Характеристика стали 30ХРА

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.

2.2 Фазовый состав и микроструктура.

Физические свойства.

Ковка.

Рекомендуемые режимы закалки.

Рекомендуемые режимы отпуска.

Закалка.

Температура нагрева стали для изготовления рычага.

Твердость материала после отжига HB =241 МПа

2.8. Механические характеристики сталь 30ХРА ГОСТ 4543-71.

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.

3. Вид термической обработки, обосновать в зависимости от механических свойств необходимых для работы детали, сделанной из стали 30ХРА.

Термическая обработка металлов – это определенный временной цикл нагрева и охлаждения, которому подвергают металлы для изменения их физических свойств. Термообработка в обычном смысле этого термина проводится при температурах, не достигающих точки плавления. Процессы плавления и литья, оказывающие существенное влияние на свойства металла, в это понятие не включаются. Изменения физических свойств, вызываемые термической обработкой, обусловлены изменениями внутренней структуры и химических соотношений, происходящими в твердом материале. Циклы термической обработки представляют собой различные комбинации нагрева, выдерживания при определенной температуре и быстрого или медленного охлаждения, соответствующие тем структурным и химическим изменениям, которые требуется вызвать.

Для инструментов из стали 30ХРА требуется высокая твердость не только в холодном состоянии, но при повышенных температурах.

Продолжительность выдержки при отжиге 1-1,5 часа после нагрева всей садки.

Высокий отпуск применяют: для снятия наклепа после холодной пластической деформации (так называемый рекристаллизационный отжиг); для снятия внутренних напряжений от обработки резанием, предшествующей закалке; перед повторной закалкой изделий, имеющих пониженную твердость после термической обработки.

Продолжительность выдержки при высоком отпуске 0,5-1 час после нагрева всей садки.

Нормализацию применяют для измельчения зерна перегретой стали и для получения повышенной чистоты поверхности при обработке резанием в тех случаях, когда сталь имеет твердость HRC<160.

Нагрев при нормализации можно производить