Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 20ХГНМ

Сталь конструкционная легированная 20ХГНМ: описание, свойства, применение

Сталь 20ХГНМ – это высококачественная конструкционная легированная сталь, отличающаяся повышенной прочностью, износостойкостью и устойчивостью к ударным нагрузкам. Эти характеристики достигаются благодаря тщательно подобранному химическому составу и специальной термической обработке. Сталь 20ХГНМ широко применяется в различных отраслях промышленности, где требуется надежность и долговечность деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и сложных эксплуатационных режимов.

 

Свойства стали 20ХГНМ:

 

• Высокая прочность: Обеспечивает способность выдерживать значительные статические и динамические нагрузки без деформации и разрушения.
• Износостойкость: Повышенная устойчивость к абразивному износу и трению, что продлевает срок службы деталей.
• Ударная вязкость: Сохраняет свои свойства при ударных нагрузках, предотвращая хрупкое разрушение.
• Прокаливаемость: Способность стали приобретать высокую твердость на определенной глубине при закалке.
• Свариваемость: Ограниченно свариваемая. Рекомендуется предварительный подогрев и последующая термообработка.
• Обрабатываемость: Поддается различным видам механической обработки, таким как точение, фрезерование, сверление и шлифование.
• Коррозионная стойкость: Невысокая. Требуется защита от коррозии в агрессивных средах.

 

Химический состав стали 20ХГНМ (ГОСТ 4543-71):

 

Элемент	Массовая доля, %
Углерод (C)	0.17 - 0.23
Хром (Cr)	0.80 - 1.10
Марганец (Mn)	0.80 - 1.10
Никель (Ni)	1.20 - 1.70
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Сера (S)	≤ 0.025
Фосфор (P)	≤ 0.025
Медь (Cu)	≤ 0.30

 

Расшифровка обозначения:

• 20: Указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0.20%).
• Х: Обозначает наличие хрома (Cr) в стали.
• Г: Обозначает наличие марганца (Mn) в стали.
• Н: Обозначает наличие никеля (Ni) в стали.
• М: Обозначает наличие молибдена (Mo) в стали. (В данной марке стали молибден присутствует в незначительном количестве, поэтому его наличие указывается в обозначении).

 

Механические свойства стали 20ХГНМ (ГОСТ 4543-71) после нормализации и отпуска:

 

Свойство	Значение	Единица измерения
Предел прочности (временное сопротивление) σв	≥ 830	МПа
Предел текучести σт	≥ 590	МПа
Относительное удлинение δ5	≥ 14	%
Относительное сужение ψ	≥ 50	%
Ударная вязкость KCU	≥ 78	Дж/см2
Твердость HB	241-285

 

Механические свойства стали 20ХГНМ (ГОСТ 4543-71) после закалки и отпуска:

 

Свойство	Значение	Единица измерения
Предел прочности (временное сопротивление) σв	980-1180	МПа
Предел текучести σт	≥ 785	МПа
Относительное удлинение δ5	≥ 12	%
Относительное сужение ψ	≥ 40	%
Ударная вязкость KCU	≥ 59	Дж/см2
Твердость HRCэ	40-46

 

Физические свойства стали 20ХГНМ:

 

Свойство	Значение	Единица измерения
Плотность ρ	7850	кг/м3
Модуль упругости E	2.068 x 105	МПа
Коэффициент линейного расширения α	11.7 x 10-6	1/°C
Теплопроводность λ	46	Вт/(м·°С)
Удельная теплоемкость c	481	Дж/(кг·°С)
Электрическое сопротивление ρ	0.24 x 10-6	Ом·м

 

Расшифровка обозначений физических свойств:

• ρ (плотность): Масса вещества, содержащаяся в единице объема.
• E (модуль упругости): Мера сопротивления материала упругой деформации при приложении нагрузки.
• α (коэффициент линейного расширения): Относительное изменение длины материала при изменении температуры на 1 градус Цельсия.
• λ (теплопроводность): Способность материала проводить тепло.
• c (удельная теплоемкость): Количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг вещества на 1 градус Цельсия.
• ρ (электрическое сопротивление): Способность материала сопротивляться прохождению электрического тока.

 

Сферы применения стали 20ХГНМ:

 

Сталь 20ХГНМ, благодаря своим высоким механическим свойствам, нашла широкое применение в различных отраслях промышленности:

• Машиностроение:
  • Изготовление шестерен, валов, осей, зубчатых колес, кулачковых валов, дисков и других деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и износа.
  • Производство деталей трансмиссий, редукторов и других узлов, требующих повышенной прочности и надежности.
  • Изготовление деталей для двигателей внутреннего сгорания (например, коленчатые валы).
• Автомобильная промышленность:
  • Производство деталей трансмиссии (шестерни, валы).
  • Изготовление деталей подвески (рычаги, стабилизаторы).
  • Производство деталей рулевого управления.
• Авиационная промышленность:
  • Изготовление деталей шасси.
  • Производство деталей двигателей.
  • Изготовление крепежных элементов.
• Нефтегазовая промышленность:
  • Изготовление бурового оборудования.
  • Производство деталей насосов и компрессоров.
  • Изготовление трубопроводной арматуры.
• Энергетическое машиностроение:
  • Производство деталей турбин.
  • Изготовление деталей генераторов.
  • Производство деталей насосного оборудования.
• Транспортное машиностроение:
  • Производство деталей железнодорожного транспорта (валы, оси, шестерни).
  • Изготовление деталей судовых двигателей.

 

Виды металлопроката из стали 20ХГНМ:

 

Сталь 20ХГНМ поставляется в различных видах металлопроката, что позволяет использовать ее для изготовления деталей различной формы и размеров:

• Круг: Используется для изготовления валов, осей, шестерен, крепежных элементов и других деталей круглого сечения.
• Квадрат: Применяется для производства деталей, требующих квадратного сечения, например, для изготовления ключей, осей и других элементов.
• Полоса: Используется для изготовления плоских деталей, таких как рычаги, планки, накладки и другие элементы.
• Лист: Применяется для изготовления корпусных деталей, обшивки и других конструкций.
• Трубы: Используются для транспортировки жидкостей и газов, а также для изготовления элементов конструкций.
• Поковки и штамповки: Используются для изготовления деталей сложной формы, требующих высокой прочности и точности размеров.

ГОСТы, регламентирующие сталь 20ХГНМ и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 4543-71: Сталь легированная конструкционная. Марки. (Определяет химический состав, механические свойства и другие характеристики стали 20ХГНМ).
• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. (Регламентирует размеры и допуски для круглого проката).
• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. (Регламентирует размеры и допуски для квадратного проката).
• ГОСТ 103-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. (Регламентирует размеры и допуски для полосового проката).
• ГОСТ 19903-2015: Прокат листовой горячекатаный. Общие технические условия. (Определяет общие технические требования к горячекатаному листовому прокату).
• ГОСТ 8734-75: Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент.
• ГОСТ 8732-78: Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент.
• ГОСТ 8479-70: Поковки из конструкционной легированной стали. Общие технические условия. (Определяет требования к поковкам из легированной стали, включая сталь 20ХГНМ).

 

Операции в цехах, производимые с использованием материалов из стали 20ХГНМ:

 

Сталь 20ХГНМ используется на различных этапах производства, от заготовки до изготовления готовых деталей:

• Заготовительное производство:
  • Резка: Разрезание металлопроката на заготовки нужной длины с использованием ленточнопильных станков, дисковых пил, гильотинных ножниц или газовой резки.
  • Правка: Выправление деформаций металлопроката после резки или транспортировки.
• Кузнечно-прессовое производство:
  • Ковка: Придание заготовке необходимой формы с помощью ударов молота или пресса. Используется для изготовления поковок сложной формы.
  • Штамповка: Формирование деталей с использованием штампов. Обеспечивает высокую производительность и точность размеров.
  • Гибка: Изменение формы заготовки путем изгибания под определенным углом.
• Механическая обработка:
  • Токарная обработка: Обработка вращающейся заготовки резцом для придания ей цилиндрической или конической формы. Используется для изготовления валов, осей, шестерен и других деталей.
  • Фрезерная обработка: Обработка заготовки вращающейся фрезой для создания плоских поверхностей, пазов, канавок и других элементов.
  • Сверление: Создание отверстий в заготовке с помощью сверла.
  • Шлифование: Финишная обработка поверхности детали абразивным инструментом для достижения высокой точности размеров и гладкости поверхности.
  • Зубонарезание: Изготовление зубьев на шестернях и зубчатых колесах с использованием специальных зуборезных станков.
• Термическая обработка:
  • Закалка: Нагрев стали до определенной температуры с последующим быстрым охлаждением для увеличения твердости и прочности.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до более низкой температуры для снятия внутренних напряжений и повышения пластичности.
  • Нормализация: Нагрев стали до определенной температуры с последующим охлаждением на воздухе для улучшения структуры и механических свойств.
  • Улучшение: Комбинированная термическая обработка, включающая закалку и высокий отпуск, для достижения оптимального сочетания прочности и пластичности.
• Сварочное производство:
  • Сварка: Соединение деталей из стали 20ХГНМ с использованием различных видов сварки (дуговая, газовая, контактная и др.). Необходимо учитывать ограниченную свариваемость стали 20ХГНМ и применять соответствующие технологии и режимы сварки. Рекомендуется предварительный подогрев и последующая термообработка сварных соединений.
• Контроль качества:
  • Визуальный контроль: Осмотр деталей на наличие дефектов поверхности.
  • Измерение размеров: Контроль геометрических размеров деталей с использованием измерительных инструментов.
  • Неразрушающий контроль: Выявление внутренних дефектов с использованием ультразвукового контроля, рентгеновского контроля и других методов.
  • Механические испытания: Определение механических свойств стали (прочности, твердости, ударной вязкости и др.) путем проведения испытаний на образцах.

 

 

Сталь 20ХГНМ представляет собой универсальный конструкционный материал, обладающий превосходными механическими свойствами. Благодаря этому она находит широкое применение в различных отраслях промышленности, где требуется высокая надежность и долговечность деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и сложных эксплуатационных режимов. Правильный выбор режима термической обработки и соблюдение технологических процессов позволяют в полной мере реализовать потенциал стали 20ХГНМ и обеспечить высокую эффективность и надежность изготавливаемых деталей и конструкций.