Характеристика стали 30ХРА

Введение.
Сталь– этосплав железа с углеродом и неизбежными примесями (кремний фосфор, сера,марганец), где углерода не более 2,14%.
Существует много признаков, покоторым классифицируются стали, но зачастую и они не могут быть однозначнымидля большинства числа марок сталей.
Классификация сталей по наиболееобщим признакам:
По химическому составустали условно подразделяются на углеродистые (нелегированные)стали, низколегированные стали, легированные стали, высоколегированные.
По назначениюспециальные стали подразделяются на конструкционные, инструментальные, стали сособыми физическими свойствами.
Конструкционной сталью называетсясталь, применяемая для изготовления различных деталей машин, механизмов иконструкций в машиностроении и строительстве и обладающая определеннымимеханическими, физическими и химическими свойствами.
Конструкционные стали подразделяютсяна строительные, машиностроительные и стали с особыми свойствами — теплоустойчивые, жаропрочные, жаростойкие, коррозионностойкие.
Сталь, в составе которой, кромежелеза, углерода и неизбежных примесей, имеются легирующие элементы, вводимые вметалл для улучшения эксплуатационных или технологических свойств. Легирующиеэлементы вводятся в сталь в различных количествах и в разных сочетаниях – по 2,по 3 и более. Если сталь содержит в сумме до 2,5% легирующих элементов, еёназывают низколегированной. Сталь, содержащая 2,5-10% легирующих элементов,считается среднелегированной, более 10% — высоколегированной.
Внутри указанной классификациисуществует более узкие подразделения как по назначению, так и по свойствам.
1.    Охарактеризовать марку стали 30ХРА,её назначение и применение.
30ХРА – легированная конструкционнаясталь с процентным содержанием углерода – 0,3%, хрома – 1,5%, бора – 1,5%,высококачественная.
Легированными называют стали, вкоторые для измене­ния структуры и свойств, кроме углерода, специально вводят взаданных концентрациях другие элементы (Ni, Со, Сг, V, Мо, W, Bи др.), получившие название легирую­щих.
Легирующие элементы могут образовыватьс желе­зом твердые растворы, растворяться в цементите (заме­щая в решетке атомыжелеза), либо могут образовывать специальные карбиды, т. е. карбиды, имеющиеотличную от цементита кристаллическую решетку и химическую формулу, а такжемогут образовывать интерметалличе­ские соединения.
К числу наиболее часто используемыхлегирующих элементов относятся Сг, Мо, Ni, Со, V, Тi, W, Zг, Nb, B, а также Мnи Si, если их содержание превышает обычноедля углеродистой стали.
В результате легирования изменяютсяфизические, механические и технологические свойства стали. Изме­нение свойствстали при ее легировании определяется влиянием легирующих элементов как насвойства фаз, так и на условия протекания фазовых превращений.
Марка стали 30ХРА используется восновном для производства стволов, рычагов разных видов оружия.
Основной параметр стали 30ХРА, необходимыйдля обеспечения прочности стволов, — предел упругости (или пропорциональности)– такая предельная допускаемая нагрузка, после снятия, которой металлвозвращается в первоначальное состояние без остаточных деформаций.
Добавка в ствольную сталь легирующихэлементов зачастую является технологическим улучшением – такая сталь лучшетермообрабатывается, не требует дополнительных операций подкалки, лучшеполируется. Добавка даже 1-2% хрома или никеля позволяет, не имея режимытехнической обработки, получить более твердые, а значит, и более прочные стволыбез дополнительных затрат, что с лихвой компенсирует большую стоимостьматериала. Меньше остаточные напряжения за счет меньшего содержания углеродаведут к уменьшению объема правки стволов.
С целью повышения прочности сталилегируются бором. Введение бора даже незначительных дозах (0,002-0,003%)увеличивают прокалиеваемость.
Хром вводят в количестве до 2%. Онрастворяется в феррите и цементите оказывая благотворное влияние намеханические свойства стали, что предопределило его широкое применение вконструкционных сталях.
С точки зрения прочности, добавкалегирующих элементов также позволяет получить вязкость, необходимо длясохранения пластичного, а не хрупкого характера разрушения стволов, чтопроявляется при увеличении твердости стали. Эта добавка вместе с вязкостьюрезко уменьшает износ нарезанных стволов. Пластичность стали уменьшаетвероятность разрушения при длительном настреле и повышает безопасность стрелка– в случае разрыва ствола не образуются осколки.
Другая причина применения стали 30ХРА– обеспечение ухода за стволами. Практически заметно, что для хорошейкоррозийной стойкости необходимо, чтобы в стали было не менее 13% хрома.Поэтому нельзя считать, что сталь 30ХРА или любая другая с 1,5-5% легирующихдобавок не будет ржаветь. Хромовое покрытие, даже тонкое и пористое,значительно тверже ствольной стали и лучше работает на истирание. Видимо,именно потому, что сама по себе марка стали не является гарантией качества,нормативная документация России оговаривает условное обозначение ствольногоматериала – обязательную маркировку стилизованных знаков Сп и Сл на стволах.
2.      Сделать полную термическую обработкув соответствии с диаграммой «железо-углерод».
2.1.        Химическийсостав в % стали 30ХРА.
С
Si
Mn
Ni
S
P
Cr
Cu
B
0,27-0,33
0.17-0.37
0.5-0.8
до 0,3
до 0,025
до 0,025
1-1,3
до 0,3
до 1,5
2.2 Фазовый состав и микроструктура.
Фазовый состав в вес, %
Тип карбида
Микроструктура
Без отжига
После отжига
Феррит
Карбиды
94,5-93,3
5,5-6,7

Мелкопластинчатый перлит+феррит
Пластинчатый перфит+феррит
2.3.        Физическиесвойства.
Температура, С

 в  
 в
20
20-100
20-200
20-400
20-600
100
200
300
400
500
-
13,4
13,3
14,8
14,8
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,110
0,10
-
0,09
-
7,84
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Примечание: Сталь флокеночувствительна.
2.4.        Ковка.
Нагрев с
Конец обработки в
Охлаждение
1180
800
В колодцах или в термостатах
2.5.        Рекомендуемыережимы закалки.
Вариант
Температура нагрева в ºС
Охлаждение
Твердость HRC
Среда
Темпера-
тура в °С
Продолжи
тельность
Охлаждение 20°С
I
820-840
Вода
20-30
До 200°
В масле
50-58
II
5%-ный водный раствор поварен-
ной соли
52-60
III
5-10%-ный водный раствор щелочи
52-60
IV
830-850
Масло веретенное или трансформаторное
20-40
До 20º
-
(примечание 2)
V
Расплав селитры
140-160
3-5 мин.
На воздухе
45-55
Примечание: 1. Значение твердости стали после закалки даны для поверхностного слоя, глубина которого зависит от диаметра или толщины закаливаемого изделия.
2. Твердость стали, получаемая при охлаждении в масле, зависит от диаметра или толщины закаливаемого изделия.
3. Вариант III применяют для предотвращения образования мягких пятен, вариант V – для изделий диаметром или толщиной не более 5 мм.
2.6.        Рекомендуемыережимы отпуска.
Температура
отпуска в °С
Среда нагрева
Твердость HRC
200-300
Масло, селитра, щелочь
54-50
300-400
Селитра, печи с воздушной атмосферой
50-41
400-500
41-33
500-600
33-24
600-700
Расплав солей, печи с воздушной атмосферой
24-15
2.7.        Закалка.
Температура нагрева стали дляизготовления рычага.
Тип инструмента
Рекомендуемые режимы предварительной термической обработке
Отжиг
Высокий отпуск
Нормализация
Рычаг
800-820
680-700
850-870
Твердость материала после отжига HB
2.8. Механические характеристикисталь 30ХРА ГОСТ 4543-71.
Состояние
Сигма-В, МПа
Сигма-Т, МПа
Кси, %
Дельта, %
HB
Закалка 880 гр (вода),
Отпуск 180 гр (возд)
1600
1300
40
9
н/д
2.9. Свариваемость.
Без ограничений– сварка производится без подогрева и без последующей                                                                                            термообработки.
Ограниченно свариваемая– сварка возможна при подогреве до 100-120°С и последующейобработке.
Трудносвариваемая – для получения качественных сварных соединений требуются дополнительныеоперации: подогрев до 200-300°С при сварке термообработка после сварки – отжиг.
3. Вид термическойобработки, обосновать в зависимости от механических свойств необходимых дляработы детали, сделанной из стали 30ХРА.
Термическая обработка металлов – это определенныйвременной цикл нагрева и охлаждения, которому подвергают металлы для измененияих физических свойств. Термообработка в обычном смысле этого термина проводитсяпри температурах, не достигающих точки плавления. Процессы плавления и литья,оказывающие существенное влияние на свойства металла, в это понятие невключаются. Изменения физических свойств, вызываемые термической обработкой,обусловлены изменениями внутренней структуры и химических соотношений,происходящими в твердом материале. Циклы термической обработки представляютсобой различные комбинации нагрева, выдерживания при определенной температуре ибыстрого или медленного охлаждения, соответствующие тем структурным ихимическим изменениям, которые требуется вызвать.
Для инструментов из стали 30ХРАтребуется высокая твердость не только в холодном состоянии, но при повышенныхтемпературах.
Продолжительность выдержки при отжиге1-1,5 часа после нагрева всей садки.
Высокий отпуск применяют: для снятиянаклепа после холодной пластической деформации (так называемыйрекристаллизационный отжиг); для снятия внутренних напряжений от обработкирезанием, предшествующей закалке; перед повторной закалкой изделий, имеющихпониженную твердость после термической обработки.
Продолжительность выдержки привысоком отпуске 0,5-1 час после нагрева всей садки.
Нормализацию применяютдля измельчения зерна перегретой стали и для получения повышенной чистотыповерхности при обработке резанием в тех случаях, когда сталь имеет твердость HRC
Нагрев при нормализации можнопроизводить в печах и соляных ваннах. Для улучшения обрабатываемости припротягивании и зубодолблении рекомендуется нормализация при температуре890-910°С.
Заключение.
Твердость стали стволов малоинформативна для широкого круга охотников, а различие химсостава разных марокневелико, фирмы изготовители придумывают особые названия своим ствольнымсталям. С другой стороны, если разные стали имеют практически одинаковыепрочностные характеристики при одинаковой твердости, на первый план выходятнадежность технологии связанные с ней доверие и уважение к фирме и готовоймарке.
Список использованной литературы:
1.             ВекслерЮ.Г., Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Специальные стали, Учебник для вузов, М., «Металлургия»,1985.
2.             ГуляевА.П., «Металловедение», Учебник для вузов, М., Металлургия, 1977.
3.             ГуляевА.П., Малинина К.А., Саверина С.М., Инструментальные стали, Свойства итермическая обработка, Справочник, государственное научно-техническоеиздательство машиностроительной литературы, М., 1961.
4.             ЛахтинЮ.М., Леонтьева В.П., Материаловедение, Учебник для вузов, М.,«Машиностроение», 1972.