.

Известен способ термической обработки пружинной стали, например 30X13, включающий закалку при температуре 1000-1050°С и отпуск при температуре 500°С [4].

Известен также способ термической обработки изделий из пружинных сталей мартенситного класса, включающий закалку и последующий отпуск, отличающийся тем, что закалку проводят при температуре 900-940°С и отпуск при температуре 350-390°С, выдерживают в течение одного часа и охлаждают на воздухе [5].

Экспериментально проверено, что указанные выше способы также не позволяют достигнуть заданного сочетания механических и магнитных свойств стали.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ термической обработки деформируемой коррозионно-стойкой стали 14Х17Н2, включающий нагрев под закалку, охлаждение в масле, двукратный отпуск с охлаждением в воде после каждого отпуска, отличающийся тем, что нагрев под закалку осуществляют при температуре 1040-1050°С, а нагрев при первом отпуске – при температуре 600-610°С [6]. Термическая обработка стали по этому прототипу приводит к повышению пластических характеристик и ударной вязкости, которые наиболее важны для высоко нагруженных деталей, что достигается выбором узкого диапазона температур при закалке и первом отпуске. В структуре металла после охлаждения от температуры закалки до комнатной образуется мартенсит и сохраняется некоторое количество мягких структурных составляющих феррита. Проведение первого отпуска при указанной температуре приводит к распаду мартенсита на ферритно-карбидную смесь, обеспечивая стабильное состояние отпущенной мартенситной составляющей. Однако экспериментально проверено, что термическая обработка нержавеющих хромистых сталей типа 20X13, 30X13 по этому прототипу не позволяет достигнуть заданного сочетания механических и магнитных свойств стали.

Технический результат по предлагаемому заявителем изобретению достигается путем термообработки нержавеющей хромистой стали: закалка при температуре от 1000 до 1050°С с охлаждением в масле до комнатной температуры и двухступенчатый отпуск заготовок, первый отпуск при температуре от 350 до 450°С, с последующим остыванием на воздухе до комнатной температуры, второй отпуск при температуре от 480 до 520°С с последующим остыванием на воздухе до комнатной температуры. Указанный режим термообработки был выбран в результате анализа следующих экспериментальных данных.

В таблице 2 приведены измеренные заявителем средние значения магнитных и механических свойств стали 30X13, полученные после термообработки заготовок при температуре закаливания 1020°С.

Как следует из таблицы 2, общий характер изменения свойств стали 30X13 с температурой отпуска, указанной в [1], полностью подтверждается. Примерно до 500°С свойства практически не изменяются, а в достаточно узком диапазоне температур от 500 до 700°С происходит резкое ухудшение свойств. Кроме того, возникают дополнительные сложности, связанные с тем, что практически невозможно подобрать такую температуру отпуска, которая могла бы одновременно обеспечить достижение требуемого сочетания значений для всех трех заданных параметров – предела текучести, коэрцитивной силы и твердости. Так, для достижения заданного уровня предела текучести необходимо провести отпуск при температуре примерно 400°С, но при этом коэрцитивная сила и твердость будут слишком высокими, и наоборот, при температуре 500-550°С, оптимальной для получения нужной величины коэрцитивной силы, предел текучести будет на уровне 105-110 кгс/мм 2 , а твердость слишком высока – выше 50 HRC.

Решением поставленной задачи является применение двухступенчатого отпуска: на первой ступени – низкотемпературный отпуск, на второй – отпуск при более высокой температуре. При таком сочетании можно ожидать достаточно высокого уровня прочностных свойств при сравнительно невысоком значении коэрцитивной силы.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с аналогами и прототипом, отличаясь от них такими существенными признаками, как закаливание заготовки при температуре от 1000 до 1050°C с последующим охлаждением в масле до комнатной температуры и двухступенчатый отпуск заготовки, первый отпуск при температуре от 350 до 450°C с последующим охлаждением до комнатной температуры на воздухе, второй отпуск при температуре от 480 до 520°C с последующим охлаждением до комнатной температуры на воздухе, обеспечивающими в совокупности достижение заданного сочетания механических и магнитных свойств стали.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие совокупностью указанных отличительных признаков, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый способ может найти широкое применение в технологии обработки нержавеющих хромистых сталей, в частности для производства короткозамкнутых роторов дисковой формы для торцевых гистерезисных двигателей высокооборотных центробежных устройств, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Заявляемый способ термообработки нержавеющей хромистой стали заключается в следующем.

Для закаливания заготовку помещают в печь, предварительно нагретую до температуры от 1000 до 1050°С, выдерживают заготовку в печи до достижения стационарной температуры, вынимают из печи, помещают в масло с комнатной температурой, охлаждают до комнатной температуры. Для первого отпуска закаленную заготовку помещают в печь, предварительно нагретую до температуры от 350 до 450°С, выдерживают заготовку в печи до достижения стационарной температуры, вынимают из печи, охлаждают до комнатной температуры на воздухе. Для второго отпуска закаленную и отпущенную один раз заготовку помещают в печь, предварительно нагретую до температуры от 480 до 520°С, выдерживают заготовку в печи до достижения стационарной температуры, вынимают из печи, охлаждают до комнатной температуры на воздухе.

Заявляемый способ термообработки нержавеющей хромистой стали осуществляется следующим образом, указанным в примере.

Брали восемь заготовок из нержавеющей хромистой стали в виде диска ⌀100 мм с центральным отверстием ⌀13 мм и толщиной 1,8 мм. Металл заготовок проанализировали на содержание углерода, по результатам которого установили, что содержание углерода (0.32-0.33%) соответствует составу стали 30X13.

В соответствии с предлагаемым способом поместили заготовки в печь, предварительно нагретую до температуры 1020°С, выдержали заготовку в печи до достижения стационарной температуры, вынули из печи, поместили в масло с комнатной температурой, охладили до комнатной температуры. Для первого отпуска закаленную заготовку поместили в печь, предварительно нагретую до температуры 400°С, выдержали заготовку в печи до достижения стационарной температуры, вынули из печи, охладили до комнатной температуры на воздухе. Для второго отпуска закаленную и отпущенную один раз заготовку поместили в печь, предварительно нагретую до температуры 500°С, выдержали заготовку в печи до достижения стационарной температуры, вынули из печи, охладили до комнатной температуры на воздухе.

Механические свойства материала термообработанных заготовок определяли по ГОСТ 1497-84 на 4 плоских образцах длиной 80 мм и шириной 5 мм, вырезанных из каждой заготовки. В качестве испытательного оборудования использовали универсальную разрывную машину UTS-100. Образцы по 25 мм с каждой стороны зажимали в захватах разрывной машины, измерение удлинения образцов проводили контактным оптическим экстензометром на базе 20 мм.

Коэрцитивную силу измеряли на установке контроля магнитных характеристик приводных дисков УКМХ-1 на базе структуроскопа магнитного СМ-401.2. Для исключения разброса измеренных величин, обусловленных влиянием анизотропии материала, коэрцитивную силу определяли усреднением измерений в четырех точках за счет поворота диска вокруг оси на 45° относительно полюсов намагничивающей системы. Твердость по шкале HRC определяли по ГОСТ 22975-78 на твердомере Mitutoyo WiZhard HR-522 в восьми точках по всей торцевой поверхности заготовок. Измеренные значения усредняли.

Измеренные значения механических и магнитных свойств приведены в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что применение двухступенчатого отпуска оказалось вполне эффективным для заготовок из стали 30 XI3, получено заданное сочетание механических и магнитных характеристик для всех восьми заготовок (предел текучести не менее 120 кгс/мм 2 , коэрцитивная сила в диапазоне от 3400 до 4400 А/м, твердости в диапазоне от 45 до 50 единиц HRC).

1. А.Г. Рахштадт. Пружинные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1971.

2. Э. Гудремон. Специальные стали, т. 1, ГНТИЛ, 1959.

3. ГОСТ 5672-71. Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаропрочные и жаростойкие. Марки.

4. С.А. Филинов, И.В. Фиргер. Справочник термиста. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1975.

5. Способ термической обработки изделий из пружинных сталей мартенситного класса. Патент RU 2244757.

6. Способ термической обработки деформируемой коррозионно-стойкой стали 14Х17Н2. Патент RU 2508410.

Способ термической обработки заготовок из нержавеющей хромистой стали, включающий нагрев под закалку, последующее охлаждение в масле до комнатной температуры, двухступенчатый отпуск с нагревом заготовки и последующим охлаждением до комнатной температуры, отличающийся тем, что нагрев под закалку осуществляют до температуры 1000-1050°С, первый отпуск проводят при температуре 350-450°С и охлаждением на воздухе, второй отпуск проводят при температуре 480-520°С и охлаждением на воздухе.

Изобретение относится к области термической обработке и может быть использовано при обработке заготовок высоконагруженных конструкций из стали 20Х13 и 30Х13 с заданными одновременно механическими и магнитными свойствами, в частности, при производстве короткозамкнутых роторов дисковой формы для торцевых гистерезисных двигателей высокооборотных центробежных устройств. Для обеспечения в стали предела текучести не менее 120 кгсмм2, коэрцитивной силы в диапазоне от 3400 до 4400 Ам, твердости в диапазоне от 45 до 50 единиц HRC заготовку из стали 20Х13 или 30Х13 подвергают термической обработке путем закалки с температуры от 1000 до 1050°C в масле до комнатной температуры и двухступенчатого отпуска, при этом первый отпуск проводят при температуре от 350 до 450°С с охлаждением на воздухе до комнатной температуры, а второй отпуск при температуре от 480 до 520°C с охлаждением на воздухе до комнатной температуры. 3 табл.

Свариваемость Температурные параметры ковки, °С Обрабатываемость резанием
1100-750
Читайте также:  Чем обработать ручку топора

Оцените статью
Adblock detector