Характеристика стали 30ХРА (стр. 1 из 2)
Введение.
Сталь – это сплав железа с углеродом и неизбежными примесями (кремний фосфор, сера, марганец), где углерода не более 2,14%.
Существует много признаков, по которым классифицируются стали, но зачастую и они не могут быть однозначными для большинства числа марок сталей.
Классификация сталей по наиболее общим признакам:
По химическому составу стали условно подразделяются на углеродистые (нелегированные) стали, низколегированные стали, легированные стали, высоколегированные.
По назначению специальные стали подразделяются на конструкционные, инструментальные, стали с особыми физическими свойствами.
Конструкционной сталью называется сталь, применяемая для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающая определенными механическими, физическими и химическими свойствами.
Конструкционные стали подразделяются на строительные, машиностроительные и стали с особыми свойствами - теплоустойчивые, жаропрочные, жаростойкие, коррозионностойкие.
Сталь, в составе которой, кроме железа, углерода и неизбежных примесей, имеются легирующие элементы, вводимые в металл для улучшения эксплуатационных или технологических свойств. Легирующие элементы вводятся в сталь в различных количествах и в разных сочетаниях – по 2, по 3 и более. Если сталь содержит в сумме до 2,5% легирующих элементов, её называют низколегированной. Сталь, содержащая 2,5-10% легирующих элементов, считается среднелегированной, более 10% - высоколегированной.
Внутри указанной классификации существует более узкие подразделения как по назначению, так и по свойствам.
Охарактеризовать марку стали 30ХРА, её назначение и применение.
30ХРА – легированная конструкционная сталь с процентным содержанием углерода – 0,3% , хрома – 1,5%, бора – 1,5%, высококачественная.
Легированными называют стали, в которые для изменения структуры и свойств, кроме углерода, специально вводят в заданных концентрациях другие элементы (Ni, Со, Сг, V, Мо, W, B и др.), получившие название легирующих.
Легирующие элементы могут образовывать с железом твердые растворы, растворяться в цементите (замещая в решетке атомы железа), либо могут образовывать специальные карбиды, т. е. карбиды, имеющие отличную от цементита кристаллическую решетку и химическую формулу, а также могут образовывать интерметаллические соединения.
К числу наиболее часто используемых легирующих элементов относятся Сг, Мо, Ni, Со, V, Тi, W, Zг, Nb, B, а также Мn и Si, если их содержание превышает обычное для углеродистой стали.
В результате легирования изменяются физические, механические и технологические свойства стали. Изменение свойств стали при ее легировании определяется влиянием легирующих элементов как на свойства фаз, так и на условия протекания фазовых превращений.
Марка стали 30ХРА используется в основном для производства стволов, рычагов разных видов оружия.
Основной параметр стали 30ХРА, необходимый для обеспечения прочности стволов, - предел упругости (или пропорциональности) – такая предельная допускаемая нагрузка, после снятия, которой металл возвращается в первоначальное состояние без остаточных деформаций.
Добавка в ствольную сталь легирующих элементов зачастую является технологическим улучшением – такая сталь лучше термообрабатывается, не требует дополнительных операций подкалки, лучше полируется. Добавка даже 1-2% хрома или никеля позволяет, не имея режимы технической обработки, получить более твердые, а значит, и более прочные стволы без дополнительных затрат, что с лихвой компенсирует большую стоимость материала. Меньше остаточные напряжения за счет меньшего содержания углерода ведут к уменьшению объема правки стволов.
С целью повышения прочности стали легируются бором. Введение бора даже незначительных дозах (0,002-0,003%) увеличивают прокалиеваемость.
Хром вводят в количестве до 2%. Он растворяется в феррите и цементите оказывая благотворное влияние на механические свойства стали, что предопределило его широкое применение в конструкционных сталях.
С точки зрения прочности, добавка легирующих элементов также позволяет получить вязкость, необходимо для сохранения пластичного, а не хрупкого характера разрушения стволов, что проявляется при увеличении твердости стали. Эта добавка вместе с вязкостью резко уменьшает износ нарезанных стволов. Пластичность стали уменьшает вероятность разрушения при длительном настреле и повышает безопасность стрелка – в случае разрыва ствола не образуются осколки.
Другая причина применения стали 30ХРА – обеспечение ухода за стволами. Практически заметно, что для хорошей коррозийной стойкости необходимо, чтобы в стали было не менее 13% хрома. Поэтому нельзя считать, что сталь 30ХРА или любая другая с 1,5-5% легирующих добавок не будет ржаветь. Хромовое покрытие, даже тонкое и пористое, значительно тверже ствольной стали и лучше работает на истирание. Видимо, именно потому, что сама по себе марка стали не является гарантией качества, нормативная документация России оговаривает условное обозначение ствольного материала – обязательную маркировку стилизованных знаков Сп и Сл на стволах.
Сделать полную термическую обработку в соответствии с диаграммой «железо-углерод».
Химический состав в % стали 30ХРА.
| С | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu | B |
| 0,27-0,33 | 0.17-0.37 | 0.5-0.8 | до 0,3 | до 0,025 | до 0,025 | 1-1,3 | до 0,3 | до 1,5 |
2.2 Фазовый состав и микроструктура.
| Фазовый состав в вес, % | Тип карбида | Микроструктура | ||
| Без отжига | После отжига | |||
| Феррит | Карбиды | |||
| 94,5-93,3 | 5,5-6,7 |  | Мелкопластинчатый перлит+феррит | Пластинчатый перфит+феррит |
Физические свойства.
| Температура, С |  |  в   |  в  |
| 20 20-100 20-200 20-400 20-600 100 200 300 400 500 | - 13,4 13,3 14,8 14,8 - - - - - | - - - - - 0,110 0,10 - 0,09 - | 7,84 - - - - - - - - - |
| Примечание: Сталь флокеночувствительна. | |||
Ковка.
Нагрев с  | Конец обработки в | Охлаждение |
| 1180 | 800 | В колодцах или в термостатах |
Рекомендуемые режимы закалки.
| Вариант | Температура нагрева в ºС | Охлаждение | Твердость HRC | |||
| Среда | Темпера- тура в °С | Продолжи тельность | Охлаждение 20°С | |||
| I | 820-840 | Вода | 20-30 | До 200° | В масле | 50-58 |
| II | 5%-ный водный раствор поварен- ной соли | 52-60 | ||||
| III | 5-10%-ный водный раствор щелочи | 52-60 | ||||
| IV | 830-850 | Масло веретенное или трансформаторное | 20-40 | До 20º | - | (примечание 2) |
| V | Расплав селитры | 140-160 | 3-5 мин. | На воздухе | 45-55 | |
| Примечание: 1. Значение твердости стали после закалки даны для поверхностного слоя, глубина которого зависит от диаметра или толщины закаливаемого изделия. 2. Твердость стали, получаемая при охлаждении в масле, зависит от диаметра или толщины закаливаемого изделия. 3. Вариант III применяют для предотвращения образования мягких пятен, вариант V – для изделий диаметром или толщиной не более 5 мм. | ||||||
Рекомендуемые режимы отпуска.
| Температура отпуска в °С | Среда нагрева | Твердость HRC |
| 200-300 | Масло, селитра, щелочь | 54-50 |
| 300-400 | Селитра, печи с воздушной атмосферой | 50-41 |
| 400-500 | 41-33 | |
| 500-600 | 33-24 | |
| 600-700 | Расплав солей, печи с воздушной атмосферой | 24-15 |
Закалка.
Температура нагрева стали для изготовления рычага.
| Тип инструмента | Рекомендуемые режимы предварительной термической обработке | ||
| Отжиг | Высокий отпуск | Нормализация | |
| Рычаг | 800-820 | 680-700 | 850-870 |
Твердость материала после отжига HB
=241 МПа2.8. Механические характеристики сталь 30ХРА ГОСТ 4543-71.
| Состояние | Сигма-В, МПа | Сигма-Т, МПа | Кси, % | Дельта, % | HB |
| Закалка 880 гр (вода), Отпуск 180 гр (возд) | 1600 | 1300 | 40 | 9 | н/д |
2.9. Свариваемость.
Без ограничений – сварка производится без подогрева и без последующей термообработки.
Ограниченно свариваемая – сварка возможна при подогреве до 100-120°С и последующей обработке.
Трудносвариваемая – для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300°С при сварке термообработка после сварки – отжиг.