Сталь 20х2н4а механические свойства

20Х2Н4А

Скачать полный прайс-лист ООО «ПрофПрокат»

Характеристика материала. Сталь 20Х2Н4А.

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

ОСТ 3-1686-90, ТУ 14-1-4944-90

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 %.

Механические свойства стали 20Х2Н4А при температуре 20 0 С

Механические свойства марки 20X2H4A в зависимости от сечения круглого проката

Технологические свойства стали 20Х2Н4А

Ударная вязкость стали KCU, Дж/см2 стали 20Х2Н4А

Предел выносливости стали 20Х2Н4А

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.

ГОСТ 8319.0-75. Профили стальные горячекатаные периодические продольной прокатки. 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.

Источник

Сталь марки 20Х2Н4А

Марка: 20Х2Н4А (заменители: 20ХГНР, 15ХГН2ТА, 20ХГНТР)
Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006. Калиброванный пруток: ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 14955-77. Полоса: ГОСТ 103-2006. Поковки и кованные заготовки: ГОСТ 1133-71. Трубы: ОСТ 14-21-77.
Класс: Сталь конструкционная легированная
Использование в промышленности: шестерни, вал-шестерни, пальцы и другие цементуемые особо ответственные высоконагруженные детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок или при отрицательных температурах.
Химический состав в % стали 20Х2Н4А
C 0,16 — 0,22
Si 0,17 — 0,37
Mn 0,3 — 0,6
Ni 3,25 — 3,65
S до 0,025
P до 0,025
Cr 1,25 — 1,65
Cu до 0,3
Fe

93

Зарубежные аналоги марки стали 20Х2Н4А
США 3120, 3316H
Германия 19CrNi8
Франция 20NC6
Англия 822M17
Италия 20CrNi4
Болгария 20Ch2N4A
Польша 20H2N4A
Чехия 16231
Дополнительная информация и свойства
Удельный вес: 7850 кг/м 3
Термообработка: Закалка и отпуск
Температура ковки, °С: начала 1200, конца 800. Сечения до 100 мм охаждаются на воздухе, 101-350 мм в яме.
Твердость материала: HB 10 -1 = 269 МПа
Температура критических точек: Ac1 = 710 , Ac3(Acm) = 800 , Ar1 = 640
Обрабатываемость резанием: после нормализации и отпуска при HB 259 и σв=880 МПа, К υ тв. спл=0,72 и Кυ б.ст=0,63
Свариваемость материала: трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.
Флокеночувствительность: чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости: малосклонна
Механические свойства стали 20Х2Н4А
ГОСТ Состояние поставки, режим термообработки Сечение, мм σ0,2 (МПа)
σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (Дж / см 2 ) НВ (HRCЭ), не более
ГОСТ 4543-71 Закалка 860 °С, масло. Закалка 780 °С, масло. Отпуск 180 °С, воздух или масло 15 1080 1270 9 45 78
Цементация 900-920 °С, воздух.
Закалка 780-810 °С, масло.
Отпуск 180-200 °С, воздух
50 1050 1220 12 45 118 Сердцевины 360, поверхности (57-64)
Цементация 920-950 °С. Нормализация 900-920 °С, воздух или закалка 880-920 °С, масло. Отпуск 630-660 °С, воздух. Закалка 780-820 °С, масло. Отпуск 150-200 °С, воздух 150 830 1080 9 35 78 Сердцевины 321-420, поверхности (57-64)
Ударная вязкость стали 20Х2Н4А KCU, (Дж/см 2 )
Т= +20 °С Т= -20 °С Т= -40 °С Т= -70 °С Термообработка
147

65
32

147

61
33

157

62
30

Закалка 820 °С, масло. Отпуск 500 °С.
Образцы из поковки (Закалка 880 °С, масло. Закалка 780 °С, масло.
Отпуск 200 °С):
продольные
поперечные
Механические свойства стали 20Х2Н4А в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (Дж / см 2 )
Закалка 840 °С, масло
200
300
400
500
600
1360
1280
1140
970
790
1500
1400
1300
1170
1000
7
7
7
10
11
56
60
63
67
72
120
100
120
220
235
Механические свойства стали 20Х2Н4А в зависимости от сечения
Сечение, мм σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ4 (%) ψ % KCU (Дж / см 2 ) HB
Закалка, отпуск
30
50
80
120
160
200
240
820
820
820
780
760
740
720
940
940
940
900
880
860
860
12
12
12
12
12
12
12
50
50
50
50
50
50
50
80
70
70
60
60
60
60
277
277
269
262
262
262
255
Механические свойства стали 20Х2Н4А при повышенных температурах
Температура испытаний, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ %
Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, кованый и отожжённый.
Скорость деформирования 5мм/мин. Скорость деформации 0,002 1/с
700
800
900
1000
1100
1150
1220
63
45
36
22
20
16
16
120
56
56
37
27
26
22
56
64
58
63
59
65
71
78
95
100
100
100
100
100
Предел выносливости стали 20Х2Н4А
σ-1, МПА
J-1, МПА
Термообработка
617
333
382
421
372
230

σ0,2=1050 МПа, σв=1220 МПа, НВ 360
σ0,2=610 МПа, σв=730 МПа, НВ 238
σ0,2=680 МПа, σв=960 МПа, НВ 322
σ0,2=850 МПа, σв=940 МПа,
Прокаливаемость стали 20Х2Н4А
Расстояние от торца, мм Примечание
3 5 10 15 20 30 40 50 60 Нормализация 850 °С. Закалка 840 °С.
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 Твердость для полос прокаливаемости, HRC
Физические свойства стали 20Х2Н4А
T (Град) E 10 — 5 (МПа) a 10 6 (1/Град) l (Вт/(м·град)) r (кг/м 3 ) C (Дж/(кг·град)) R 10 9 (Ом·м)
20 2.03 7850
100 24

Особенности электрошлаковой сварки стали марки 20Х2Н4А (и подобных): при электрошлаковой сварке многих среднеуглеродистых среднелегированных сталей толщиной более 80 мм существует опасность возникновения вблизи границы сплавления горячих трещин-надрывов. Склонность среднелегированной стали к надрывам существенно зависит от ее химического состава, в особенности от высокого содержания углерода, серы, никеля и других элементов, способствующих увеличению дендритной неоднородности слитков при выплавке сталей и образованию плен и строчек сульфидных включений с низкой температурой плавления. Для сравнения укажем, что в зоне термического влияния на стали 25ХЗНМ наблюдаются протяженные цепочки надрывов длиной до 2 мм, а на стали 20Х2М с пониженным содержанием углерода и никеля образуются только единичные надрывы длиной до 0,8 мм. Уменьшает склонность среднелегированной стали к надрывам электрошлаковый переплав (табл. 9.22) в сочетании с микролегированием элементами, повышающими температуру плавления сульфидных включений. Благоприятное влияние на повышение стойкости среднелегированной стали против надрывов оказывают карбидообразующие элементы, образующие с серой сложные, труднорастворимые соединения.

Весьма эффективно, например, микролегирование среднелегированных сталей титаном в количестве до 0,6%, когда склонность их к надрывам при электрошлаковой сварке полностью подавляется. Однако изменение химического состава стали не всегда возможно. В этих случаях для особо ответственных конструкций можно рекомендовать предварительную наплавку кромок электродными проволоками, содержащими титан. Для уменьшения выгорания титана наплавку необходимо производить под безокислительными флюсами. Для устранения надрывов на стали типа 25Х3НМ, весьма склонной к образованию этого типа дефектов, достаточно, как показывает опыт, получить в металле наплавки 0,22% Ti. Электрошлаковая наплавка свариваемых кромок возможна и стандартными электродными проволоками, как правило, не содержащими титан.

Замечено, что вследствие небольшого количества, дисперсности и равномерности распределения неметаллических включений наплавленный металл устойчивее против надрывов, чем основной металл. Это обстоятельство довольно просто и надежно можно использовать при выполнении сварки кольцевых швов. В рабочей части таких швов возникают обычно только единичные надрывы, а в сталях с повышенной стойкостью против надрывов такие дефекты вообще не образуются. Но количество надрывов резко увеличивается в участке замыкания кольцевого шва вследствие повышения жесткости закрепления свариваемых кромок и нарастания напряжений растяжения. Поэтому сварку начального участка стыка длиной около 600 мм выполняют на повышенных напряжениях и получают широкий (шириной 90-100 мм) шов. Затем напряжение постепенно снижают до обычных значений и выполняют сварку рабочей части шва. Одновременно вырезают щель-зазор шириной 30-35 мм в начальном участке шва на такой длине, чтобы сварка наиболее опасных замыкающих участков соединения велась по литому металлу шва. Применение способа сварки «шов по шву» во многих случаях позволяет полностью устранить надрывы в околошовной зоне. Рекомендуемые режимы сварки по такому способу среднелегированных сталей приведены в табл. 9.23.

Таблица 9.23 (А. М. Макара и др.)
Толщина металла, мм n UC, B, для участка шва
начального рабочего
До 80 1 До 62 До 50
80 — 160 2 50 — 60 42 — 50
160 — 200 3 50 — 56 40 — 48

Термообработка в кипящем слое изделий из стали 20Х2Н4А: на рис. справа представлена опытная зависимость глубины диффузионной зоны б от времени т, полученная при цементации образцов диаметром 20 и высотой 20 мм из стали 20Х2Н4А. При слабом псевдоожижении (w/wK= 1,5-2,0), когда сверху на образцах (например, горизонтальных цилиндрах) наблюдалась «шапка» неподвижных частиц, глубина диффузионной зоны в этих местах была ниже, чем в остальной части поверхности. При высоких скоростях «шапка» периодически сбрасывалась пузырями, поэтому глубина зоны по всему периметру была одинаковой.

В данном случае в кипящем слое удается реализовать максимально возможные при заданных параметрах темпы насыщения углеродом, т. е. кинетика реакций на поверхности не влияет на скорость цементации. Штрих-пунктирной линией представлена зависимость б = f (т), снятая на бензольной печи Ц-105 также с помощью образцов из стали 20Х2Н4А (время прогрева вычтено). Как видно, в промышленной бензольной печи темпы цементации не достигают максимально возможных. Нужно подчеркнуть, что углеродный потенциал газовой среды в печи Ц-105 был выше значения, соответствующего предельной при t = 930° С растворимости углерода в у-железе, фольга науглероживалась за 30 мин до концентрации, составляющей 1,6%. С повышением температуры кипящего слоя скорость цементации, как

и следовало ожидать, возрастает пропорционально увеличению коэффициента диффузии углерода в стали.

На рисунке точками нанесены результаты послойного анализа на содержание углерода образцов стали 20Х2Н4А диаметром 38 и длиной 120 мм. Для послойного анализа с одного образца снимали 12 стружечных проб: первые пять проб через каждые 0,1 мм, остальные через 0,2 мм (на радиус). Сравнение опытных данных с расчетными (сплошные линии на рис. ниже) по формуле (II-41) для тех же параметров, что и в опытах, показывает, что при т > 1-2 ч цементация в кипящем слое лимитируется только диффузией углерода в стали. В то же время опытные концентрации углерода по сечению диффузионной зоны образцов, обработанных в бензольной печи Ц-105, оказываются ниже расчетных, несмотря на то, что в расчет принимали Сг = 1,35%, а концентрация углерода в фольге-«свидетеле» составила 1,6%.

По отработанным на образцах режимам была осуществлена цементация промышленных деталей нескольких наименований (шестерни) из стали 20Х2Н4А в кипящем слое при t = 930° С в течение 5 и 7 ч. Детали загружали в ванну с кипящим слоем (диаметр 250 мм) садками по нескольку штук; после цементации садки охлаждали на воздухе. При макро- и микроисследованиях установлено, что науглероживание деталей по высоте и сечению рабочей камеры идет равномерно, глубина цементированного слоя при выдержке 5 ч составляет 1,15 мм, а при выдержке 7 ч она равна 1,45 мм.

Источник

Читайте также:  Отличие стали 316 от 904