Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 12ХН2

Сталь конструкционная легированная 12ХН2: описание, свойства, применение

Сталь 12ХН2 – это высококачественная конструкционная легированная сталь, обладающая уникальным сочетанием прочности, вязкости и износостойкости. Благодаря своим выдающимся характеристикам, она нашла широкое применение в различных отраслях промышленности, от машиностроения до авиастроения.

Свойства стали 12ХН2:

• Высокая прочность: Обеспечивает устойчивость к высоким нагрузкам и деформациям.
• Ударная вязкость: Гарантирует надежность при динамических нагрузках и вибрациях.
• Износостойкость: Продлевает срок службы деталей, работающих в условиях трения.
• Прокаливаемость: Позволяет получать детали с высокой твердостью на значительную глубину.
• Свариваемость: Ограниченная, требует предварительного подогрева и последующей термообработки.
• Обрабатываемость: Хорошая обрабатываемость резанием в отожженном состоянии.

Химический состав стали 12ХН2 (ГОСТ 4543-71):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.10 - 0.16
Хром (Cr)	0.80 - 1.10
Никель (Ni)	1.20 - 1.70
Марганец (Mn)	0.30 - 0.60
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Сера (S)	≤ 0.025
Фосфор (P)	≤ 0.025
Медь (Cu)	≤ 0.30

Расшифровка обозначения:

• 12: Указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0.12%).
• Х: Обозначает наличие хрома в составе стали.
• Н: Обозначает наличие никеля в составе стали.
• 2: Указывает на примерное содержание никеля в процентах (около 2%).

Механические свойства стали 12ХН2 (ГОСТ 4543-71):

Механические свойства стали 12ХН2 зависят от режима термической обработки. Приведем примерные значения для различных состояний:

1. Нормализация + Отпуск:

• Предел прочности (σ_в): 830 - 980 МПа
• Предел текучести (σ_т): 640 - 780 МПа
• Относительное удлинение (δ₅): 17 - 20%
• Относительное сужение (ψ): 50 - 60%
• Ударная вязкость (KCU): 78 - 98 Дж/см²
• Твердость HB: 241 - 285

2. Закалка + Высокий Отпуск:

• Предел прочности (σ_в): 690 - 830 МПа
• Предел текучести (σ_т): 540 - 690 МПа
• Относительное удлинение (δ₅): 22 - 25%
• Относительное сужение (ψ): 65 - 70%
• Ударная вязкость (KCU): 98 - 118 Дж/см²
• Твердость HB: 207 - 241

Расшифровка обозначений:

• σ_в (Предел прочности): Максимальное напряжение, которое материал может выдержать до начала разрушения.
• σ_т (Предел текучести): Напряжение, при котором материал начинает деформироваться пластически, без увеличения нагрузки.
• δ₅ (Относительное удлинение): Процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к его первоначальной длине.
• ψ (Относительное сужение): Процентное уменьшение площади поперечного сечения образца после разрыва по отношению к его первоначальной площади.
• KCU (Ударная вязкость): Мера сопротивления материала разрушению под действием ударной нагрузки. Измеряется в Джоулях на квадратный сантиметр (Дж/см²).
• HB (Твердость по Бринеллю): Мера сопротивления материала вдавливанию индентора (шарика) под определенной нагрузкой.

Физические свойства стали 12ХН2:

• Плотность: 7850 кг/м³
• Модуль упругости: 2.06 x 10⁵ МПа
• Коэффициент линейного расширения: 11.7 x 10^-6 / °C (в диапазоне 20-100 °C)
• Теплопроводность: 41 Вт/(м·°C)
• Удельная теплоемкость: 462 Дж/(кг·°C)
• Электрическое сопротивление: 0.24 Ом·мм²/м

Сферы применения стали 12ХН2:

Благодаря своим высоким механическим свойствам, сталь 12ХН2 широко используется для изготовления:

• Ответственных деталей машиностроения:
  • Шестерни и валы редукторов, работающих при высоких нагрузках.
  • Кулачковые валы двигателей.
  • Поршневые пальцы.
  • Зубчатые колеса.
  • Другие детали, подвергающиеся высоким динамическим нагрузкам и износу.
• Деталей авиационной промышленности:
  • Компоненты авиационных двигателей.
  • Детали шасси.
  • Другие нагруженные элементы конструкции.
• Деталей бурового оборудования:
  • Элементы буровых штанг.
  • Детали насосов.
  • Другие компоненты, работающие в условиях повышенного износа и коррозии.
• Крупных кованых деталей:
  • Валы.
  • Диски.
  • Кольца.
• Цементируемых деталей:
  • Шестерни.
  • Валы.
  • Пальцы.
  • Втулки.

Сталь 12ХН2 особенно эффективна в тех случаях, когда требуется высокая прочность в сочетании с ударной вязкостью и износостойкостью. Цементация позволяет повысить твердость поверхности, что особенно важно для деталей, подвергающихся интенсивному трению.

Виды металлопроката из стали 12ХН2:

Сталь 12ХН2 поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используемый для изготовления деталей вращения.
• Квадрат: Применяется для производства различных крепежных элементов и деталей общего назначения.
• Поковка: Используется для изготовления крупных деталей сложной формы.
• Лист: Реже используется, но может применяться для изготовления сварных конструкций.
• Трубы: Применяются в гидравлических системах и других областях.

ГОСТы, регламентирующие сталь 12ХН2 и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 4543-71: Сталь легированная конструкционная. Марки. (Основной стандарт, определяющий химический состав и общие требования к стали 12ХН2).
• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент.
• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент.
• ГОСТ 1133-71: Сталь кованая круглая и квадратная. Сортамент.
• ГОСТ 8479-70: Поковки из конструкционной легированной и нелегированной стали. Общие технические условия.
• ГОСТ 1050-2013: Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия. (Этот ГОСТ может применяться в части требований к качеству поверхности и другим общим требованиям).
• ГОСТ 7566-2018: Металлопродукция. Приемка, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение.
• ГОСТ 14959-2016: Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной и легированной конструкционной стали. Общие технические условия. (В части требований к качеству поверхности).
• Другие ГОСТы на отдельные виды металлопродукции и заготовок. Необходимо уточнять в зависимости от конкретного вида проката.

Операции в цехах с использованием материалов из стали 12ХН2:

Сталь 12ХН2 применяется на различных этапах производства, включая:

• Металлургическое производство:
  • Плавка стали: В электропечах или конвертерах с последующим легированием.
  • Разливка стали: В слитки или на машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
• Кузнечно-прессовое производство:
  • Ковка: Формирование заготовок требуемой формы и размеров путем пластической деформации под действием ударов или давления.
  • Штамповка: Изготовление деталей с высокой точностью размеров и формы в специальных штампах.
  • Прессование: Получение профилей и заготовок путем выдавливания металла через отверстие в матрице.
• Механообрабатывающее производство:
  • Токарная обработка: Обработка деталей вращения (валов, осей, дисков) на токарных станках.
  • Фрезерная обработка: Обработка плоских и фасонных поверхностей фрезами на фрезерных станках.
  • Сверление: Получение отверстий в деталях.
  • Шлифование: Финишная обработка поверхностей для достижения высокой точности и шероховатости.
  • Зубонарезка: Нарезание зубьев на шестернях и зубчатых колесах.
• Термическая обработка:
  • Отжиг: Снятие внутренних напряжений в металле и улучшение обрабатываемости.
  • Нормализация: Улучшение структуры стали и повышение ее прочности.
  • Закалка: Повышение твердости и прочности стали путем нагрева до высокой температуры и быстрого охлаждения.
  • Отпуск: Снижение хрупкости закаленной стали и придание ей требуемых механических свойств.
  • Цементация: Насыщение поверхности стали углеродом для повышения твердости и износостойкости. Особенно важна для стали 12ХН2, так как позволяет значительно улучшить ее эксплуатационные характеристики в условиях трения.
• Сварочное производство:
  • Сварка: Соединение металлических деталей путем сплавления. Сварка стали 12ХН2 требует предварительного подогрева и последующей термообработки для предотвращения образования трещин.
• Контроль качества:
  • Визуальный контроль: Осмотр деталей на наличие дефектов поверхности.
  • Измерение размеров: Проверка соответствия размеров деталей чертежам.
  • Контроль твердости: Определение твердости металла различными методами (Бринелль, Роквелл, Виккерс).
  • Ультразвуковой контроль: Выявление внутренних дефектов в металле.
  • Магнитопорошковый контроль: Выявление поверхностных и подповерхностных дефектов в ферромагнитных материалах.
  • Химический анализ: Определение химического состава стали.
  • Механические испытания: Определение механических свойств стали (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, ударная вязкость).

В заключение, сталь 12ХН2 – это универсальный материал с широким спектром применения. Ее уникальные свойства делают ее незаменимой для изготовления ответственных деталей, работающих в тяжелых условиях эксплуатации. Правильный выбор режима термической обработки и соблюдение технологических процессов позволяют максимально реализовать потенциал этой стали и обеспечить надежную и долговечную работу изготавливаемых из нее деталей.