Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 12ХН

Сталь конструкционная легированная 12ХН: описание, свойства, применение

Сталь 12ХН – это конструкционная легированная сталь, широко используемая в машиностроении благодаря своей высокой прочности, вязкости и износостойкости. Она относится к классу хромоникелевых сталей и обладает хорошей свариваемостью, что делает ее востребованной в различных отраслях промышленности.

Основные свойства стали 12ХН:

• Высокая прочность: Обеспечивает надежность и долговечность деталей, работающих под высокими нагрузками.
• Повышенная вязкость: Предотвращает хрупкое разрушение при ударных нагрузках и низких температурах.
• Износостойкость: Обеспечивает длительный срок службы деталей, подверженных трению и износу.
• Хорошая свариваемость: Позволяет создавать сложные конструкции методом сварки.
• Прокаливаемость: Способность стали к глубокой закалке, что обеспечивает высокую твердость по сечению детали.
• Обрабатываемость: Хорошо поддается механической обработке, что облегчает изготовление деталей сложной формы.

Расшифровка обозначения марки стали 12ХН:

• 12: Содержание углерода в сотых долях процента (0,12%).
• Х: Легирующий элемент – хром (Cr), около 1%.
• Н: Легирующий элемент – никель (Ni), около 1%.

Отсутствие цифр после букв "Х" и "Н" указывает на содержание легирующих элементов в пределах 1-1,5%.

Химический состав стали 12ХН (ГОСТ 4543-2016):

Элемент	Содержание (%)
Углерод (C)	0.10 - 0.16
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.40 - 0.70
Никель (Ni)	0.80 - 1.10
Хром (Cr)	0.80 - 1.10
Медь (Cu)	до 0.30
Сера (S)	до 0.025
Фосфор (P)	до 0.025

Механические свойства стали 12ХН (ГОСТ 4543-2016) после нормализации и отпуска:

Свойство	Значение	Единица измерения
Предел прочности (временное сопротивление)	690	МПа
Предел текучести	440	МПа
Относительное удлинение	22	%
Относительное сужение	55	%
Ударная вязкость (KCU)	78	Дж/см²
Твердость по Бринеллю (HB)	207

Механические свойства стали 12ХН после цементации, закалки и низкого отпуска:

Свойство	Значение	Единица измерения
Предел прочности (временное сопротивление)	880	МПа
Предел текучести	690	МПа
Относительное удлинение	15	%
Относительное сужение	50	%
Ударная вязкость (KCU)	59	Дж/см²
Твердость сердцевины по Бринеллю (HB)	241
Твердость поверхности после цементации	58-62	HRC

Физические свойства стали 12ХН:

Свойство	Значение	Единица измерения
Плотность	7850	кг/м³
Модуль упругости	205-210	ГПа
Коэффициент линейного расширения (20-100°C)	11.7 * 10⁻⁶	1/°C
Теплопроводность (при 20°C)	46	Вт/(м·°C)
Удельная теплоемкость (при 20°C)	480	Дж/(кг·°C)
Электрическое сопротивление (при 20°C)	0.22	Ом·мм²/м

Области применения стали 12ХН:

Сталь 12ХН широко используется для изготовления деталей, подвергающихся высоким статическим, динамическим и ударным нагрузкам, а также работающих в условиях износа и трения. Основные сферы применения:

• Автомобилестроение:
  • Шестерни и валы коробок передач и редукторов.
  • Детали дифференциалов.
  • Поршневые пальцы.
  • Кулачковые валы.
  • Другие нагруженные детали трансмиссии и ходовой части.
• Тракторостроение:
  • Шестерни и валы редукторов.
  • Детали гусеничного хода.
  • Пальцы и втулки шарнирных соединений.
• Станкостроение:
  • Шестерни и валы приводов.
  • Зубчатые колеса.
  • Шпиндели.
  • Другие детали, требующие высокой прочности и износостойкости.
• Авиационная промышленность:
  • Ответственные детали двигателей и трансмиссий.
  • Компоненты шасси.
• Нефтегазовая промышленность:
  • Детали бурового оборудования.
  • Клапаны и другие элементы трубопроводной арматуры.
• Энергетическое машиностроение:
  • Детали турбин.
  • Шестерни редукторов.
• Производство подшипников:
  • Кольца подшипников (после цементации и закалки).
• Сельскохозяйственное машиностроение:
  • Детали почвообрабатывающей техники.
  • Компоненты приводов.

Виды металлопроката из стали 12ХН:

Сталь 12ХН поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Используется для изготовления валов, осей, шестерен и других деталей, требующих механической обработки.
• Квадрат: Применяется для производства деталей, требующих высокой прочности и жесткости.
• Полоса: Используется для изготовления различных конструкционных элементов.
• Лист: Применяется для производства сварных конструкций и деталей, требующих высокой прочности.
• Поковки и штамповки: Используются для производства сложных деталей с минимальными отходами металла.
• Трубы: Применяются в качестве заготовок для изготовления деталей вращения.

ГОСТы, регламентирующие сталь 12ХН и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 4543-2016. Сталь легированная конструкционная. Марки. - Основной ГОСТ, определяющий химический состав и механические свойства стали 12ХН.
• ГОСТ 2590-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. - Регламентирует сортамент круглого проката из стали 12ХН.
• ГОСТ 2591-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. - Регламентирует сортамент квадратного проката из стали 12ХН.
• ГОСТ 103-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. - Регламентирует сортамент полосового проката из стали 12ХН.
• ГОСТ 19265-73. Прутки и полосы из стали высокой прочности. Технические условия. - Может распространяться на прутки и полосы из стали 12ХН после соответствующей термической обработки.
• ГОСТ 8479-70. Поковки из конструкционной легированной стали. Общие технические условия. - Регламентирует требования к поковкам из стали 12ХН.
• ГОСТ 7566-2018. Металлопродукция. Правила приемки, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. - Общий ГОСТ, регламентирующий правила приемки, маркировки, упаковки, транспортирования и хранения металлопродукции, в том числе из стали 12ХН.
• Могут существовать и другие отраслевые ГОСТы и ТУ, регламентирующие применение стали 12ХН в конкретных изделиях и конструкциях.

Операции в цехах, производящих детали из стали 12ХН:

Процесс изготовления деталей из стали 12ХН включает в себя следующие основные этапы и операции:

1. Заготовительный цех:
   • Резка металла: Рубка, резка пилами, ленточнопильными станками, газокислородная или плазменная резка.
   • Подготовка поверхности: Очистка от окалины, ржавчины и загрязнений (дробеструйная обработка, пескоструйная обработка, химическое травление).
2. Кузнечный цех (при необходимости):
   • Ковка: Формирование заготовок методом ковки на молотах или прессах.
   • Штамповка: Формирование заготовок в штампах.
3. Механический цех:
   • Токарная обработка: Обработка деталей на токарных станках (обточка, подрезка, нарезание резьбы).
   • Фрезерная обработка: Обработка деталей на фрезерных станках (фрезерование плоскостей, пазов, канавок).
   • Сверлильная обработка: Создание отверстий на сверлильных станках.
   • Расточная обработка: Увеличение диаметра отверстий на расточных станках.
   • Шлифовальная обработка: Достижение высокой точности и чистоты поверхности на шлифовальных станках.
   • Зуборезная обработка: Нарезание зубьев на шестернях и зубчатых колесах.
   • Термообработка: Проведение термической обработки для улучшения механических свойств стали (закалка, отпуск, нормализация, цементация).
4. Термический цех:
   • Закалка: Нагрев стали до определенной температуры и быстрое охлаждение для получения высокой твердости.
   • Отпуск: Нагрев закаленной стали до температуры ниже температуры закалки для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости.
   • Нормализация: Нагрев стали до определенной температуры и охлаждение на воздухе для улучшения структуры и механических свойств.
   • Цементация: Насыщение поверхностного слоя стали углеродом для повышения твердости и износостойкости поверхности. Часто применяется для шестерен.
5. Сварочный цех (при необходимости):
   • Сварка: Соединение деталей из стали 12ХН различными способами сварки (ручная дуговая сварка, полуавтоматическая сварка, автоматическая сварка).
6. Контроль качества:
   • Контроль размеров: Проверка размеров деталей на соответствие чертежам.
   • Контроль твердости: Измерение твердости деталей после термической обработки.
   • Металлографический анализ: Исследование микроструктуры стали для оценки качества термической обработки.
   • Ультразвуковой контроль: Выявление внутренних дефектов в деталях.
   • Магнитопорошковый контроль: Выявление поверхностных дефектов в деталях.
7. Сборочный цех:
   • Сборка узлов и механизмов: Соединение деталей в узлы и механизмы.
   • Регулировка и испытания: Проверка работоспособности и соответствия заданным параметрам.
8. Покрасочный цех (при необходимости):
   • Подготовка поверхности: Очистка поверхности перед покраской.
   • Покраска: Нанесение лакокрасочного покрытия для защиты от коррозии и придания товарного вида.

Особенности термической обработки стали 12ХН:

Сталь 12ХН хорошо поддается термической обработке, позволяющей получить широкий спектр механических свойств. Основные виды термической обработки:

• Нормализация: Применяется для улучшения структуры стали после ковки или штамповки.
• Закалка и отпуск: Применяется для повышения прочности и вязкости стали. Режим закалки выбирается в зависимости от требуемых свойств.
• Цементация, закалка и низкий отпуск: Применяется для деталей, требующих высокой твердости поверхности и вязкой сердцевины, таких как шестерни и валы. Цементация проводится при температуре 900-950°C с последующей закалкой и низким отпуском.

Рекомендации по сварке стали 12ХН:

Сталь 12ХН хорошо сваривается различными способами сварки. Рекомендуется предварительный подогрев до температуры 150-200°C и последующий отпуск для снятия сварочных напряжений. При сварке следует использовать электроды или присадочные материалы, предназначенные для сварки легированных сталей.

 

Сталь 12ХН – это надежный и универсальный материал, широко используемый в различных отраслях промышленности благодаря своим высоким механическим свойствам, хорошей свариваемости и технологичности. Правильный выбор режимов термической обработки и сварки позволяет получить детали с оптимальными характеристиками для конкретных условий эксплуатации. Знание стандартов и ГОСТов, регламентирующих использование стали 12ХН, обеспечивает качество и надежность производимой продукции.