Расшифровка сталей и сплавов.

Химический состав

Сталь марки 60С2А кроме железа содержит около 0,6% углерода, от 1,6 до 2% кремния, от 0,6 до 0,9% марганца, до 0,3% хрома, до 0,25% никеля и до 0,2% меди. Кроме этого допускаются примеси серы и фосфора в количестве до 0,025%.

Назначение легирующих компонентов

Сталью называется сплав железа с углеродом в количестве до 2,06%. Увеличение количества углерода повышает чувствительность к термообработке, прокаливаемости, возможности получить большую прочность и твёрдость. Но вместе с тем снижается пластичность, металл становится хрупким, неспособным выдерживать ударные нагрузки.

Чтобы сбалансировать свойства материала, получить одновременно противоположные характеристики (твёрдость и вязкость, прочность и коррозионную стойкость) снизить влияние примесей, от которых невозможно полностью избавиться, в состав стали 60С2А входят легирующие компоненты. Они позволяют нивелировать недостатки вносимые высоким количеством углерода. А в чем-то заменять его, получая даже более высокие результаты.

Кремний вводится в состав с целью раскисления. Обладая большим, чем железо сродством к кислороду, он вытесняет его из окислов в расплаве.

Кроме раскисления в количествах до 1% кремний благотворно влияет на прочность и упругость.

Марганец, подобно кремнию, вытесняет железо из окислов. Кроме этого он не даёт образовываться сульфидам железа, повышающих склонность к образованию закалочных трещин, возникающих при термическом упрочнении деталей сложной формы.

Включение марганца в лигатуру до 1%, подобно кремнию, повышает прочность и ударную вязкость. В больших количествах он вызывает рост зерна, снижающих прочностные показатели, в частности способность держать ударные нагрузки.

Таким образом, кремний совместно с марганцем взаимно дополняют друг друга в составе. Они совместно увеличивают прочность, выносливость и вязкость. Но не дают развиваться причинам, приводящим к повышенной хрупкости сплава.

Хром так же, как и кремний с марганцем имеет большее, чем железо сродство к кислороду. Он оказывает содействие защите расплава от окисления, увеличивает прокаливаемость.

Никель участвует в защите сплава от коррозии и, в небольших количествах, снижает склонность к закалочным трещинам.

Медь в небольших (до 1%) количествах повышает прочность и стойкость против коррозии. В более высоких концентрациях она приводит к выпадению интерметаллидов по границам зёрен, что существенно меняет механические свойства при отпуске.

Сопоставляя химический состав и влияние отдельных компонентов на свойства сплава, можно предположить, что марка 60С2А должна обладать высокой прочностью, упругостью, ударной вязкостью, достигаемыми при соблюдении специальных приёмов термической обработки.

Сталь 60 конструкционная углеродистая сталь

Заменители

• Сталь 55,
• Сталь 65Г.

Иностранные аналоги

Европа	США	Япония
С60, Cm60	1060	S58C

Расшифровка

Цифра 60 обозначает, что среднее содержание углерода в стали составляет 0,60%.

Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)

C	Si	Mn	Cr	S	Р	Cu	Ni	As
			не более
0,57-0,65	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25	0,04	0,035	0,25	0,25	0,08

Химический состав, % (ГОСТ 1050-2013)

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu
				не более
60	0,57-0,65	0,17-0,37	0,50-0,80	0,030	0,035	0,25	0,30	0,30

Характеристики и описание

Сталь 60 относится к конструкционным нелегированным специальным качественным сталям с высоким содержанием углерода (0,60%) и нормальным содержанием марганца, обладает высокой прочностью и высокими упругими свойствами.[1]

Сталь склонна к трещинам при закалке в воде.

Назначение

Сталь 60 применяется для изготовления деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости, например:

• Эксцентрики,
• цельнокатаные колеса вагонов,
• бандажи для подвижного соства железных дорог широкой колеи,
• валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов,
• шпиндели,
• бандажи,
• диски сцепления,
• пружинные кольца амортизаторов,
• замочные шайбы,
• регулировочные шайбы,
• регулировочные прокладки,
• рабочие валки листовых станов для горячей прокатки металла.

Температура критических точек, °С [81]

Ac1	Ас3	Аr3	Аr1
725	750	745	690

Термообработка

Мелкие детали из стали марки 60 (диаметром до 10-12мм) закаливают в масле с температуры 820-860 °С, более крупные детали — в воде с температурой 800-820 °С, отпуск производят при различной температуре в зависиости от требуемых механических свойств.

Зависимость механических свойств стали 60 от температуры отпуска

Твердость HB (ГОСТ 1050-2013)

Марка стали	Твердость HB, не более
	горячекатаной и кованой		калиброванной и со специальной отделкой поверхности
	без термической обработки	после отжига или высокого отпуска	нагартованной	после отжига или высокого отпуска
60	255	229	269	229

Механические свойства металлопродукции для стали 60 (ГОСТ 1050-2013)

Марка стали	Механические свойства, не менее
	Предел текучести σ0,2, МПа	Временное сопротивление σв, МПа	Относительное удлинение δ5, %	Относительное сужение ψ, %
60	400	680	12	35

ПРИМЕЧАНИЕ. Механические свойства для стали 60 определены на нормализованных образцах.

Механические свойства металлопродукции из стали 60 в зависимости от размера (ГОСТ 105-2013)

Механические свойства металлопродукции размером
Предел текучести σ0,2, МПа не менее	Временное сопротивление σв, МПа	Относительное удлинение δ5, %	Работа удара KU, Дж
		не менее
до 16 мм включ.
580	850—1000	11	+
св. 16 до 40 мм включ.
520	800—950	13	+
св. 40 до 100 мм включ.
450	750-900	14	+

ПРИМЕЧАНИЕ.

1. Механические свойства, определяются на образцах, вырезанных из термически обработанных (закалка с отпуском) заготовок.
2. Знак «+» означает, что испытания проводят для набора статистических данных, результаты испытаний заносят в документ о качестве.
3. Значения механических свойств приведены для металлопродукции круглого сечения.

Механические свойства в зависимости от сечения [140]

Сечение, мм	Место вырезки образца	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	ψ, %	КСU, Дж/см2
		не менее
Закалка с 780-830 °С в масле; отпуск при 560 °С
30	К	590	920	19	50	24
30	Ц	540	880	—	—	49
Закалка с 780-830 °С в масле; отпуск при 610 °С
10	Ц	600	860	20	58	73
30	К	540	880	20	50	49
60	К	480	730	25	60	49
60	Ц	390	680	27	56	49

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска [140]

tотп., °С	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/см2	Твердость НВ
400	1430	1690	2	3	4,9	450
450	1280	1430	5	10	19	410
500	1120	1210	7	16	23	375
550	1040	1150	7	20	24	370

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 950 °С в масле.

Механические свойства в зависимости от температуры испытаний [82]

tисп., °С	σв, МПа	δ5, %	ψ, %
20	700	17	60
200	680	14	—
300	560	27	—
500	460	30	—
-25	760	(21)	61
-40	790	(23)	61

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 950 °С в масле.

Предел текучести стали 60 в зависимости от температуры испытаний

tисп., °С	σ0,2, МПа
20	510
200	530
300	450
500	320
-25	540
-40	540

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 950 °С в масле.

Технологические свойства [81]

Температура ковки, °С: начала 1220, конца 800. Сечения до 300 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость — не применяется для сварных конструкций, КТС с последующей термообработкой.

Обрабатываемость резанием — Аутвспл = 0,70 и А’у6ст = 0,65 в нормализованном состоянии при НВ 241.

Флокеночувствительность — малочувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Прокаливаемость [50]

Полоса прокаливаемости стали 60 после заклки с 820°С приведена на рисунке ниже.

Критический диаметр d

Количество мартенсита, %	d, мм, после закалки
	в воде	в масле
50	26-48	10-20
90	15-30	3-12

Плотность ρп кг/см3 при температуре испытаний, °С

Сталь	20°С
60	7800

Коэффициент линейного расширения α*106, К-1

Марка стали	α*106, К-1 при температуре испытаний, °С
	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500
60	11,0	11,9	—	13,9	14,6

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Марка Стали	λ Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С
	20	100	200	300	400
60	—	68	53	—	36

Модуль Юнга (нормальной упругости) Е, ГПа

Марка Стали	При температуре испытаний, °С
	20	100	200	300	400
60	204	—	208	189	174

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К)

Марка стали	c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600
60	483	487	—	529	—	567

Вид поставки

• Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86.
• Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.
• Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 7419.0-90, ГОСТ 7419.1-90, ГОСТ 7419.3-90, ГОСТ 7419.5-90, ГОСТ 7419.8-90, ГОСТ 14955-77.
• Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74.
• Лента ГОСТ 2284-79, ГОСТ 1530-78, ГОСТ 21996-76, ГОСТ 21997-76.
• Полоса ГОСТ 82-70, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 103-76.
• Проволока ГОСТ 9389-75.

Узнать еще

Сталь 15X5M конструкционная теплоустойчивая…

Сталь 30Х конструкционная легированная…

Сталь 10ХСНД

Сталь 15

Механические свойства стали 60С2А

Прочностные свойства 60С2А определяются режимами проведенной термообработки. Поскольку интерес представляют эксплуатационные характеристики деталей, в статье не рассматриваются показатели стали в отливках. Они представляют практический интерес только для технологов крупных металлообрабатывающих предприятий, занимающихся изготовлением металлопроката.

Здесь будут рассмотрены прочностные показатели товарной стали в виде круга и ленты.

Как уже говорилось в общем описании марки 60С2А, оптимальные показатели достигаются при закалке в масле и последующем отпуске с целью снятия внутренних напряжений.

Круглая сталь после закалки и отпуска имеет предел прочности 12,7 кг/кв. мм, условный предел текучести 11,7 кг/кв. мм. Близость предела текучести к пределу прочности говорит о высоких упругих свойствах стали.

Предел выносливости 60С2А при симметричном цикле на растяжение равен 49 кг/кв. мм, на кручение 29,5 49 кг/кв. мм.

Чтобы понимать значение приведённых чисел, стоит вспомнить, что предел прочности стали 3 составляет около 37 кг/кв. мм.

Сталь 60с2а: физические и механические свойства

Сталь 60с2а наделена высокой твердостью: HB 10-1 = 269 МПа. Она не склонна к отпускной хрупкости и образованию флокенов. С остальными характеристиками можно ознакомиться ниже:

Этот сплав выпускается в виде сортового фасонного проката: калиброванных прутков, лент, полос, кованых заготовок и поковок, шлифованных прутков, готовой проволоки. Кроме того, сегодня в продаже предлагается лист 60с2а – горячекатаный листовой прокат.

Применение марки 60С2А

Сфера использования стали определяется её свойствами. Сталь 60С2А широко применяется для изготовления тяжелонагруженных элементов конструкций, испытывающих знакопеременные нагрузки.

Это – разнообразные пружины, фрикционные диски, шайбы Гровера, пружинные кольца, цанги, торсионы – упругие стержни, работающие на кручение. Последние встречаются в подвесках тяжелой гусеничной и колёсной техники, упругих валах многопоточных редукторов, передающих большую мощность.

Стальная проволока марки 60С2А

Проволока марки 60С2А является легированной пружинной, а поскольку доминирующим элементом в её составе является кремний, преобладающий над углеродом и марганцем, такой материал отлично подходит для производства пружин и прочих аналогичных изделий, впоследствии подвергающихся высоким деформирующим нагрузкам. Изготовление проволоки 60С2А осуществляется по ГОСТу 14963-78, который подразумевает 2 способа получения готовых пружин: метод горячей навивки и холодной. Последняя технология пригодна для изготовления проволоки диаметром 0,5-14,0 мм. Пружинная проволока может иметь обычную и повышенную точность. На предприятия стальная проволока марки 60С2А поступает в виде мотка или прутка. Основные потребители изделий из такого сплава – машиностроительные предприятия, которые нуждаются в упругом и выносливом материале для производства рессор и пружин для автомобильных подвесок. Такая проволока является типовым сырьем для пружинонавивочного оборудования, а её диаметр может варьироваться в пределах 0,1-14,0 мм.

Плотность высоколегированных сталей с особыми свойствами

Представлены значения плотности следующих марок высоколегированных сталей: сталь Г13, Г20Х12Ф, Х21Х15Т, Р18. Значения плотности стали в таблице указаны в зависимости от температуры — в интервале от 0 до 1100°С. Размерность плотности — кг/м3. Дополнительно вы можете ознакомиться с таблицей плотности веществ.

Источники:

1.  Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
2. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. А. С. Зубченко, М. М. Колосков и др. Под общей ред. А. С. Зубченко — М.: Машиностроение, 2003. 784 с.: илл.

Расшифровка марки

В обозначении марки стали присутствует набор букв и цифр, каждая из которых обозначает процентное содержание элементов и их название:

• Масса углерода, которая выражается сотыми долями процента;
• Одна или несколько букв выражают легирующий элемент;
• Доля процента, округленная до целого значения.

Содержание элементов в стали 60С2А, %:

С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Cu
0.58−0.63	1.6−2.0	0.6−0.9	<0.025	<0.025	<0.3	<0.25	<0.2

При выборе такого материала, как рессорно-пружинная сталь, очень важно правильно подобрать химсостав и механические свойства. ГОСТ на изделия из рессорно-пружинной стали определяется сортаментом и рядом других параметров. На химсостав и свойства оказывает влияние содержание входящих элементов:

1. 
   C-углерод, определяет структуру и характеристики, повышенное содержание углерода приводит к хладноломкости, снижает вязкость. Пластичность и прочность падает при содержании углерода более 1%. Углерод оказывает влияние на механические свойства, такие как ковкость, свариваемость, механическая обработка.

2. Si-кремний, является раскислителем и одним из главных легирующих элементов, который способствует износостойкости, термическому упрочнению, играет роль в увеличении упругости, текучести. Оказывает влияние на закаливаемость.
3. Mn-марганец, влияет на качество, являясь раскислителем, который применяют для удаления серы, фосфора и кислорода. Благоприятно влияет на структуру металла и механические свойства: свариваемость, ковкость.
4. Cr-хром, является легирующим элементом. Хром увеличивает устойчивость к оксидированию и коррозии, повышает прочность при высоких температурах, а также увеличивает стойкость к абразивному износу.
5. Ni-никель, является элементом, который повышает прочность. Никель увеличивает коррозионную стойкость, повышает способность к термическому упрочнению, способствует увеличению вязкости и прочности.
6. Cu-медь, повышает устойчивость к коррозии, увеличивает прочностные свойства. При повышении содержания меди ухудшается качество поверхности при горячей обработке.
7. S-сера, является нежелательным элементом, повышение содержания серы увеличивает красноломкость, отрицательно влияет на пластичность, свариваемость и ударную вязкость.
8. P-фосфор, ухудшает пластичность и вязкость, повышает склонность к хладноломкости. Однако повышенное содержание фосфора улучшает механическую обработку.

Классификация

Так как любая сталь изготавливается в промышленных масштабах, ее производство неизбежно стандартизируется, и в дальнейшем весь процесс происходит с четким соблюдением установленных норм. И в первую очередь для любой стали устанавливается ее будущая профильная принадлежность. Таким образом, сталь 60С2А в ГОСТе классифицирована как конструкционная рессорно-пружинная.

Следующее, на что следует обратить ваше внимание, — состав легирующих элементов сплава. Именно благодаря ним получившаяся сталь наделяется уникальными свойствами, что и позволяет ей в дальнейшем занять определенную нишу в производстве. А от четкого соблюдения химического состава будет зависеть и итоговое качество стали.

Для стали 60С2А предусмотрен следующий состав:

• 0,6 % углерода;
• 1,8 % кремния;
• 0,75 % марганца;
• 0,3 % хрома;
• 0,25 % никеля;
• 0,2 % меди.

Помимо “полезных” примесей, в составе допускается содержание фосфора и серы до 0,025 % от общей массы.