Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 19ХГН

Сталь конструкционная легированная 19ХГН: описание, свойства, применение

Сталь 19ХГН – это конструкционная легированная сталь, обладающая высокой прочностью, износостойкостью и вязкостью. Благодаря своему сбалансированному химическому составу и комплексу механических свойств, эта марка широко используется в различных отраслях промышленности для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях высоких нагрузок, ударных воздействий и переменных температур.

Химический состав стали 19ХГН

Химический состав стали 19ХГН регламентируется ГОСТ 4543-2016 (Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия). Основные элементы, входящие в состав стали, и их процентное содержание представлены в таблице:

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.16 - 0.22
Хром (Cr)	0.80 - 1.10
Марганец (Mn)	0.70 - 1.00
Никель (Ni)	1.20 - 1.60
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Сера (S)	≤ 0.025
Фосфор (P)	≤ 0.025
Медь (Cu)	≤ 0.30
Мышьяк (As)	≤ 0.08

Расшифровка обозначения марки стали 19ХГН:

• 19 - указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0.19%).
• Х - указывает на наличие хрома в составе стали.
• Г - указывает на наличие марганца в составе стали.
• Н - указывает на наличие никеля в составе стали.

Цифры, стоящие после букв, указывают на приблизительное процентное содержание легирующего элемента. В данном случае, содержание хрома около 1%, марганца около 1%, никеля около 1.5%. Отсутствие цифры после буквы означает содержание элемента около 1% или менее.

 

Механические свойства стали 19ХГН

Механические свойства стали 19ХГН зависят от режима термической обработки. Для получения оптимального сочетания прочности и пластичности применяются различные виды термообработки, такие как закалка и отпуск.

Примеры механических свойств стали 19ХГН после закалки и отпуска:

Характеристика	Значение
Предел прочности (временное сопротивление), σв, МПа	980 - 1180
Предел текучести, σт, МПа	785 - 980
Относительное удлинение, δ5, %	12 - 16
Относительное сужение, ψ, %	45 - 55
Ударная вязкость, KCU, Дж/см²	78 - 98
Твердость по Бринеллю, HB	269 - 321

 

Расшифровка обозначений механических свойств:

• σ_в - Предел прочности (временное сопротивление) – это максимальное напряжение, которое материал может выдержать до начала разрушения.
• σ_т - Предел текучести – это напряжение, при котором материал начинает деформироваться без увеличения нагрузки.
• δ₅ - Относительное удлинение – это процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к его первоначальной длине. Характеризует пластичность материала.
• ψ - Относительное сужение – это процентное уменьшение площади поперечного сечения образца после разрыва по отношению к его первоначальной площади. Характеризует пластичность материала.
• KCU - Ударная вязкость – это способность материала сопротивляться разрушению под воздействием ударных нагрузок. Определяется количеством энергии, необходимой для разрушения образца с надрезом.
• HB - Твердость по Бринеллю – это показатель сопротивления материала вдавливанию твердого тела (шарика) под определенной нагрузкой.

 

Физические свойства стали 19ХГН

Физические свойства стали 19ХГН также важны для определения ее пригодности к конкретным условиям эксплуатации.

Характеристика	Значение
Плотность, ρ, кг/м³	7850
Модуль упругости первого рода, E, ГПа	206
Коэффициент линейного расширения, α, 1/°С (20-100°С)	11.7 x 10-6
Теплопроводность, λ, Вт/(м·°С)	34
Удельная теплоемкость, c, Дж/(кг·°С)	480
Электрическое сопротивление, ρ, мкОм·м	0.24

Расшифровка обозначений физических свойств:

• ρ - Плотность – масса вещества, содержащаяся в единице объема.
• E - Модуль упругости первого рода (модуль Юнга) – характеризует сопротивление материала деформации при растяжении или сжатии.
• α - Коэффициент линейного расширения – характеризует изменение размеров материала при изменении температуры.
• λ - Теплопроводность – характеризует способность материала проводить тепло.
• c - Удельная теплоемкость – количество тепла, необходимое для нагревания единицы массы вещества на один градус.
• ρ - Электрическое сопротивление – характеризует способность материала сопротивляться прохождению электрического тока.

 

Области применения стали 19ХГН

Благодаря своим высоким механическим свойствам, сталь 19ХГН широко применяется в различных отраслях промышленности, в частности:

• Машиностроение: Изготовление тяжелонагруженных деталей, таких как валы, шестерни, оси, шатуны, кулачки, диски, зубчатые колеса и другие детали, подвергающиеся высоким динамическим и ударным нагрузкам.
• Автомобилестроение: Производство деталей трансмиссии, рулевого управления, подвески и других ответственных узлов автомобилей.
• Авиационная промышленность: Изготовление деталей двигателей, шасси и других компонентов самолетов и вертолетов.
• Нефтегазовая промышленность: Производство бурового оборудования, насосов, компрессоров и других деталей, работающих в условиях высоких давлений и агрессивных сред.
• Судостроение: Изготовление валов, зубчатых передач, деталей рулевого управления и других компонентов судовых механизмов.
• Производство подшипников: Используется для изготовления колец и тел качения подшипников, работающих в условиях высоких нагрузок и скоростей.
• Горнодобывающая промышленность: Изготовление деталей горно-шахтного оборудования, подверженных интенсивному износу и ударным нагрузкам.
• Транспортное машиностроение: Производство деталей вагонов, локомотивов и другой железнодорожной техники.

 

Виды металлопроката из стали 19ХГН

Сталь 19ХГН поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Используется для изготовления валов, осей, шестерен и других деталей, требующих высокой прочности и износостойкости.
• Квадрат: Применяется для изготовления различных деталей общего назначения, а также заготовок для дальнейшей обработки.
• Полоса: Используется для изготовления рессор, пружин, а также других плоских деталей.
• Лист: Применяется для изготовления сварных конструкций, корпусов, обшивок и других деталей, требующих высокой прочности и устойчивости к деформациям.
• Трубы: Используются для изготовления трубопроводов, работающих под высоким давлением, а также для изготовления деталей машин и механизмов.
• Поковки и штамповки: Используются для изготовления деталей сложной формы с высокими требованиями к прочности и точности размеров.

 

ГОСТы, регламентирующие сталь 19ХГН и металлопрокат из нее

На сталь 19ХГН и металлопрокат из нее распространяются следующие ГОСТы:

• ГОСТ 4543-2016: Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия. (Основной ГОСТ, определяющий химический состав и механические свойства стали 19ХГН).
• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. (Распространяется на круглый прокат из стали 19ХГН).
• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. (Распространяется на квадратный прокат из стали 19ХГН).
• ГОСТ 103-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. (Распространяется на полосовой прокат из стали 19ХГН).
• ГОСТ 1577-93: Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной и легированной стали. Общие технические условия. (Распространяется на листовой прокат из стали 19ХГН).
• ГОСТ 19281-2014: Прокат повышенной прочности. Общие технические условия. (Применяется, если к прокату из стали 19ХГН предъявляются повышенные требования по прочности).
• ГОСТ 8479-70: Поковки из конструкционной легированной и инструментальной стали. Общие технические условия. (Распространяется на поковки из стали 19ХГН).
• ГОСТ 7566-2018: Металлопродукция. Приемка, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. (Определяет правила приемки, маркировки, упаковки, транспортирования и хранения металлопродукции из стали 19ХГН).

Также, в зависимости от конкретной области применения, на металлопрокат из стали 19ХГН могут распространяться дополнительные стандарты и технические условия, определяющие специальные требования к качеству, размерам и допускам.

 

Операции в цехах с использованием стали 19ХГН

Сталь 19ХГН используется в различных операциях в цехах, в зависимости от конкретного производства:

• Механическая обработка (механообработка):
  • Токарная обработка: Изготовление валов, осей, шестерен и других деталей вращения на токарных станках. Требуется соблюдение режимов резания из-за высокой прочности стали.
  • Фрезерная обработка: Изготовление корпусных деталей, зубчатых колес, кулачков и других деталей сложной формы на фрезерных станках.
  • Шлифование: Доводка деталей до требуемой точности размеров и шероховатости поверхности после термической обработки.
  • Сверление и расточка: Создание отверстий в деталях для крепежа или других целей.
• Термическая обработка (термообработка):
  • Закалка: Нагрев стали до определенной температуры с последующим быстрым охлаждением (обычно в масле или воде) для повышения твердости и прочности. Для стали 19ХГН обычно применяется закалка в масле.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до более низкой температуры для снятия внутренних напряжений и повышения пластичности и вязкости. Выбор температуры отпуска зависит от требуемых механических свойств.
  • Нормализация: Нагрев стали до определенной температуры с последующим охлаждением на воздухе для улучшения структуры и снятия внутренних напряжений после механической обработки.
  • Цементация: Насыщение поверхностного слоя стали углеродом для повышения твердости и износостойкости. Применяется для деталей, работающих в условиях интенсивного износа, таких как зубчатые колеса.
  • Азотирование: Насыщение поверхностного слоя стали азотом для повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости. Применяется для деталей, работающих в условиях трения и высоких температур.
• Сварочные работы (сварка):
  • Сварка деталей из стали 19ХГН для создания сварных конструкций. При сварке необходимо использовать специальные сварочные материалы и режимы сварки, чтобы избежать образования трещин и снижения прочности сварного соединения. Часто требуется предварительный подогрев и последующая термообработка сварного соединения.
• Кузнечно-прессовое производство (ковка и штамповка):
  • Изготовление поковок и штамповок из стали 19ХГН для получения деталей сложной формы с высокими механическими свойствами.
  • Горячая штамповка: Штамповка нагретой заготовки в штампе под давлением.
  • Свободная ковка: Формовка заготовки с помощью кузнечного инструмента.
• Литейное производство (литье):
  • Изготовление отливок из стали 19ХГН для получения деталей сложной формы, которые невозможно или нецелесообразно изготавливать другими способами. Однако, литье из стали 19ХГН применяется редко из-за более высоких требований к механическим свойствам, достигаемым ковкой или штамповкой.
• Гальваническое производство (покрытия):
  • Нанесение гальванических покрытий (например, цинкование, хромирование, никелирование) на детали из стали 19ХГН для защиты от коррозии и придания им декоративного вида.

 

Выбор конкретных операций и режимов обработки зависит от требований к готовой детали, ее размеров, формы и условий эксплуатации. При работе со сталью 19ХГН необходимо учитывать ее склонность к закалке и отпуску, а также необходимость проведения термической обработки для достижения оптимальных механических свойств. Также, важно соблюдать требования безопасности и использовать соответствующие средства индивидуальной защиты при выполнении различных операций.