Технические характеристики легированной стали ХВГ

Технические характеристики стали ХВГ позволяют использовать ее для производства режущих изделий и специальных инструментов высокой точности. Сплав отличается значительной прочностью, что в сочетании с умеренной стоимостью обеспечивает ей широкое применение в металлургической промышленности.

Состав сплава

Характеристики стали ХВГ и химический состав позволяют отнести ее к категории инструментальных легированных сплавов перлитного класса. Основными легирующими компонентами являются:

• углерод, повышающий твердость сплава, с содержанием в пределах 0,9-1,05%;
• хром, повышает стойкость к коррозии и прокаливаемость – 0,9-1,2%;
• вольфрам увеличивает износостойкость металла – 1,2-1,6%;
• кремний улучшает сопротивляемость отпускной хрупкости – 0,1-0,4%;
• марганец повышает вязкость и пластичность – 0,8-1,1%.

Среди второстепенных добавок:

• никель – не более 0,35%;
• медь и молибден – по 0,3%.

Количество вредных примесей – серы и фосфора, удерживается на минимальном уровне и не превышает 0,03%.

Расшифровка марки стали ХВГ указывает на главные добавки, определяющие основные свойства материала. Каждый из символов свидетельствует о присутствии одного из следующих элементов:

• «Х» – хрома;
• «В» – ванадия;
• «Г» – марганца.

Для улучшения механических свойств в начальный состав могут дополнительно добавить:

• от 1 до 2% марганца;
• 1-1,5% кремния;
• 1-5% вольфрама.

Часто производители уменьшают содержание углерода, чтобы добиться большей пластичности. Например, расшифровка марки стали 9ХВГ указывает на более низкую концентрацию основных легирующих элементов:

• углерода – 0,85-0,95%;
• хрома – 0,5-0,8%;
• вольфрама – 0,5-0,8%;
• кремния – до 0,35%.

Аналоги и сортамент

Инструментальная сталь ХВГ выступает в качестве базовой в группе аналогов. Заменителями ее могут быть сплавы:

• ХГ;
• ХВСГ;
• 9ХВГ;
• 9ХС;
• ШХ15СГ.

Ближайшими зарубежными аналогами являются:

• в Германии – 1.2419, 105WCr6;
• Франции – 105WC13, 105WCr5, 90MCW5;
• Италии – 107WCr5KU;
• Евросоюзе – 107WCR5;
• Швеции – 2140;
• Соединенных Штатах – T31507;
• Японии – SKS2, SKS3, SKSA;
• Южной Корее – STS2, STS31;
• Венгрии – W9;
• Болгарии – ChWG;
• Китае – CrWMn.

Материал выпускается в виде:

• фасонного и сортового проката в соответствии с ГОСТами 5950-2000, 2590-2006;
• калиброванного прутка – с применением ГОСТов 8560-78 или 8559-75;
• поковок и кованых заготовок – 7831-78;
• полос – 4405-75;
• шлифованных прутков и серебрянки, согласно ГОСТу – 14955-77.

Основные свойства

Механические свойства стали ХВГ определяются несколькими составляющими:

• соотношением компонентов сплава;
• особенностями их химического взаимодействия;
• технологическими режимами термообработки.

Основные физические характеристики:

• плотность изменяется в интервале температур 20-600 градусов – от 7850 до 7660 кг/м3;
• удельное электросопротивление – 380 Ом*м;
• коэффициент линейного расширения а106 в температурном диапазоне 100-200 градусов составляет – 11-12 1/К;
• твердость НВ – 255 МПа;
• температурный интервал ковки – 1070-860 градусов.

Из технологических свойств следует отметить, что:

• сплав непригоден для создания сварных конструкций;
• обладает небольшой склонностью к отпускной хрупкости;
• проявляет чувствительность к образованию флокенов;
• характеризуется низкой устойчивостью к действию силовых и термических нагрузок.

Низкая теплостойкость не позволяет производить из стали изделия, работающие в условиях температур выше 200 градусов. Одной из важнейших характеристик металла является повышенная стойкость к коррозии, благодаря которой ее используют для создания сложных измерительных приборов особой точности.

Режимы термообработки

Характеристики и применение стали ХВГ в значительной степени зависят от выбранного режима термообработки. Существуют разные технологии теплового воздействия на металл.

Отжиг используется перед последующей механической обработкой изделия. Металл нагревают до 800 градусов. Затем происходит медленное снижение температуры со скоростью 50 град/ч до 5000С. Последующее охлаждение производится на воздухе.

Закалка увеличивает твердость металла одновременно со снижением его пластичности. Технология заключается в нагреве детали до высокой температуры и резком охлаждении. Для стали ХВГ процесс закалки включает:

• нагрев до 850 градусов;
• погружение в масло, где металл остывает до 200 градусов;
• дальнейшее охлаждение на воздухе.

Отпуск предназначен для снятия внутренних напряжений и образования более пластичной и прочной структуры в сплаве. После отпуска происходит частичное снижение твердости и прочности. Металл нагревается до 180-200 градусов и выдерживается в этом режиме до 2 часов. Затем охлаждается на воздухе.

При изготовлении режущих изделий режимы закалки разрабатываются индивидуально для каждого производителя. Чтобы добиться нужных характеристик для ножей из стали ХВГ, закалку проводят при 820 градусах, с погружением в масло и двухчасовым отпуском.

Ковка применяется для придания заготовкам необходимой формы. Чтобы избежать нарушения внутренней структуры или образования внешних дефектов, процесс следует проводить в заданном режиме, то есть в интервале от 1070 до 860 градусов.

Преимущества и недостатки

Основные достоинства стали состоят:

• в ее устойчивости к деформации;
• антикоррозийной стойкости, которую обеспечивает содержание хрома;
• износоустойчивости при воздействии динамических нагрузок;
• высокой прочности, позволяющей использовать ее для обработки других металлов;
• малой склонности к отпускной хрупкости;
• возможности разных видов обработки;
• умеренной стоимости.

В то же время, сталь марки ХВГ не обладает достаточной теплостойкостью. При повышении температуры более 200 градусов снижаются показатели твердости и прочности металла. Это обстоятельство ограничивает сферу применения сплава, так как при работе инструмента температуры режущей кромки могут достигать 600 и более градусов.

Недостатком стали считают и слишком маленький диапазон температур, необходимый для закалки. Его несоблюдение может привести к нарушению технологического процесса.

Область применения

Плюсы и минусы материала определяют и особенности его применения. Одной из основных сфер его использования является производство ответственных деталей:

• измерительных инструментов высокой точности любых размеров;
• механизмов, подверженных значительным динамическим нагрузкам, например, колец пружинных амортизаторов;
• элементов прокатных станов;
• быстрорежущего инструмента, в частности, цилиндрических либо дисковых фрез;
• запасных деталей к сложным механизмам.

Оптимальное сочетание прочностных характеристик и коррозионной стойкости делают сталь ХВГ востребованной в промышленном производстве при условии строгого выполнения всех особенностей технологического процесса.