Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 20Х2Н4А

Сталь конструкционная легированная 20Х2Н4А: описание, свойства, применение

Сталь 20Х2Н4А – высококачественная конструкционная легированная сталь, обладающая уникальным сочетанием прочности, вязкости и износостойкости. Благодаря своим свойствам, она широко применяется в машиностроении, авиастроении и других отраслях промышленности, где требуется надежность и долговечность деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и температур.

Свойства стали 20Х2Н4А

Сталь 20Х2Н4А характеризуется следующими ключевыми свойствами:

• Высокая прочность: Обеспечивается легированием хромом, никелем и марганцем, что позволяет стали выдерживать значительные нагрузки без деформации и разрушения.
• Высокая вязкость: Благодаря наличию никеля и марганца, сталь обладает хорошей ударной вязкостью, что предотвращает хрупкое разрушение при динамических нагрузках и низких температурах.
• Высокая износостойкость: Хром и другие легирующие элементы образуют карбиды, которые повышают твердость и износостойкость стали, что важно для деталей, подверженных трению и абразивному износу.
• Хорошая прокаливаемость: Обеспечивается легированием, что позволяет получать высокую твердость и прочность в глубоких слоях изделия после термической обработки.
• Свариваемость: Ограниченно свариваемая. Рекомендуется предварительный подогрев и последующая термообработка для снятия напряжений.
• Обрабатываемость: Хорошо поддается механической обработке, что позволяет изготавливать детали сложной формы с высокой точностью.

Химический состав стали 20Х2Н4А (ГОСТ 4543-2016)

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.17 - 0.23
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.30 - 0.60
Никель (Ni)	3.70 - 4.20
Хром (Cr)	1.30 - 1.70
Медь (Cu)	≤ 0.30
Сера (S)	≤ 0.025
Фосфор (P)	≤ 0.025
Мышьяк (As)	≤ 0.08
Ванадий (V)	≤ 0.15

Расшифровка обозначения стали 20Х2Н4А:

• 20: Указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0.20%).
• Х2: Указывает на содержание хрома около 2% (1.30 - 1.70%). Буква "Х" обозначает хром.
• Н4: Указывает на содержание никеля около 4% (3.70 - 4.20%). Буква "Н" обозначает никель.
• А: Указывает на то, что сталь является высококачественной, с более строгими требованиями к содержанию вредных примесей (серы и фосфора).

Механические свойства стали 20Х2Н4А (ГОСТ 4543-2016)

Механические свойства стали 20Х2Н4А зависят от режима термической обработки. Приведем типичные значения для различных состояний:

• После нормализации:
  • Временное сопротивление (σ_в): 880-1080 МПа
  • Предел текучести (σ_т): 680-880 МПа
  • Относительное удлинение (δ₅): 16-18%
  • Относительное сужение (ψ): 50-60%
  • Ударная вязкость (KCU): 80-120 Дж/см²
  • Твердость по Бринеллю (HB): 269-321
• После закалки и высокого отпуска (улучшение):
  • Временное сопротивление (σ_в): 980-1180 МПа
  • Предел текучести (σ_т): 780-980 МПа
  • Относительное удлинение (δ₅): 14-16%
  • Относительное сужение (ψ): 45-55%
  • Ударная вязкость (KCU): 70-100 Дж/см²
  • Твердость по Роквеллу (HRC): 28-35

Физические свойства стали 20Х2Н4А:

• Плотность: 7850 кг/м³
• Модуль упругости: 210 ГПа
• Коэффициент линейного расширения: 11.8 x 10^-6 / °C (20-100°C)
• Теплопроводность: 34 Вт/(м·°C)
• Удельная теплоемкость: 460 Дж/(кг·°C)
• Электрическое сопротивление: 0.22 Ом·мм²/м

Области применения стали 20Х2Н4А:

Сталь 20Х2Н4А благодаря своим высоким механическим свойствам и износостойкости находит широкое применение в различных отраслях промышленности:

• Авиастроение: Изготовление деталей, подверженных высоким нагрузкам и вибрациям, таких как валы, шестерни, крепежные элементы.
• Машиностроение: Производство тяжелонагруженных деталей трансмиссий, двигателей, редукторов (валы-шестерни, коленчатые валы, кулачковые валы, зубчатые колеса, оси, плунжеры, муфты).
• Автомобилестроение: Детали двигателей, трансмиссий и ходовой части, работающие в условиях высоких нагрузок и температур.
• Тяжелое машиностроение: Производство крупных валов, осей и других деталей для тяжелого оборудования.
• Нефтегазовая промышленность: Изготовление бурового оборудования, насосов и других деталей, работающих в агрессивных средах.
• Энергетика: Производство деталей турбин, генераторов и другого энергетического оборудования.
• Производство инструмента: Изготовление высокопрочного инструмента, работающего в условиях интенсивного износа.

Виды металлопроката из стали 20Х2Н4А:

Сталь 20Х2Н4А поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Используется для изготовления валов, осей, шпилек, болтов и других деталей.
• Квадрат: Применяется для производства различных деталей общего назначения.
• Поковка: Используется для изготовления деталей сложной формы, подвергающихся последующей механической обработке.
• Лист: Применяется для изготовления сварных конструкций, деталей корпусов и других элементов.
• Трубы: Используются для транспортировки жидкостей и газов под высоким давлением.

ГОСТы, регламентирующие сталь 20Х2Н4А и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 4543-2016: Сталь легированная конструкционная. Марки. (Основной стандарт, определяющий химический состав, механические свойства и другие характеристики стали 20Х2Н4А).
• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент.
• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент.
• ГОСТ 1050-2013: Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из нелегированной конструкционной качественной и специальной стали. Общие технические условия.
• ГОСТ 8479-70: Поковки из конструкционной легированной и углеродистой стали для машиностроения. Общие технические условия.
• ГОСТ 14959-2016: Прокат сортовой круглый со специальной отделкой поверхности из легированной конструкционной стали. Технические условия.
• ГОСТ 7417-75: Сталь калиброванная круглая. Сортамент.

Операции в цехах с использованием стали 20Х2Н4А:

В производственных цехах сталь 20Х2Н4А используется в различных операциях, связанных с изготовлением деталей и конструкций:

• Механическая обработка:
  • Токарная обработка: Изготовление валов, осей, втулок и других деталей вращения.
  • Фрезерная обработка: Изготовление деталей сложной формы с использованием фрезерных станков.
  • Сверление: Создание отверстий различного диаметра.
  • Шлифование: Достижение высокой точности размеров и шероховатости поверхности.
  • Зубонарезание: Изготовление зубчатых колес и других элементов зубчатых передач.
• Термическая обработка:
  • Закалка: Повышение твердости и прочности стали путем нагрева до определенной температуры и быстрого охлаждения.
  • Отпуск: Снятие внутренних напряжений и повышение пластичности после закалки.
  • Нормализация: Улучшение структуры стали и снятие внутренних напряжений.
  • Цементация: Насыщение поверхностного слоя стали углеродом для повышения твердости и износостойкости.
  • Азотирование: Насыщение поверхностного слоя стали азотом для повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости.
• Сварочные работы:
  • Сварка деталей и конструкций из стали 20Х2Н4А с использованием различных методов сварки (ручная дуговая сварка, автоматическая сварка под флюсом, сварка в защитных газах).
• Ковка и штамповка:
  • Изготовление поковок и штамповок деталей сложной формы.
• Контроль качества:
  • Проведение различных видов контроля (визуальный, ультразвуковой, рентгеновский) для выявления дефектов и обеспечения соответствия требованиям стандартов и технических условий.

Заключение:

Сталь 20Х2Н4А является высококачественным конструкционным материалом, обладающим уникальным сочетанием свойств, что делает ее незаменимой во многих отраслях промышленности. Правильный выбор режима термической обработки и соблюдение технологических процессов позволяют максимально реализовать потенциал этой стали и обеспечить надежную и долговечную работу деталей и конструкций.