Характеристики и применение стали 30ХГСА

30ХГСА – расшифровка марки стали

Сталь 30ХГСА относится к группе легированных сталей. Состав ее регламентируется ГОСТом 4543-71, согласно которому каждая буква и цифра обозначает определенное содержание определенных химических элементов:

• Цифра 30 означает содержание углерода 0,28-0,34%. Углерод повышает твердость и прочность в сталях, но снижает пластичность и свариваемость.
• Х – хром (0,8-1,1%) повышает закаливаемость, коррозионную стойкость и жаропрочность сплава. Положительно влияет на сопротивление абразивному износу.
• Г – марганец (0,8-1,1%) удаляет вредные примеси кислорода и серы. Снижает риск образования окалин и трещин во время термообработки. Повышает качество поверхности. Помимо этого, способствует увеличению сталью пластичности и свариваемости.
• С – кремний также как марганец является сильным раскислителем. Повышает пластичность, не снижая при этом прочность. Увеличивает восприимчивость стали к термической обработке.
• Буква «А» расшифровывается как улучшенная. Это означает, что сталь прошла закалку с высоким отпуском. Особенности проведения закалки заключаются в нагреве стали до температуры 870 ºС и в последующем быстром охлаждении в масле или воде. Таким образом, происходит трансформация внутренней структуры, что способствует повышению механических характеристик 30ХГСА в 2,9 раза. Закалочные напряжения снимаются высоким отпуском: нагревом до 540-560 ºС. Помимо снятия напряжения, параллельно происходит увеличение упругих свойств.
• Сера (до 0,25%) и фосфор (до 0,25%) относятся к категории вредных примесей. Размеры их молекул слишком большие по сравнению со всеми вышеперечисленными элементами. Встраиваясь в кристаллическую сетку стали, сера и фосфор снижают ее устойчивость, тем самым снижая прочность сплава.
• Также в составе 30ХГСА имеется некоторый процент меди и никеля. Но их содержание настолько мало, что они не оказывают влияния на характеристики стали.

30ХГСА – это российское обозначение марки стали.

Аналоги

Существует следующие зарубежные аналоги:

• Польша 30HGSA.
• Болгария 30ChGSA.
• Чехия 14331.

Читать также: Как отремонтировать батарею шуруповерта

Сталь марки 30ХГСА — характеристики, расшифровка, применение

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.

Сортамент продукции

• Трубы.
• Заготовки кованые и поковка.
• Полосовое железо.
• Листы – толстые и тонкие.
• Прокат – сортовой, фасонный.
• Прутки калиброванные и шлифованные.

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.

Прокаливаемость

Твердость HRCэ.
Расстояние от торца, мм / HRC э

Кол-во мартенсита, %Крит.диам. в воде, ммКрит.диам. в масле, ммКрит. твердость, HRCэ

Сталь 30ХГСА. Физические свойства

Температура испытания, °СМодуль нормальной упругости, Е, ГПаПлотность, pn, кг/см3Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)Уд. электросопротивление (p, НОм · м)Температура испытания, °СКоэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С))

Химические свойства

Маркировка 30ХГСА не относится к категории коррозионностойких материалов. Под влиянием водной среды на поверхности сплава начинает проступать ржавчина.

Коррозионностойкость повышают путем использования специальных гальванических покрытий на основе хрома и цинка. Нанесение их осуществляется методом электролиза.

Сферы использования

Сталь марки 30ХГСА активно применяется в разных отраслях промышленности.

Чаще всего её используют для производства крепёжных элементов, которые распространены при строительстве различных зданий и сооружений.

Особенности этой стали позволяют им выдерживать возникающие переменные нагрузки. Однако из-за низкой устойчивости к коррозии такие крепёжные элементы имеют ограничения по местам использования.

В самолётостроении данный сплав применяется при производстве фланцев, валов и иных деталей. Он не подходит для изготовления ответственных деталей – только для расходных элементов.Также сплав приобрёл большую популярность в машиностроении. Именно там металлическим изделиям приходится испытывать регулярные переменные нагрузки.

Технологические свойства

Высокая пластичность стали позволяет применять для ее обработки штамповку и ковку.

Упругие свойства стали также способствуют резанию: фрезерование, зенкерование и прочее. Для увеличения производительности данного процесса сталь предварительно отжигают.

30ХГСА относится ко 2-ой группе свариваемости. Особенности проведения сварки заключаются в необходимости прогрева стали до 250 ºС, что позволяет снизить вероятность образования трещин. При соблюдении данных условий сварные швы способны выдерживать нагрузку от 300 до 490 МПа в зависимости от типа нагрузки.

Применение

• Сварные конструкции.
• Каркасные обшивки, цельные корпуса.
• Элементы крепежа.
• Лопасти вентиляторов.
• Оси, рычаги, валы и многое другое.

Цена

такого легирующего элемента как хром повышает стоимость 30ХГСА на рынке вторичного металла. Цена килограмма стального лома составляет 40-50 рублей. Это выше, чем у обычной углеродистой стали, но ниже чем у нержавейки. Более точное значение стоимости зависит от таких факторов как:

• Качество поверхности лома.
• Объем поставки.
• Габариты лома.

:

/5 —

Механические характеристики

Марка 30ХГСА от обычных конструкционных сталей отличается повышенным значением прочности и устойчивости к ударным нагрузкам. Предел текучести равен 820 МПа. Для сравнения, нержавейка 12Х18Н10Т «течет» уже при 400 МПа. Полное разрушение стали происходит при нагрузке 980 МПа. Ударная вязкость составляет 127 КДжм2.

Обладает высокими пластичными свойствами: относительное удлинение 11%, а сужение 50%. Устойчива при работе в условиях переменных нагрузок. Предел выносливости 30ХГСА больше стали 45 ровно в 2 раза и имеет значение 490 МПа. Износоустойчива. Твердость находится в пределах 45-50 единиц по шкале Роквелла.

Сталь сохраняет свои механические характеристики при температуре вплоть до 400 С.

Термообработка сплава 30ХГСА

Для улучшения эксплуатационных характеристик получаемых изделий проводится термическая обработка, за счет чего происходит повышение прочности и твердости. Для стали 30ХГСА применяется следующая термообработка:

• Закалка направлена на изменение качеств поверхностного слоя. Рекомендуется проводить закалку стали при температуре 880 градусов Цельсия. Охлаждение проводится в масле, что позволяет исключить вероятность появления поверхностных и структурных деформаций.
• Закалка предусматривает перестроение кристаллической решетки. Подобный процесс становится причиной появления внутренних напряжений, которые в дальнейшем приводят к появлению структурных трещин. Отпуск при температуре 540 градусов Цельсия позволяет решить подобную проблему. Низкая температура нагрева позволяет в качестве охлаждающей среды применять воду.
• Ковка улучшает структуру материала. Вначале процесса заготовка нагревается до температуры 1240 градусов Цельсия. Охлаждение проводится на открытом воздухе или в другой среде – все зависит от того, какого размера заготовка.

Для улучшения качеств материала могут применять самое различное оборудование. Особенности химического состава определяет то, что обработка заготовок проводится при применении специального оборудования.

Технологические свойства

Высокая пластичность стали позволяет применять для ее обработки штамповку и ковку.

Упругие свойства стали также способствуют резанию: фрезерование, зенкерование и прочее. Для увеличения производительности данного процесса сталь предварительно отжигают.

30ХГСА относится ко 2-ой группе свариваемости. Особенности проведения сварки заключаются в необходимости прогрева стали до 250 ºС, что позволяет снизить вероятность образования трещин. При соблюдении данных условий сварные швы способны выдерживать нагрузку от 300 до 490 МПа в зависимости от типа нагрузки.

Применение

Сталь 30ХГСА, применение которой связано с химическим составом и основными качествами, встречается в различных отраслях промышленности. Чаще всего легированная сталь используется в нижеприведенных случаях:

• В строительной области получили большое распространение крепежные элементы, которые эксплуатируются при переменных нагрузках. Невысокая коррозионная стойкость определяет то, что крепежные материалы могут использоваться только при защите устройства.
• В авиастроении используется сплав в качестве расходного материала при изготовлении валов, фланцев и прочих деталей. Стоит учитывать, что сплав не используют при создании ответственных элементов.
• В машиностроительной области применяется при создании элементов, которые работают при постоянных или переменных нагрузках.

Стоимость используемого сырья во многом зависит от того, какой лом использовался. В продаже встречаются зарубежные аналоги, к примеру, 14331 (Чехия) и 30ChGSA (Болгария). Их химический состав и основные качества во многом схожи.

Типы применения

Благодаря всем вышеперечисленным характеристикам 30ХГСА имеет огромное практическое применение для разных отраслей промышленности:

• В строительстве из 30ХГСА делают крепеж, на который воздействует знакопеременный изгиб. Сюда относят анкерные болты, гайки, шпильки и прочее.
• До сих пор в авиастроении применяют как материал для изготовления расходных деталей самолетов: фланцы, валы и прочее.
• В машиностроении 30ХГСА нашла применение при производстве высокоответственных изделий, работающих в условиях переменных нагрузок: зубчатые передачи, шпиндели, валы, толкатели и т.д.

Читать также: Измельчитель мусора садовый своими руками

Содержание такого легирующего элемента как хром повышает стоимость 30ХГСА на рынке вторичного металла. Цена килограмма стального лома составляет 40-50 рублей. Это выше, чем у обычной углеродистой стали, но ниже чем у нержавейки. Более точное значение стоимости зависит от таких факторов как:

• Качество поверхности лома.
• Объем поставки.
• Габариты лома.

Оцените статью:

Химический состав,% (ГОСТ 4543—71)

Назначение — различные улучшаемые детали валы, оси, зубчатые колеса, фланцы корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин, работающие при температуре до 200°С, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах

Состояние стали и термообработка

Температура ковки,°С: начала 1240, конца 800. Сечения до 50 мм охлаждаются на воздухе, 51—100 мм — в ящиках.

Свариваемость — ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, АрДС, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.

Обрабатываемость резанием — в горячекатаном состоянии при НВ 207—217 и в=710 МПа, Кv б. ст. = 0. 75; Кv тв. спл,=0, 85.

Механические свойства при повышенных температурах

Пруток. Закалка880°С, масло. Отпуск 560°С

Образец диаметром 5 мм, длиной 25 мм, прокатанный. Скорость деформирования 2 мм/мин. Скорость деформации 0, 0013 1/с

Прокаливаемость (ГОСТ 4543—71)

Расстояние от торца, мм

Критическая твердость, HRCэ

Критический диаметр, мм

Влияние легирующих элементов.

Хром растворяется в феррите и цементите, оказывая благоприятное воздействие на механические свойства стали: повышает прочность и вязкость (не значительно), а при термообработке хладостойкость; повышает температуру закалки и отпуска, значительно увеличивает прокаливаемость (за счет упрочнения феррита и повышения стабильности карбидов типа Ме3С); уменьшает склонность к росту зерна при нагреве (из-за образования карбидов легирующих элементов повышенной устойчивости).

Марганец упрочняет феррит и повышает стабильность карбидов типа Ме3С, из-за чего происходит значительное повышение прочности и небольшое повышение вязкости; несколько повышается температура закалки и отпуска, существенно увеличивается прокаливаемость, а так же повышается чувствительность к перегреву.

Читать также: Какая стиральная машина бош самая лучшая

Кремний положительно влияет на структуру, механические и технологические свойства стали: снижает критическую скорость охлаждения и увеличивает прокаливаемость; уменьшает скорость распада мартенсита; сильно упрочняя феррит, повышает прочность, твердость и упругие свойства стали; увеличивает сопротивление коррозии; снижает вязкость. Такое влияние кремния на свойства связано с его воздействием на матричную фазу (-раствор) и карбиды. Кремний способен создавать в твердом растворе направленные ионные связи, которые должны увеличивать напряжения трения в кристаллической решетке и тем самым повышать сопротивление движению дислокаций, особенно при малых пластических деформациях (упрочняющий эффект).

Недостатки стали 30ХГСА: 1)

флокеночувствительна(для предупреждения при горячем деформировании рекомендуется длительная выдержка при 250С) ;
2)
склонна к отпускной хрупкости(предотвращается более быстрым охлаждением при отпуске, а при высоком отпуске можно обойтись добавлением 0,3%Mo или 1%W);
3)
ограниченная свариваемость.

Свойства конструкционной среднелегированной стали могут быть улучшены путем дополнительного легирования. Кроме стали 30ХГСА применяют стали 30ХГСНА, 30ХГТ, 30Х5МСФА.

Легирующие элементы – кремний и марганец – сильно упрочняют феррит и способствуют повышению характеристик прочности стали после термимической обработки. Влияние дополнительного легирования хромом, молибденом, ванадием, никелем проявляется прежде всего в уменьшении критической скорости охлаждения и повышении прокаливаемости; никель уменьшает размер зерна. Карбидообразущие элементы – хром, молибден и ванадий – предупреждают обезуглероживание при нагреве под закалку. Кроме того, введение молибдена и ванадия способствует дальнейшему повышению прочности, так как приводит к образованию высокодисперсных частиц карбида МС (на основе VС ) при распаде мартенсита в процессе отпуска.

Сталь 30хгса: применение

Этот высококачественный конструкционный сплав изначально был разработан для авиационной промышленности. Инженеры Всероссийского Института Авиационных Материалов совершили настоящий прорыв, создав сталь, которой и сегодня тяжело найти достойный аналог. Из неё производили и продолжают производить детали для самолетов: фланцы, оси, валы, элементы обшивки и т.п.

Сталь 30хгса демонстрирует свои отменные качества, находясь в условиях низких температур (до 200 о С) и знакопеременных нагрузок. Отменные качества хромансиля сделали его популярным не только в авиа-, но и в машиностроении, где сплав 30хгса идёт на изготовление различных улучшаемых деталей: рычагов подвесок, толкателей, разнообразных сварных конструкций и т.д. В качестве аналогов металла данной марки чаще всего используются сплавы 25хгса, 35хгса 35хм, 40хфа и 40хн.

В настоящее время приобрести сталь 30хгса можно в виде проката, выпущенного согласно ГОСТам:

• ГОСТы 1051-73, 7417-75, 8559-75, 8560-78 и 10702-78 – калиброванный пруток
• ГОСТ 14955-77 – серебрянка и шлифованный пруток
• ГОСТы 13663-68, 9567-75, 8734-75, 21729-76, 8732-78, 8731-87 и 8733-87 – трубы
• ГОСТ 11268-76 – лист тонкий
• ГОСТ 11269-76 – лист толстый
• ГОСТы 8479-70 и 1133-71 – поковки и кованые заготовки
• ГОСТ 103-76 – полосы