Подробная характеристика стали марки 60С2А

Химический состав

Сталь марки 60С2А кроме железа содержит около 0,6% углерода, от 1,6 до 2% кремния, от 0,6 до 0,9% марганца, до 0,3% хрома, до 0,25% никеля и до 0,2% меди. Кроме этого допускаются примеси серы и фосфора в количестве до 0,025%.

Назначение легирующих компонентов

Сталью называется сплав железа с углеродом в количестве до 2,06%. Увеличение количества углерода повышает чувствительность к термообработке, прокаливаемости, возможности получить большую прочность и твёрдость. Но вместе с тем снижается пластичность, металл становится хрупким, неспособным выдерживать ударные нагрузки.

Чтобы сбалансировать свойства материала, получить одновременно противоположные характеристики (твёрдость и вязкость, прочность и коррозионную стойкость) снизить влияние примесей, от которых невозможно полностью избавиться, в состав стали 60С2А входят легирующие компоненты. Они позволяют нивелировать недостатки вносимые высоким количеством углерода. А в чем-то заменять его, получая даже более высокие результаты.

Кремний вводится в состав с целью раскисления. Обладая большим, чем железо сродством к кислороду, он вытесняет его из окислов в расплаве.

Кроме раскисления в количествах до 1% кремний благотворно влияет на прочность и упругость.

Марганец, подобно кремнию, вытесняет железо из окислов. Кроме этого он не даёт образовываться сульфидам железа, повышающих склонность к образованию закалочных трещин, возникающих при термическом упрочнении деталей сложной формы.

Включение марганца в лигатуру до 1%, подобно кремнию, повышает прочность и ударную вязкость. В больших количествах он вызывает рост зерна, снижающих прочностные показатели, в частности способность держать ударные нагрузки.

Таким образом, кремний совместно с марганцем взаимно дополняют друг друга в составе. Они совместно увеличивают прочность, выносливость и вязкость. Но не дают развиваться причинам, приводящим к повышенной хрупкости сплава.

Хром так же, как и кремний с марганцем имеет большее, чем железо сродство к кислороду. Он оказывает содействие защите расплава от окисления, увеличивает прокаливаемость.

Никель участвует в защите сплава от коррозии и, в небольших количествах, снижает склонность к закалочным трещинам.

Медь в небольших (до 1%) количествах повышает прочность и стойкость против коррозии. В более высоких концентрациях она приводит к выпадению интерметаллидов по границам зёрен, что существенно меняет механические свойства при отпуске.

Сопоставляя химический состав и влияние отдельных компонентов на свойства сплава, можно предположить, что марка 60С2А должна обладать высокой прочностью, упругостью, ударной вязкостью, достигаемыми при соблюдении специальных приёмов термической обработки.

Сталь 60С2А рессорно-пружинная

Расшифровка

Согласно ГОСТ 14959-2016 цифра 60 перед буквенным обозначением указывает среднюю массовую долю углерода в стали в сотых долях процента, т.е. средняя массовая доля углерода в стали составляет 0,60%. Буква C означает, что сталь легирована кремнием (Si), а цифра 2 указывает примерную массовую долю кремния в целых еденицах, т.е. кремния в стали примерно 2%. Буква А в конце наименования стали означает, что сталь высококачественная, т.е. сталь с повышенными требованиями к химическому составу и макроструктуре металлопродукции из нее по сравнению с качественной сталью.

Заменители и аналоги

60С2Н2А, 60С2Г, 50ХФА.

Иностранные аналоги

Вид поставки

• сортовой прокат, в том числе фасонный, ГОСТ 14959-79, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 7419.0-90 — ГОСТ 7419.8-90;
• Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78;
• Лента ГОСТ 2283-79, ГОСТ 21997-76. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405-75;
• Проволока ГОСТ 14963-78. Поковка и кованая заготовка ГОСТ 1133-71, ГОСТ 14959-79;
• Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 7419.0-90 — ГОСТ 7419.8-90, ГОСТ 14955-77;

Характеристики и применение

Сталь 60С2А является легированной специальной сталью применяюмую для изготовления следующих изделий:

• тяжелонагруженных пружин,
• торсионных валов,
• пружинных колец,
• цанг,
• фрикционных дисков,
• шайб Гровера,
• рессор из полосовой стали толщиной 3-16 мм,
• пружин из полосовой стали толщиной 3-18 мм и из пружиной ленты толщиной 0,08-3 мм,
• витых пружин из проволоки диаметром 3-12 мм.

Сталь склонна к обезуглероживанию, устойчива против роста зерна, обладает глубокой прокаливаемостью. Максимальная рабочая температура +250 °C [2], в авиастроение сталь рекомендуется применять не выше температуры +200 °C [3].

Условия применения стали 60С2А для тарельчатых пружин (ГОСТ 33260-2015)

*После электрохимических покрытий обязательна термообработка (отпуск) для снятия водородной хрупкости с указанием в КД.

Условия применения стали 60С2А для винтовых цилиндрических пружин (ГОСТ 33260-2015)

ПРИМЕЧАНИЕ. Для пружин II класса допускается замена проката марки 60С2А на марку 60С2.

Максимальные допустимые размеры металлопродукции из стали 60С2А для изготовления рессор и пружин (ГОСТ 14959-2016)

Химический состав, % (ГОСТ 14959-79)

Химический состав, % (ГОСТ 14959-2016)

Температура критических точек, °С [4]

Рекомендуемые режимы обработки рессор из стали 60С2А [2]

*При гибке листов и закалке с одного нагрева температура повышается до 900-950 °C.

Рекомендуемая термическая обработка [3]

Низкий отжиг при 650-700 °С; закалка с 870±10 °С в масле, отпуск при 430-490 °С (HRC 44-48, σв = 155-180 кгс/мм2)

Твердость металлопродукции из стали 60С2А в состоянии поставки (ГОСТ 14595-2016)

Механические свойства металлопродукции при испытании на растяжение (ГОСТ 14595-2016)

ПРИМЕЧАНИЕ:

1. Механические свойства металлопродукции при испытании на растяжение, определяются на продольных термически обработанных образцах.
2. При рекомендуемой термической обработке допускаются отклонения по температуре:
   закалки — ±15 °С;
3. закалки — ±50 °С;

Механические свойства стали различных плавок [3]

Механические свойства отожженной и нагартованной ленты из стали 60С2А (ГОСТ 2283-79)

Механические свойства

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска [5]

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 850 °С в масле; отпуск.

Механические свойства при повышенных температурах

Предел выносливости [6]

Ударная вязкость KCU [10]

Технологические свойства

• Температура ковки, °С: начала 1200, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, сечения 251-350 мм — в яме.
• Свариваемость — не применяется для сварных конструкций.
• Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 0,70 и Kv б.ст = 0,27 в горячекатаном состоянии при НВ 270-320 σв = 1080 МПа.
• Флокеночувствительность — не чувствительна.
• Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Прокаливаемость (ГОСТ 14959-2016)

Критический диаметр d

Плотность ρп кг/см3 при температуре испытаний, °С

Коэффициент линейного расширения α*106, К-1

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Модуль Юнга (нормальной упругости) Е, ГПа

Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К)

Библиографический список

1. ГОСТ 33260-2015. Арматура трубопроводная. Металлы, применяемые в арматуростроении. Основные требования к выбору материалов
2. Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы. 1981 г.
3. Скляров Н.М. Авиационные материалы. 1975 г. Том 1
4. Марочник сталей и сплавов. Под ред. Сорокина В.Г. 1989 г.
5. Марочник сталей. ЦБТИ. 1961 г.
6. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы. 1971 г.
7. Марочник стали и сплавов. ЦНИИТмаш. 1977 г.
8. Свойства сталей и сплавов, применяемых в котлотурбиностроениии. Ч.1. ЦКТИ. 1966 г.
9. Металлы и сплавы: Справочные данные о физико-механических свойствах при различных температурах и условиях нагружения. 1975 г.
10. Солнцев Ю.П., Степанов Г.А. Материалы в криогенной технике. 1982 г.

Узнать еще

Сталь 30ХН2МФА конструкционная легированная…

Сталь 50Х конструкционная легированная…

Сталь 14Х17Н2 (ЭИ268)

Сталь 15Х конструкционная легированная…

Механические свойства стали 60С2А

Прочностные свойства 60С2А определяются режимами проведенной термообработки. Поскольку интерес представляют эксплуатационные характеристики деталей, в статье не рассматриваются показатели стали в отливках. Они представляют практический интерес только для технологов крупных металлообрабатывающих предприятий, занимающихся изготовлением металлопроката.

Здесь будут рассмотрены прочностные показатели товарной стали в виде круга и ленты.

Как уже говорилось в общем описании марки 60С2А, оптимальные показатели достигаются при закалке в масле и последующем отпуске с целью снятия внутренних напряжений.

Круглая сталь после закалки и отпуска имеет предел прочности 12,7 кг/кв. мм, условный предел текучести 11,7 кг/кв. мм. Близость предела текучести к пределу прочности говорит о высоких упругих свойствах стали.

Предел выносливости 60С2А при симметричном цикле на растяжение равен 49 кг/кв. мм, на кручение 29,5 49 кг/кв. мм.

Чтобы понимать значение приведённых чисел, стоит вспомнить, что предел прочности стали 3 составляет около 37 кг/кв. мм.

Расшифровка марки

В обозначении марки стали присутствует набор букв и цифр, каждая из которых обозначает процентное содержание элементов и их название:

• Масса углерода, которая выражается сотыми долями процента;
• Одна или несколько букв выражают легирующий элемент;
• Доля процента, округленная до целого значения.

Содержание элементов в стали 60С2А, %:

При выборе такого материала, как рессорно-пружинная сталь, очень важно правильно подобрать химсостав и механические свойства. ГОСТ на изделия из рессорно-пружинной стали определяется сортаментом и рядом других параметров

На химсостав и свойства оказывает влияние содержание входящих элементов:

1. C-углерод, определяет структуру и характеристики, повышенное содержание углерода приводит к хладноломкости, снижает вязкость. Пластичность и прочность падает при содержании углерода более 1%. Углерод оказывает влияние на механические свойства, такие как ковкость, свариваемость, механическая обработка.
2. Si-кремний, является раскислителем и одним из главных легирующих элементов, который способствует износостойкости, термическому упрочнению, играет роль в увеличении упругости, текучести. Оказывает влияние на закаливаемость.
3. Mn-марганец, влияет на качество, являясь раскислителем, который применяют для удаления серы, фосфора и кислорода. Благоприятно влияет на структуру металла и механические свойства: свариваемость, ковкость.
4. Cr-хром, является легирующим элементом. Хром увеличивает устойчивость к оксидированию и коррозии, повышает прочность при высоких температурах, а также увеличивает стойкость к абразивному износу.
5. Ni-никель, является элементом, который повышает прочность. Никель увеличивает коррозионную стойкость, повышает способность к термическому упрочнению, способствует увеличению вязкости и прочности.
6. Cu-медь, повышает устойчивость к коррозии, увеличивает прочностные свойства. При повышении содержания меди ухудшается качество поверхности при горячей обработке.
7. S-сера, является нежелательным элементом, повышение содержания серы увеличивает красноломкость, отрицательно влияет на пластичность, свариваемость и ударную вязкость.
8. P-фосфор, ухудшает пластичность и вязкость, повышает склонность к хладноломкости. Однако повышенное содержание фосфора улучшает механическую обработку.

Применение марки 60С2А

Сфера использования стали определяется её свойствами. Сталь 60С2А широко применяется для изготовления тяжелонагруженных элементов конструкций, испытывающих знакопеременные нагрузки.

Это – разнообразные пружины, фрикционные диски, шайбы Гровера, пружинные кольца, цанги, торсионы – упругие стержни, работающие на кручение. Последние встречаются в подвесках тяжелой гусеничной и колёсной техники, упругих валах многопоточных редукторов, передающих большую мощность.

Свойства материала

На основании вида температурной обработки определяется прочностные параметры и твердость изделия. Характеристики пружинной стали 60С2А в отливках, кругах и лентах отличаются. В данном случае рассматриваются качества сплава на последних двух примерах.

Круги характеризуются прочностью 129 МПа и пределом текучести 117 МПа. Это обеспечивает их упругость. Для сравнения: предел прочности СТ3 равен 370 МПа. Выносливость при растяжении составляет 490 МПа, на кручение – 295 МПа.

В качестве способа термической обработки чаще всего используется закалка. Она осуществляется с остыванием в масле, после чего производится отпуск для исключения остаточных напряжений.

Механические характеристики

Механические характеристики

Термообработка пружин 60с2а.

Выяснить причину данного несоответствия достаточно сложно и прежде чем ответить на Ваш вопрос более-менее вразумительно, нужно провести очень квалифицированную работу.

Исходя из собственного опыта могу сказать, что самыми вероятными причинами могут быть:

1. Некачественная проволока.

Самым первым шагом советую провести очень тщательный входной контроль проволоки. Как его проводить досконально описано в ГОСТе на проволоку, при этом контрольных образцов берите несколько по длине бухты потому, что проволока может быть насколько плохая, что ее свойства могут изменяться по длине в пределах одной бухты, тем более у вас не все пружины одинаково плохи, а только около половины, так что работа вас ждет серьезная.

2. Неравномерный, или неполный нагрев деталей под закалку.

Далее, советую пойти в кузню и посмотреть более внимательно, как происходит процесс термообработки. Советую уточнить, как загружаются детали и как контролируется температура. Если все на глаз, — дальше вопросов нет.

3. Подстуживание при переносе деталей из печи к закалочному баку.

При переносе из печи в масло может происходить охлаждение деталей ниже температуры закалки. Если детали несут к закалочному баку долго и насыпаны они на лопате как попало, или что-то типа того, охлаждение будет непредсказуемым и результат — половина деталей негодные. При этом никакого обезуглераживания происходить не будет и не думайте, оно может происходить, при нагреве под закалку, или ранее, при изготовлении проволоки. Так, как ваши пружины греют под закалку относительно недолго, то большого обезуглераживания, влияющего на работу пружины (не забываем что диаметр проволоки не так уж и мал, 6 мм) не будет, следовательно все дело в проволоке. Что бы поставить все точки в вопросе обезуглераживания, пусть кто-нибудь из металлургов сделает шлиф и посмотрит в микроскоп, причем это нужно сделать до калки и после и опять же, образцов нужно брать несколько по длине бухты.

4. Неравномерное охлаждение в закалочной среде.

Нужно посмотреть процесс. Если кидают в масло лопатой жмутками, — то же вопросов нет.

На процессе мойки и составе закалочного масла советую сильно не заморачиваться, обычно калят в индустриальном масле и моют в водном растворе Лобомида и никаких проблем, все калится отлично и моется до блеска. Тем более у вас только половина брака, если бы марка масла и его состав был принципиален, брака было бы около 100%.

В любом случае, нужно досконально изучить процесс термообработки непосредственно на месте. Потом напишите здесь более подробно. Гадать на кофейной гуще и путаться в догадках мы здесь будем очень долго. Термообработка пружин, — это один из сложнейших процессов термички, это точно.

Аналоги стали 60С2А

В качестве аналогов материала могут применяться:

• японские SUP6, SUP7;
• немецкие 60MnSiCr4, 60SiCr7, 65Si7;
• китайская 0Si2Mn;
• французская 61SiCr7;
• американские стали 9260, G92600.

quote: Originally posted by TENCH:

Я так понял, что она по свойствам ближе к ШХ15 чем к 65Г?

quote: Originally posted by GAU-8A:

С чего бы это? 60С2А класс пружинно-рессорных, господи, ну неужели так сложно погуглить?!

Читайте также:  Марки стали. Расшифровка. Буквенные обозначения легирующих элементов. Группы марок сталей

Т.е. ближе к 65Г? Есть смысл “металки” делать?