Технические характеристики стали 30ХГСА

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.

Расшифровка марки

Химический        составсплава задается ГОСТом 4543-71, который определяет содержание основных легирующих добавок, указанных в маркировке. Расшифровка марки стали 30ХГСАуказывает на то, что она принадлежит к классу среднелегированных сплавов. Первые две цифры слева направо обозначают концентрацию углерода, необходимого для придания твердостиметаллу. Одновременно углерод снижает пластичность стали, поэтому его содержание не превышает 0,28-0,34%.

За цифрами следуют буквы, указывающие на главные легирующие элементы, концентрация которых колеблется в пределах 1%:

• хром добавляют для повышения коррозионной устойчивости и жаропрочности стали;
• марганец и кремний – сильные раскислители, они также увеличивают пластичность и снижают опасность растрескивания сплава.

Буква «А», указанная в самом конце аббревиатуры, свидетельствует о высоком качестве материала. Он содержит небольшие примеси меди и никеля, но их концентрация слишком мала, чтобы существенно влиять на свойства сплава. Примеси серы и фосфора снижают прочность металла путем встраивания в узлы кристаллической решетки. Полностью удалить эти примеси невозможно, однако их содержание минимально – не более 0,25%.

По ГОСТу данный сплав можно заменить аналогами:

• 40ХФА;
• 35ХМ;
• 25ХГСА;
• 40ХН;
• 35ХГСА.

Среди зарубежных аналогов:

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

Сортамент выпускаемой продукции состоит:

• из труб разного диаметра;
• кованых заготовок;
• листов различной толщины;
• сортового проката;
• полосового железа;
• калиброванных и шлифованных прутков.

Физические и механические свойства сплава

От химического состава зависят физические свойства стали 30ХГСА:

• плотность колеблется в зависимости от окружающей температуры и составляет, в среднем, 7850 кг/м3;
• температура плавления – 1500 градусов, что свидетельствует об устойчивости к нагреву;
• модуль упругости при 20 град. – 2,15*10-5МПа, с повышением температуры снижается;
• теплоемкость – 38 Вт/(м*град);
• удельное электросопротивление, 109– 210 Ом*м;
• теплопроводность составляет 30-38 Вт/м К;
• удельная теплоемкость – 496 Дж/кг*К.

Сплав 30ХГСА демонстрирует отличные механические характеристики, которые не снижаются до повышения температуры до 400оС:

• на высокую прочность металла указывает величина предельной ударной нагрузки – 980 МПа;
• предел текучести – 820 МПа, более чем в два раза превышает показатель некоторых марок нержавейки;
• показатель ударной вязкости – 127 КДж/м2;
• о высокой пластичности свидетельствует параметр относительного удлинения – 11%;
• предел выносливости – 490 МПа;
• твердость – 45-50 единиц по шкале Роквелла.

Технологические качества

Способность сплава к холодной пластической деформации ограничена. Но он превосходно выдерживает горячую пластическую деформацию в диапазоне температур 1100-850 градусов. Однако при быстрых изменениях температуры проявляется склонность к образованию трещин. Поэтому выбирается режим:

• медленного нагрева до 830 градусов;
• процедуры горячей деформации;
• замедленного охлаждения в песке или печи.

После процесса деформации применяется смягчающая тепловая обработка путем отжига при 740ос дальнейшим охлаждением при 500осначала в печи, а затем на воздухе.

Сталь не отличается высокой коррозионной стойкостью. При использовании в условиях повышенной влажности на ее поверхности развиваются процессы ржавления. Для их предотвращения на поверхность изделий часто наносят специальное гальваническое покрытие на основе хрома и цинка. Но его нужно предохранять от механических повреждений.

Область применения

Механические свойства стали определяют технологии ее применения:

• благодаря высокой пластичности, сплав подвергается операциям штамповки и ковки;
• хорошие упругие свойства облегчают технологии резания – зенкерования или фрезерования;
• сварку выполняют в быстром режиме при нагреве до 250 градусов, что позволяет уменьшить опасность возникновения трещин.

Благодаря отличным характеристикам, применение стали 30ХГСАохватывает многие отрасли промышленности:

• в строительстве из нее изготавливают крепежные детали – гайки, болты;
• в области авиастроения сплав служит сырьем для производства расходных материалов;
• в машиностроительной отрасли производят узлы, испытывающие переменные нагрузки – валы, зубчатые передачи;
• ножевом производстве – для изготовления высококачественных клинков.

Сплав используют также при необходимости изготовления изделий со сложной конфигурацией, функционирующих в условиях:

• постоянного механического воздействия;
• переменных нагрузок;
• низких температур.

Тепловая обработка

Проблема улучшения механических свойств стали 30ХГСАи увеличения срока эксплуатации может быть решена разными способами:

• использованием более дорогостоящих элементов для легирования;
• выбором рационального режима термообработки.

В первом варианте в значительной мере увеличится себестоимость продукции. Поэтому подбирается оптимальный режим термической обработки, в результате которой существенно повышаются прочностные характеристики сплава. Термообработка, в основном состоит из двух этапов.

Закалкапроизводится в масле с выдержкой 5 минут при температуре 880 градусов. В процессе закалки происходит изменение структуры материала, перестройка кристаллической решетки, в результате чего появляются внутренние напряжения. С повышением твердости одновременно увеличивается хрупкость стали.

Устранить внутренние напряжения позволяет последующий отпуск в воде при 540 градусах. Отпуск применяется и для сварных конструкций. Для достижения более высоких прочностных характеристик иногда проводится повторная закалка. Она позволяет увеличить многие показатели до 40%.

Структуру сплава можно улучшить и процессом ковки. Процесс проводится после предварительного нагрева детали до 1240 градусов. В зависимости от размеров изделия подбирается среда для его охлаждения.

Преимущества и недостатки

Марка стали 30ХГСАотносится к группе конструкционных. Она в свое время получила еще одно название – «хромансиль», образованное от наименований основных добавок. Сплав имеет свои плюсы и минусы.Его широкая востребованность в авиастроении и машиностроительной промышленности вызвана высокими прочностными характеристиками:

• высокой устойчивостью к ударным нагрузкам;
• хорошими показателями вязкости;
• высокой твердостью;
• устойчивостью к износу;
• достаточно хорошей свариваемостью;
• неизменностью механических характеристик при постоянном тепловом воздействии не выше 400 градусов.

Кроме того, доступность легирующих элементов обеспечивает невысокую стоимость сплава.

Минусы стали выражаются в относительно невысокой прокалываемости, которая рассчитывается глубиной проникновения закаленного слоя внутрь объема детали. Она составляет 25-40 мм. Сплав также отличается чувствительностью к образованию флокенов – внутренних трещин, ухудшающих механические свойства материала. Специальная термическая обработка частично снижает опасность их возникновения.

Даже при наличии некоторых недостатков сталь 30ХГСА в значительной степени превосходит обычные сплавы по прочности и выносливости.