Сталь 12ХН3А конструкционная легированная хромо-никелевая

Автор: | 06.02.2020
Содержание:

Заменители

  • 12ХН2,
  • 20ХНЗА,
  • 25ХГТ,
  • 12Х2Н4А,
  • 20ХНР

Иностранные аналоги

Германия DIN 14NiCr10
Евронормы (EN) 1.5732
США (SAE) 9317
Великобртания (BS) En36
Япония SNC815H

Расшифровка

Согласно ГОСТ 4543-2016 цифра 12 перед буквенным обозначением указывает среднюю массовую долю углерода (C) в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 12ХН3А составляет 0,12%.
Буква Х означает, что сталь легирована хромом, отсутствие цифры за буквой означает, что содержание хрома до 1,5%.
Буква Н означает, что сталь легирована никелем, цифра 3 указывает примерную массовую долю никеля в целых единицах, т.е. содержание никеля в стали 12ХН3А примерно 3%.
Буква А означает, что сталь высококачественная, т.е. с повышенными требованиями к химическому составу и макроструктуре стали по сравнению с качественной сталью.




к содержанию ↑

Вид поставки

  • Cортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 10702-78.
  • Калиброванный пругок ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73, ГОСТ 10702-78.
  • Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76.
  • Поковка и кованая заготовка ГОСТ 1133-71. Труба ГОСТ 21729-76, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 9567-75.

Характеристики

Сталь 12ХНЗА является конструкционной легированной (хромо-никелевой) цементуемой сталью и предназначена для изготовления деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок или при отрицательных температурах, например:

  • шестерни,
  • валы,
  • цапфы,
  • шарниры,
  • червяки,
  • кулачковые муфты,
  • поршневые пальцы,
  • цементуемые детали,
  • детали автомашин и самолетов

Сталь 12ХН3А сочетает в себе высокую прочность с хорошей пластичностью и имеет хорошую ударную вязкость при низких температурах.

Сталь этой марки относится к лучшим образцам конструкционной стали. Сочетание никеля и хрома обеспечивают этой стали характеристики позволяющие изготавливать из нее ответственные детали.

Так как никель целиком растворяется в твердом растворе, он способствует более значительному увеличению твердости и прочности феррита, чем хром. При одновременном присутствии в стали никеля и хрома достигается хорошее сочетание механических свойства (прочности и вязкости), а также большая прокаливаемость.

к содержанию ↑

Применения стали 12ХН3А для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок)(ГОСТ 33260-2015)

Материал НД на поставку Температура
рабочей среды
(стенки), °С
Дополнительные
указания по
применению
12ХН3А
ГОСТ 4543
Сортовой прокат
ГОСТ 4543
От -70 до 180 Для деталей
узла затвора
(пята, подпятник).
Используется с
цементированием
к содержанию ↑

Рекомендации по выбору и применению стали 12ХН3А для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур

Марка
стали
Закалка + отпуск
при температуре, °С
Примерный
уровень
прочности,
Н/мм2
(кгс/мм2)
Температура
применения
не ниже, °С
Использование
в толщине
не более, мм
12ХН3А 200 1000 (100) -80 40
к содержанию ↑

Температура критических точек, °С

Ac1 Ас3 Аr3 Аr1 Mн
715 773 726 659 380

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

C Mn Si Cr Ni Р S Cu
не более
0,09-0,16 0,30-0,60 0,17-0,37 0,60-0,90 2,75-3,15 0,025 0,025 0,30

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали Массовая доля элементов, %
C Si Mn Cr Ni Mo Al Ti V B
0,09-0,16 0,17-0,37 0,30-0,60 0,60-0,90 2,75-3,15

ПРИМЕЧАНИЯ:

  1. В стали всех марок, за исключением легированных вольфрамом, молибденом, ванадием и титаном, допускается массовая доля остаточных элементов, не более: вольфрама — 0,20 %, молибдена — 0,11 %, ванадия — 0,05 % и остаточного или преднамеренно введенного титана (за исключением стали марок, перечисленных в примечании 1 настоящей таблицы) — не более 0,03 %.
  2. Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 ГОСТ 4543-2016.




к содержанию ↑

Твердость по Бринеллю (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали Твердость НВ,
не более
12ХНЗА 217

ПРИМЕЧАНИЕ:
Твердость по Бринеллю указана для металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), для диаметров или толщин свыше 5 мм.

Термическая обработка

ВНИМАНИЕ!!! Описание термообработки и цементации для стали 12ХН3А дано на основе описания термообработки для чехославацкой стали-аналога 16420. В тексте ниже сталь 16420 заменена на сталь 12ХН3А (Источник «Цементация стали» Корецкий Я., 1962 г.)

При отжиге для смягчения сталь 12ХН3А нагревают до 610-630°С в течение 4 час., после чего следует медленное охлаждение в печи. Нормализацию производят при температуре 830-870°С с постепенным охлаждением иа воздухе.

Сталь цементуют:

  • в твердом карбюризаторе при 860-880°С,
  • в соли и газах при 900-920°С.

Науглероживание происходит достаточно плавно; в соответствующей среде и при указанной температуре цементации сталь 12ХН3А не склонна к образованию цементита. Кроме того, она не образует большого количества остаточного аустенита при соответствующей толщине слоя. Сталь не рекомендуется закаливать непосредственно с температуры цементации: достаточной является
после постепенного охлаждения одинарная закалка при температуре 790-810°С в масле. Двойная закалка для этой стали не приносит пользы, а ведет, наоборот, к большой деформации. В воде закаливают только большие по размеру детали без надрезов и выступов. Сталь 12ХН3А получает после цементации на поверхности надежную твердость 60-62 HRC.

Благодаря высокому содержанию легирующих примесей сталь 12ХН3А удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ее высоким механическим свойствам. В этом случае закалку производят при 810-850° С в масле, а отпуск при 500-650°С, что обеспечивает получение прочности 75-85 кг/мм2.

Поскольку аналогом-заменителем стали 12ХН3А является сталь 12ХН2, то ниже приведено описание процесса цементации для стали 12ХН2.
Цементация стали 12ХН2 производится при 900-920°С с последующей закалкой в масле с температуры 790-810°С и отпуском при 170-180°С.

к содержанию ↑

Влияние хрома (Cr) и никеля (Ni) на цементацию стали 12ХН3А

Хром в цементуемых сталях способствует насыщению слоя углеродом. Он препятствует образованию остаточного аустенита, вследствие чего цементованный слой в хромистых сталях имеет надежную твердость.
Сердцевина хромистых сталей обладает хорошими твердостью и ударной вязкостью. Хром улучшает прокаливаемость стали и уменьшает ее склонность к возникновению мягких пятен.

Никель не оказывает существенного влияния на диффузию углерода в сталь, но снижает предел наибольшего содержания углерода в слое. Никель придает слою способность к сохранению остаточного аустенита, снижающего
твердость слоя. Оказывая благотворное влияние на прокаливаемость, никель придает сердцевине хорошую ударную вязкость при плавном повышении прочности. Он снижает температуры, необходимые для нагрева слоя и сердцевины при закалке,
и способствует тому, что при обычной закалке сталь остается мелкозернистой. Никель способствует сохранению хорошей ударной вязкости закаленных цементованных сталей, используемых при низкой температуре.

к содержанию ↑

Механические свойства (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали 12ХН3А
Режим термической обработки Закалка Температура, °С 1-й закалки
или нормализации
860
2-й закалки 760-810
Среда
охлаждения
Вода или
масло
Отпуск Температура, °С 180
Среда
охлаждения
Воздух или масло
Механические
свойства,
не менее
Предел
текучести,
σт, МПа
685
Временное
сопротивление,
σв, МПа
930
Относительное удлинение
δ5, %
11
сужение
Ψ, %
55
Ударная
вязкость
KCU, Дж/см2
88
Размер сечения
заготовок для
термической
обработки (диаметр
круга или сторона
квадрата), мм
15
к содержанию ↑

Механические свойства заготовки диаметром 70 мм в зависимости от температуры отпуска

tотп, °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см2 Твердость HB
200 1270 1370 12 60 98 400
300 1130 1270 13 68 78 380
400 1080 1200 14 68 83 375
500 930 1030 19 70 118 280
600 670 730 24 75 167 230

ПРИМЕЧАНИЕ: Закалка с 800 °С в масле.

к содержанию ↑

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см2 Твердость HRCэ поверхности
10 1080 1220 13 60 157 35
15 780 980 16 65 152 32
20 730 880 16 70 165 30
25 640 830 20 70 192 28

ПРИМЕЧАНИЕ. Ложная цементация при 910 °С, 9 ч; закалка с 810 °С в масле; отпуск при 200 °С, охл. на воздухе.

к содержанию ↑

Механические свойства образцов диаметром 28-50 мм при повышенных температурах

tисп, °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см2
20 540 670 21 75 274
200 520 630 20 74 216
300 500 630 12 70 211
400 430 530 20 75 181
500 390 410 19 86 142
550 240 260 21 82

ПРИМЕЧАНИЕ. Отжиг при 880-900 °С; закалка с 860 °С в масле; отпуск при 600 °С, 3 ч.

к содержанию ↑

Механические свойства прутка

Источник Термообработка Сечение, мм σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см2 Твердость не более
не менее
ГОСТ 4543-71 Закалка с 860 °С в воде или масле; закалка с 760-810 °С в воде или масле; отпуск при 180 °С, охл. на воздухе или в масле 15 685 930 11 55 88
Цементация при 920-950 °С; закалка с 800-820 °С масле; отпуск при 160-200 °С, охл. на воздухе 60
100
830
690
980
830
12
10
55
50
118
78
HRCэ (59-64)*1, HB 303*2
HRCэ (57-63)*1, HB 250*2

*1 Поверхность

*2 Сердцевина

к содержанию ↑

Ударная вязкость прутков сечением 10 мм, KCU

Термообработка KCU, Дж/см2 при температуре, °С
+20 -40
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 200 °С, 1 ч; HRCэ 37

Газовая цементация при 910 °С, 3 ч; закалка с 810 °С в масле; отпуск при 200 °С, 1 ч. HRCэ 58
127
103
42
14

Механические свойства при повышенных температурах

tисп, °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, %
700 70 140 41 78
800 29 89 61 97
900 27 68 58 100
1000 23 44 63 100
1100 23 43 73 100
1200 12 25 70 100
1250 10 18 67 100

ПРИМЕЧАНИЕ: Образец диаметром 10 мм и длиной 50 мм, кованый и отожженый.
Скорость деформирования 5 мм/мин; скорость деформации 0,002 1/с.

к содержанию ↑

Предел выносливости

Характеристики прочности σ-1, МПа τ-1, МПа
σ-1 = 680 МПа; σв = 960 МПа; HB 322 382
σ-1 = 610 МПа; σв = 730 МПа; HB 238 338 230
σв = 690 МПа; n = 10δ 382-461 216-255
σв = 910 МПа 441 245

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1220, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, сечения 101-300 мм — в яме.

Свариваемость — ограниченная. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом.

Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл. = 1,26 и Kv б.ст. = 0,95 в горячекатаном состоянии при НВ 183-187.

Склонность к отпускной хрупкости — склонна.

Флокеночувствительность — чувствительна.

Прокаливаемость (ГОСТ 4543-71)

Твердость HRCэ на расстоянии от торца, мм (закалка 849 °С)
1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 9,0 12 15 21,0 27,0
88,5-43 37-43 35-42 31,5-41 25-40,5 22-38,5 35 32 28,5 26,5

Полоса прокаливаемости стали 12ХНЗА после нормализации при 850 °С и закалки с 840 °С приведена на рисунке ниже.
ППолоса прокаливаемости стали 12ХНЗА после нормализации при 850С и закалки с 840С

к содержанию ↑

Критический диаметр d после закалки в различных средах

Количество мартенсита, % d, мм. после закалки
в воде в масле
50 32-65 20-50
95 18-29 10-17

Плотность ρп кг/см3 при температуре испытаний, °С

Коэффициент линейного расширения α*106, К-1

Сталь 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
12ХНЗА 7850 7830 7800 7760 7720 7680 7640
Марка стали α*106, К-1 при температуре испытаний, °С
20-100 20-200 20-300 20-400 20-500 20-600
12ХН3А 11,8 13,0 14,0 14,7 15,3 15,6

Модуль Юнга (нормальной упругости) Е, ГПа

Марка Стали При температуре испытаний, °С
20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
12ХН3А 200

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Марка Стали λ Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С
20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
12ХН3А 31 26

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К)

Марка стали c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
20-100 20-200 20-300 20-400 20-500 20-600 20-700 20-800 20-900 20-1000
12ХНЗА 528 540 565

Узнать еще

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *