Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 50Х

Сталь конструкционная легированная 50Х: описание, свойства, применение

Сталь 50Х – это высококачественная конструкционная легированная сталь, широко используемая в машиностроении и других отраслях промышленности для изготовления деталей, к которым предъявляются повышенные требования к прочности, износостойкости и упругим свойствам. Ее легирующий состав обеспечивает улучшенные характеристики по сравнению с углеродистыми сталями, позволяя деталям выдерживать значительные нагрузки и работать в условиях повышенных температур.

Обозначение и расшифровка:

Марка стали 50Х расшифровывается следующим образом:

• 50 – указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента, то есть около 0,50% (точнее 0,47-0,55%).
• Х – обозначает наличие в составе хрома (Cr). Отсутствие цифры после буквы "Х" говорит о том, что содержание хрома составляет около 1% или менее (фактически 0,8-1,1%).

Химический состав стали 50Х (ГОСТ 4543-2016):

Химический состав стали 50Х является ключевым фактором, определяющим ее свойства. Точное соответствие составу, указанному в нормативных документах, обеспечивает стабильность характеристик и предсказуемость поведения материала при эксплуатации.

Элемент	Массовая доля, %
Углерод (C)	0.47 - 0.55
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.50 - 0.80
Хром (Cr)	0.80 - 1.10
Никель (Ni)	до 0.30
Медь (Cu)	до 0.30
Сера (S)	до 0.025
Фосфор (P)	до 0.025
Ванадий (V)	до 0.15

Влияние элементов на свойства стали 50Х:

• Углерод: Основной элемент, определяющий прочность и твердость стали. Увеличение содержания углерода повышает прочность, но снижает пластичность и свариваемость.
• Кремний: Улучшает упругие свойства, повышает прокаливаемость и сопротивление отпуску.
• Марганец: Раскисляет сталь, улучшает ее прокаливаемость и способствует измельчению зерна, что повышает прочность и вязкость.
• Хром: Повышает прокаливаемость, коррозионную стойкость и износостойкость. Улучшает механические свойства при повышенных температурах.
• Никель: Увеличивает прочность, вязкость и коррозионную стойкость.
• Медь: Улучшает коррозионную стойкость, но может снижать свариваемость.
• Сера и Фосфор: Вредные примеси, снижающие пластичность, ударную вязкость и свариваемость. Их содержание строго ограничено.
• Ванадий: Улучшает структуру стали, повышает прочность и износостойкость.

Механические свойства стали 50Х:

Механические свойства стали 50Х зависят от термической обработки. В таблице приведены типичные значения для различных состояний поставки.

Свойство	Значение (закалка + отпуск)
Предел прочности (временное сопротивление), σв, МПа	830-980
Предел текучести, σт, МПа	590-780
Относительное удлинение при разрыве, δ5, %	12-16
Относительное сужение, ψ, %	40-50
Ударная вязкость, KCU, Дж/см2	40-70
Твердость по Бринеллю, HB	241-285

Расшифровка обозначений:

• σ_в (Предел прочности): Максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения при растяжении.
• σ_т (Предел текучести): Напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться без заметного увеличения нагрузки.
• δ₅ (Относительное удлинение): Процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к его первоначальной длине. Характеризует пластичность материала.
• ψ (Относительное сужение): Процентное уменьшение площади поперечного сечения образца в месте разрыва по отношению к его первоначальной площади. Также характеризует пластичность материала.
• KCU (Ударная вязкость): Способность материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Измеряется в Дж/см².
• HB (Твердость по Бринеллю): Мера сопротивления материала вдавливанию индентора (шарика) под нагрузкой.

Физические свойства стали 50Х:

Физические свойства важны для понимания поведения стали 50Х в различных условиях эксплуатации.

Свойство	Значение
Плотность, ρ, кг/м3	7850
Модуль упругости, E, ГПа	200-210
Коэффициент теплопроводности, λ, Вт/(м·К)	46-50
Коэффициент линейного расширения, α, 1/°C	11-12 x 10-6
Удельная теплоемкость, С, Дж/(кг·К)	480-500
Электрическое сопротивление, ρ, мкОм·м	0.22-0.27

Области применения стали 50Х:

Сталь 50Х благодаря своим свойствам нашла широкое применение в различных отраслях промышленности:

• Машиностроение:
  • Изготовление осей, валов, шестерен, зубчатых колес, кулачков, плунжеров, штоков, коленчатых валов, распределительных валов, деталей сцепления, крепежных элементов, работающих на высоких скоростях и под большими нагрузками.
  • Производство деталей, подверженных износу и требующих высокой прочности и упругости.
  • Изготовление инструментов и оснастки.
• Автомобилестроение:
  • Детали двигателей (коленчатые валы, распределительные валы, шатуны).
  • Элементы трансмиссии (шестерни, валы).
  • Детали подвески и рулевого управления.
• Транспортное машиностроение:
  • Производство деталей железнодорожного транспорта.
  • Изготовление компонентов для авиационной техники (менее распространено, но возможно в определенных случаях).
• Нефтегазовая промышленность:
  • Производство деталей насосов и компрессоров.
  • Изготовление элементов бурового оборудования.
• Энергетика:
  • Детали турбин.
  • Компоненты генераторов.
• Сельскохозяйственное машиностроение:
  • Производство деталей для сельскохозяйственной техники (валы, оси, шестерни).

Виды металлопроката из стали 50Х:

Сталь 50Х поставляется в различных видах металлопроката:

• Сортовой прокат:
  • Круг (ГОСТ 2590-2006).
  • Квадрат (ГОСТ 2591-2006).
  • Шестигранник (ГОСТ 2879-2006).
  • Полоса (ГОСТ 103-2006).
• Листовой прокат:
  • Лист горячекатаный (ГОСТ 1577-93).
  • Лист холоднокатаный (ГОСТ 19904-90).
• Трубы: (Производятся реже, но возможны специальные заказы)
  • Трубы бесшовные горячедеформированные (ГОСТ 8732-78).
  • Трубы бесшовные холоднодеформированные (ГОСТ 8734-75).
• Поковки и штамповки: (Изготавливаются по индивидуальным чертежам)
  • Поковки из углеродистой и легированной стали (ГОСТ 8479-70).

ГОСТы, регламентирующие сталь 50Х и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 4543-2016 "Прокат из легированной конструкционной стали. Общие технические условия." (Определяет химический состав, механические свойства и общие требования к стали 50Х).
• ГОСТ 8479-70 "Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия." (Требования к поковкам из стали 50Х).
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент." (Сортамент круглого проката).
• ГОСТ 2591-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент." (Сортамент квадратного проката).
• ГОСТ 2879-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный шестигранный. Сортамент." (Сортамент шестигранного проката).
• ГОСТ 103-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент." (Сортамент полосового проката).
• ГОСТ 1577-93 "Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной качественной стали. Общие технические условия." (Технические условия на толстолистовой прокат).
• ГОСТ 19904-90 "Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент." (Сортамент холоднокатаного листового проката).
• ГОСТ 8732-78 "Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент." (Сортамент горячедеформированных бесшовных труб).
• ГОСТ 8734-75 "Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент." (Сортамент холоднодеформированных бесшовных труб).
• ГОСТ 7566-2018 "Металлопродукция. Приемка, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение". (Общие правила приемки, маркировки, упаковки, транспортировки и хранения металлопродукции, включая сталь 50Х).

Операции в цехах, использующие материалы из стали 50Х:

Сталь 50Х широко используется на различных этапах производства в машиностроительных и металлообрабатывающих цехах.

• Заготовительный цех:
  • Резка: Металлопрокат (круги, квадраты, листы и т.д.) режется на заготовки требуемой длины и размера с использованием ленточнопильных станков, дисковых пил, гильотинных ножниц или плазменной резки.
  • Рубка: Для прутков небольшого диаметра может применяться рубка на механических или гидравлических прессах.
  • Газовая резка: Для толстолистового проката и сложных форм заготовок используется газовая резка.
• Кузнечный цех:
  • Ковка: Разогретые заготовки подвергаются ковке на молотах или прессах для придания им требуемой формы. Ковка позволяет улучшить структуру стали и повысить ее прочность. Используется для производства поковок сложных форм, например, коленчатых валов.
  • Штамповка: Заготовки штампуются в специальных штампах для получения деталей с высокой точностью размеров и формы. Применяется для серийного производства деталей.
• Термический цех:
  • Закалка: Заготовки нагреваются до определенной температуры (обычно 830-860 °C) и быстро охлаждаются в воде или масле для получения высокой твердости и прочности.
  • Отпуск: После закалки заготовки нагреваются до более низкой температуры (обычно 500-650 °C) для снижения внутренних напряжений и повышения пластичности. Режим отпуска выбирается в зависимости от требуемых механических свойств.
  • Нормализация: Нагрев до температуры выше критической точки с последующим охлаждением на воздухе. Применяется для снятия внутренних напряжений и улучшения структуры стали.
  • Отжиг: Медленное нагревание и охлаждение для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости.
  • Поверхностная закалка: Закалка только поверхностного слоя детали для повышения износостойкости, например, индукционная закалка.
• Механический цех:
  • Токарная обработка: Обработка заготовок на токарных станках для придания им цилиндрической формы, нарезания резьбы, обработки торцов и т.д.
  • Фрезерная обработка: Обработка заготовок на фрезерных станках для создания плоских поверхностей, пазов, канавок и сложных профилей.
  • Шлифовальная обработка: Высокоточная обработка поверхностей абразивными кругами для получения гладкой поверхности и точных размеров.
  • Зуборезные работы: Нарезание зубьев на шестернях и зубчатых колесах на специальных зуборезных станках.
  • Сверление: Создание отверстий в заготовках с помощью сверл.
  • Растачивание: Увеличение диаметра отверстий с помощью расточных резцов.
  • Долбежные работы: Обработка поверхностей долбяками для создания пазов и канавок.
• Сварочный цех:
  • Сварка: Сталь 50Х сваривается ограниченно, рекомендуется предварительный подогрев и последующая термообработка. Используются различные методы сварки, такие как ручная дуговая сварка (РДС), полуавтоматическая сварка в среде защитных газов (MIG/MAG) и аргонодуговая сварка (TIG). Важно правильно подобрать сварочные материалы и режимы сварки.
• Инструментальный цех:
  • Изготовление оснастки: Сталь 50Х используется для изготовления различной оснастки, такой как оправки, приспособления, штампы и пресс-формы.
• Контроль качества:
  • Измерение твердости: Контроль твердости деталей после термической обработки.
  • Ультразвуковой контроль: Выявление внутренних дефектов в заготовках и деталях.
  • Магнитопорошковый контроль: Выявление поверхностных трещин и дефектов.
  • Металлографический анализ: Исследование микроструктуры стали для оценки ее качества и соответствия требованиям.
  • Химический анализ: Контроль химического состава стали.

Особенности термической обработки:

Правильная термическая обработка является критически важной для достижения требуемых свойств стали 50Х. Режимы закалки и отпуска должны соответствовать требованиям нормативных документов и зависят от конкретного применения детали. Несоблюдение режимов термической обработки может привести к снижению прочности, увеличению хрупкости и преждевременному разрушению детали.

Рекомендации по сварке:

Свариваемость стали 50Х ограничена. Перед сваркой рекомендуется предварительный подогрев до температуры 200-300 °C. После сварки необходима термическая обработка (отпуск) для снятия внутренних напряжений. Следует использовать электроды и присадочные материалы, предназначенные для сварки легированных сталей.

Замена стали 50Х:

В некоторых случаях сталь 50Х может быть заменена другими марками сталей, обладающими аналогичными или улучшенными свойствами. Выбор стали-заменителя зависит от конкретных требований к детали и условий ее эксплуатации. В качестве возможных заменителей можно рассматривать стали 40Х, 45Х, 40ХН, 38Х2Н2МА.

 

Сталь 50Х – это надежный и проверенный материал, широко используемый в различных отраслях промышленности. Ее высокие прочностные характеристики, износостойкость и упругие свойства позволяют изготавливать детали, работающие в тяжелых условиях эксплуатации. Правильный выбор режима термической обработки и соблюдение технологии производства обеспечивают долговечность и надежность изделий из стали 50Х. Применение этой стали позволяет создавать долговечные и надежные механизмы и конструкции.