Сталь марки 20Х13Л
| Марка: 20Х13Л Класс: Сталь для отливок с особыми свойствами Вид поставки: отливки: ГОСТ 2176-77 Использование в промышленности: детали, подвергающиеся ударным нагрузкам, а также изделия, подвергающиеся действию относительно слабых агрессивных сред; сталь мартенситного класса |
| Химический состав в % стали 20Х13Л | ||
| C | 0,16 - 0,25 | |
| Si | 0,2 - 0,8 | |
| Mn | 0,3 - 0,8 | |
| Ni | до 0,5 | |
| S | до 0,025 | |
| P | до 0,03 | |
| Cr | 12 - 14 | |
| Cu | до 0,3 | |
| Fe | ~84 | |
| Зарубежные аналоги марки стали 20Х13Л | |||
| США | Gr.CA16, J91153 | Германия | 1.4027, GX20CM4, GX20Cr14 |
| Япония | SCS2 | Франция | Z20C13M |
| Англия | 420C24, 420C29, ANC1B, ANC1C | Италия | GX30Cr13 |
| Испания | AMX20Cr13 | Китай | ZG20Cr13, ZG2Cr13 |
| Болгария | 2Ch13L | Венгрия | AoX12Cr13, AoX20CrNi14 |
| Польша | LH14 | Румыния | T20Cr130 |
| Чехия | 422906 | Юж.Корея | SSC2 |
| Дополнительная информация и свойства |
| Удельный вес: 7740 кг/м3 Свариваемость материала: ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под газовой защитой. Подогрев и термообработка применяются в зависимости от вида сварки и назначения конструкции. Обрабатываемость резанием: HB ≥ 170, К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=0,5 Температура начала затвердевания, °С: 1489-1497 Показатель трещиноустойчивости, Кт.у.: 0,6. Склонность к образованию усадочной раковины, Ку.р.:0,8. Жидкотекучесть, Кж.т: 1,0. Линейная усадка, %: 2.2-2,3 Склонность к образованию усадочной пористости, Ку.п.:1,0. |
| Механические свойства стали 20Х13Л в сесениях до 100 мм (ГОСТ 2176-77) | |||||
| Режим термообработки | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (Дж/см2) |
| Отжиг 950 °С. Закалка 1050 °С, масло или воздух. Отпуск 750 °С, воздух | 450 | 600 | 16 | 40 | 40 |
| Ударная вязкость стали 20Х13Л KCU, (Дж/см2) | ||||
| Т= -20 °С | Т= -40 °С | Т= -60 °С | Т= -80 °С | Термообработка |
| 34-74 | 30-63 | 10-64 | 6-62 | Нормализация 940-950 °С, отпуск 740-750 °С, воздух. Закалка 940-950 °С, масло. Отпуск 740-750 °С, воздух |
| Механические свойства стали 20Х13Л в зависимости от сечения отливки | |||||||
| Сечение, мм | Место вырезки образца | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (Дж/см2) | HB |
| Нормализация 940-950 °С, отпуск 740-750 °С, воздух, закалка 940-950 °С, масло, отпуск 740-750, воздух | |||||||
| 10 | Ц | 390-460 | 610-680 | 22-28 | 51-64 | 63-117 | - |
| 30 | Ц | 415-500 | 620-670 | 18-30 | 61-64 | 123-166 | 196-206 |
| 50 | Ц | 385-460 | 610-650 | 15-29 | 22-67 | 52-131 | 187-206 |
| 100 | Ц К | 430-500 440-505 | 630-670 630-690 | 22-27 21-27 | 45-61 40-63 | 64-108 77-117 | 187-206 187-206 |
| 200 | Ц К | 540-570 495-570 | 680-710 640-730 | 10-14 12-17 | 20-30 19-41 | 30-52 32-60 | - - |
| Механические свойства отливок стали 20Х13Л сечением 30 мм при повышенных температурах | ||||
| Температура испытаний, °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % |
| Нормализация 940-950 °С. Отпуск 740-750 °С, воздух. Закалка 940-950 °С, масло. Отпуск 740-750 °С, воздух | ||||
| 100 200 300 400 500 | 385-455 355-445 360-395 335-405 300-380 | 560-630 520-600 510-540 470-530 390-465 | 21-23 18-22 17-19 14-19 14-20 | 57-66 55-65 51-62 51-61 52-64 |
| Физические свойства стали 20Х13Л | ||||||
| T (Град) | E 10- 5 (МПа) | a 10 6 (1/Град) | l (Вт/(м·град)) | r (кг/м3) | C (Дж/(кг·град)) | R 10 9 (Ом·м) |
| 20 | 2.22 | 21 | 7740 | 645 | ||
| 100 | 2.16 | 10 | 23 | 470 | 695 | |
| 200 | 2.11 | 10.8 | 24 | 491 | 775 | |
| 300 | 2.03 | 11.3 | 25 | 512 | 859 | |
| 400 | 1.95 | 11.7 | 26 | 533 | 931 | |
| 500 | 1.84 | 12.1 | 27 | 563 | 985 | |
| 600 | 1.67 | 12.4 | 27 | 596 | 1055 | |
| 700 | 1.49 | 12.6 | 27 | 643 | 1115 | |
| 800 | 1.4 | 12.8 | 28 | 680 | 1125 | |
| 900 | 10.8 | 28 | 693 | 1160 | ||
Расшифровка названия стали 20Х13Л: наличие буквы Л в конце говорит о том, что это марка литейной стали, цифра 20 в начале - что в стали присутствует 0,20% углерода, а также хром в количестве 13%.
Особенности стали марки 20Х13Л: из стальных отливок в ряде случаев изготовляют сложные ответственные детали точных машин и приборов. При этом литая деталь может быть определяющим элементом конструкции и должна отличаться высокой размерной стабильностью в условиях длительной эксплуатации.
Литой металл отличается повышенной макро- и микронеоднородностью строения, связанной с условиями плавки и процессами кристаллизации в форме. Влияние неоднородностей строения литой стали на изменение механических свойств при кратковременном нагружении (σв, σ0,2, δ, ψ) исследовано достаточно подробно.
Весьма эффективным является высокотемпературный нагрев (значительно выше Ас3) для улучшения структуры и свойств стали 20Х13Л, широко применяемой при изготовлении точных литых деталей машин и приборов. Эта сталь после литья отличается значительной структурной неоднородностью и крупнозернистостью. Литая крупнозернистая структура стали 20Х13Л характеризуется большой устойчивостью. В. И. Оболенским показано, что рекристаллизация аустенита стали 20Х13Л, обеспечивающая разрушение исходной крупнозернистой литой структуры, проходит только после нагрева до 1100-1150° С (примерно на 250-300° выше Ас3 и на 50-100° выше, чем для деформируемой стали аналогичного состава). Такая высокая температура рекристаллизации аустенита обусловлена большой химической и структурной неоднородностью стали 20Х13Л, микроликвацией хрома (в отдельных местах содержание хрома достигает 16,3% при среднем его содержании в стали 14%), неравномерным выделением карбидной фазы при охлаждении отливок и др. При этом важное значение имеет как скорость нагрева стали до 1100-1150° С, так и скорость охлаждения после литья и отжига. Низкие скорости нагрева и охлаждения не обеспечивают получения оптимальных структуры и свойств стали. Повышение скорости нагрева от 20 до 150-200°/мин оказывает благоприятное влияние на полноту прохождения процесса рекристаллизации аустенита и создание мелкозернистой структуры. Медленная скорость охлаждения отливок после литья и отжига усиливает химическую и структурную неоднородность литой стали. Процессы рекристаллизации аустенита при высокотемпературном нагреве стали 20Х13Л связаны главным образом с ростом части субзерен, постепенным увеличением угла разориентировки с образованием большеугловых границ новых рекристаллизованных зерен.
| Ударная вязкость стали 20Х13Л после различных вариантов отжига, закалки и отпуска в интервале обратимой хрупкости (В. И. Оболенский) | |||||
| Режим отжига и закалки | Охлаждение при запуске | Ударная вязкость (кгс/мм2) после трехчасового отпуска при t в °C | |||
| 570 | 520 | 470 | 400 | ||
| Отжиг при 1100—1150° C 3 ч, закалка в масле с 1030—1050° C | В масле | 3.7 | 3.3 | 3.4 | 3.7 |
| Отжиг при 1100—1150° C 3 ч, закалка в масле с 1030—1050° C | В масле | 3.7 | 3.3 | 3.4 | 3.7 |
| Отжиг при 960—980° C 3 ч, закалка в масле с 1030—1050° C | » » | 1.3 | 1.3 | 1.4 | 1.5 |
| Отжиг при 1100—1150° C 3 ч, закалка в масле с 1030—1050° C | С печью | 1.0 | 0.9 | 2.2 | 2.7 |
| Отжиг при 960—980° C 3 ч, закалка в масле с 1030—1050° C | » » | 0.4 | 0.3 | 0.8 | 0.9 |
Для получения оптимального сочетания сопротивления микропластическим деформациям и механических свойств отливки из стали 20Х13Л после высокотемпературного отжига целесообразно подвергать термическому улучшению - закалке с 1050° С и высокому отпуску на требуемую твердость.
Влияние температуры предварительного отжига на структуру стали после закалки - после предварительного отжига при 950- 980° С и после закалки сталь сохранила исходное крупнозернистое строение. Предварительный отжиг при 1100-1150° С обеспечивает после закалки более однородное строение мартенсита и полное устранение границ исходных крупных зерен. Применение предварительного высокотемпературного отжига при 1100-1150° С стали 20Х13Л вместо обычно принятого в практике отжига при 960- 980° С позволяет повысить в 1,5-4 раза релаксационную стойкость и в 1,5 раза пластичность стали и значительно уменьшить склонность стали 20Х13Л к отпускной хрупкости после закалки и отпуска в интервале обратимой отпускной хрупкости 400-570° С.
Установленные оптимальные режимы термообработки литых сталей, обеспечивающие значительное улучшение их структуры и свойств, открывают новые возможности более широкого использования стальных отливок в ответственных конструкциях точного машиностроения и приборостроения.
| Краткие обозначения: | ||||
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | ε | - относительная осадка при появлении первой трещины, % | |
| σ0,05 | - предел упругости, МПа | Jк | - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа | σизг | - предел прочности при изгибе, МПа | |
| δ5,δ4,δ10 | - относительное удлинение после разрыва, % | σ-1 | - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| σсж0,05 и σсж | - предел текучести при сжатии, МПа | J-1 | - предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| ν | - относительный сдвиг, % | n | - количество циклов нагружения | |
| sв | - предел кратковременной прочности, МПа | R и ρ | - удельное электросопротивление, Ом·м | |
| ψ | - относительное сужение, % | E | - модуль упругости нормальный, ГПа | |
| KCU и KCV | - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2 | T | - температура, при которой получены свойства, Град | |
| sT | - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа | l и λ | - коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С) | |
| HB | - твердость по Бринеллю | C | - удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)] | |
| HV | - твердость по Виккерсу | pn и r | - плотность кг/м3 | |
| HRCэ | - твердость по Роквеллу, шкала С | а | - коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ), 1/°С | |
| HRB | - твердость по Роквеллу, шкала В | σtТ | - предел длительной прочности, МПа | |
| HSD | - твердость по Шору | G | - модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа | |
