12ХН3А

Характеристика материала.Сталь 12ХН3А.

Марка	Сталь12ХН3А
Классификация	Сталь конструкционная легированная хромоникелевая
Заменитель	СТАЛЬ 12ХН2, СТАЛЬ 20ХН3А, 25ХГТ, 12Х2Н4А, СТАЛЬ 20ХНР
Прочие обозначения	Сталь 12XH3А; ст.12XН3А; 12ХН3А; 12ХH3А-Ш; 12ХН3А-ПВ; 12ХН3А-СШ
Иностранные аналоги	См.ниже
Общая характеристика	Сталь высококачественная конструкционная хромоникелевая. Сталь цементируемая.
Применение	Сталь 12ХН3А используется для изготовления таких деталей, как: шестерни, валы, кулачковые муфты, червяки поршневые пальцы и прочие цементируемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости .Прокат из стали 12хн3а является основой для деталей, работающих под действием высоких ударных нагрузок либо при отрицательных температурах до -100 °С. Кроме этого сталь 12XH3A применяется для изготовления горячекатаного толстолистового проката, биметаллических бесшовных труб для судостроения с наружным слоем из стали и внутренним слоем из меди
Видпоставки
Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ1133-71, ГОСТ 8319.0-75, ГОСТ2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ2879-2006
Листы и полосы	ГОСТ103-2006 ТУ 14-1-1409-75
Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ1051-73, ГОСТ4543-71, ГОСТ7417-75, ГОСТ8559-75, ГОСТ8560-78, ГОСТ10702-78, ГОСТ14955-77 ТУ 14-1-5414-2001, ТУ 14-1-2118-77, ТУ 14-1-2765-79, ТУ 14-1-950-86, ТУ 14-1-3238-81, ТУ 14-11-245-88, ТУ 14-1-1271-75, ТУ 14-1-5228-93
Трубы стальные и соединительные части к ним	ГОСТ 21729-76, ГОСТ 22786-77, ТУ 14-3-493-76, ТУ 14-3-864-79, ТУ 14-3-1823-91
Обработка металлов давлением. Поковки	ОСТ 5Р.9125-84, ТУ 14-1-1530-75, СТ ЦКБА 010-2004
Классификация, номенклатура и общие нормы	ОСТ 1 90005-91,ГОСТ4543-71
Болванки. Заготовки. Слябы	ОСТ 14-13-75, ОСТ 3-1686-90, ТУ 14-1-4944-90, ТУ 14-1-4992-91, ТУ 1-92-156-90

Краткаяхарактеристика.

Цементацией (науглероживанием) называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в науглероживающей среде (карбюризаторе). Окончательные свойства цементированных изделий приобретают после закалки и низкого отпуска. Назначение цементации и последующей термической обработки - придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе при сохранении вязкой сердцевины.

Цементация широко применяется для упрочнения среднеразмерных зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, отдельных деталей рулевого управления, валов быстроходных станков, шпинделей и многих других деталей машин. На цементацию детали поступают после механической обработки с припуском на грубое и окончательное шлифование 0,05-0,010 мм. Во многих случаях цементации подвергается только часть детали, тогда участки, не подлежащие упрочнению, покрывают тонким слоем малопористой меди (0,02-0,04 мм), которую наносят электролитическим способом, или изолируют специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле. Для обеспечения стабильности и качества рекомендуют детали перед цементацией подвергнуть промывке в 3 - 5% содовом растворе.

Для цементируемых изделий применяют низкоуглеродистые (0,1-0,25% С) стали. После цементации, закалки и низкого отпуска этих сталей цементированный слой должен иметь твердость HRС 58-62, а сердцевина HRC 20-40. Сердцевина цементируемых сталей должна иметь высокие механические свойства, особенно повышенный предел текучести, кроме того, она должна быть наследственно мелкозернистой.

Для деталей ответственного назначения, испытывающих в эксплуатации значительные динамические нагрузки, применяют хромоникелевые (такие как: 12ХН3А, 20ХН3А ) и более сложнолегированные стали.

Одновременное легирование хромом и никелем повышает прочность, пластичность и вязкость сердцевины. Никель, кроме, того, повышает прочность и вязкость цементированного слоя.

Хромоникелевые стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к пересыщению поверхностных слоев углеродом. Большая устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникелевой стали.

Химическийсоставв % материала12ХН3А. ГОСТ4543-71

Химический элемент	%
Углерод (С)	0,09-0,16
Кремний (Si)	0,17-0,37
Медь (Cu), не более	0,30
Марганец (Mn)	0,30-0,60
Никель (Ni)	2,75-3,15
Фосфор (P), не более	0,025
Хром (Cr)	0,60-0,90
Сера (S), не более	0,025

Температуракритическихточекстали 12ХН3А

Критическая точка	Mn	Ar1	Ac1	Ar3	Ac3
°С	380	659	715	726	773

Механическиесвойстваматериала12ХН3А

1. Механическиесвойствастали12ХН3А при повышенных температурах

t испытания,°C	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
Образцы диаметром 28-50 мм. Отжиг 880-900°С. Закалка 860°С, масло. Отпуск 600°С, 3 ч.
20	540	670	21	75	274
200	520	630	20	74	216
300	500	630	12	70	211
400	430	530	20	75	181
500	390	410	19	86	142
550	240	260	21	82
Образец диаметром 10 мм и длиной 50 мм, кованый и отожженный. Скорость деформирования 5 мм/мин. Скорость деформации 0,002 1/с.
700	70	140	41	78
800	29	89	61	97
900	27	68	58	100
1000	23	44	63	100
1100	23	43	73	100
1200	12	25	70	100
1250	10	18	67	100

2. Механическиесвойствастали12XH3А в зависимости от температуры отпуска

t отпуска,°С	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HB
Заготовки диаметром 70 мм. Закалка 800°С, масло.
200	1270	1370	12	60	98	400
300	1130	1270	13	68	78	380
400	1080	1200	14	68	83	375
500	930	1030	19	70	118	280
600	670	730	24	75	167	230

3. Механическиесвойствастали12XH3A в зависимости от сечения

Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HRCэ
Ложная лементация 910°С, 9 ч. Закалка 810°С, масло. Отпуск 200°С, на воздухе
10	1080	1220	13	60	157	35
15	780	980	16	65	152	32
20	730	880	16	70	165	30
25	640	830	20	70	192	28

4. Механическиесвойствапруткаизстали12XH3А по ГОСТ4543-71

Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HB	HRCэ
Закалка 860°С, вода или масло. Закалка 760-810°С, вода или масло. Отпуск 180°С, воздух или масло
15	685	930	11	55	88
Цементация 920-950°С. Закалка 800-820°С, масло. Отпуск 160-200°С, воздух.
60	830	980	12	55	118	303	59-64
100	690	830	10	50	78	250	57-63

Технологические свойства стали 12ХН3А

Температура ковки	Начала 1220, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-300 мм - в яме.
Свариваемость	ограниченная. РДС, АДС под флюсом.
Обрабатываемость резанием	В горячекатаном состоянии при НВ 183-187 Kυ тв.спл. = 1.26, Kυ б.ст. = 0.95
Склонность к отпускной способности	склонна
Флокеночувствительность	чувствительна

Ударная вязкость стали KCU, Дж/см2 стали 12ХН3А

Состояние поставки, термообработка	+20	-40
Пруток сечением 10 мм. Закалка 850 С, масло. Отпуск 200 С, 1 ч. HRCэ 37	127	103
Пруток сечением 10 мм. Газовая цементация 910 С, 3 ч. Закалка 810 С, масло. Отпуск 200 С, 1 ч. HRCэ 58.	42	14

Предел выносливости стали 12ХН3А

σ-1, МПа	τ-1, МПа	n	σB, МПа	σ0,2, МПа	Термообработка, состояниестали
382			960	680	НВ 323
338	230		730	610	НВ 238
382-461	216-255	1Е+6	690
441	245		910

Критический диаметр d после закалки в различных средах

Кол-во мартенсита, %	d, мм после закалки
	в воде	в масле
50	32-65	20-50
95	18-29	10-17

Прокаливаемость стали 12ХН3A по ГОСТ4543-71

Закалка 8490 С
Расстояние от торца, мм	1.5	3	4.5	6	7.5	9	12	15	21	27
Твёрдость HRCэ	38.5-43	37-43	35-42	31.5-41	25-40.5	22-38.5	35	32	28.5	26.5

Физические свойства стали 12ХН3А

Температура испытания,°С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	200
Плотность стали, pn, кг/см3	7850	7830	7800	7760	7720	7680	7640
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)		31			26
Температура испытания,°С	20- 100	20- 200	20- 300	20- 400	20- 500	20- 600	20- 700	20- 800	20- 900	20- 1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)	11.8	13.0	14.0	14.7	15.3	15.6
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг ·°С))				528	540	565

Зарубежныеаналогиматериала 12ХН3А( Указаныкакточные, такиближайшиеаналоги.)

США	Германия	Япония	Франция	Англия	Испания	Болгария	Венгрия	Польша	Румыния	Чехия
-	DIN,WNr	JIS	AFNOR	BS	UNE	BDS	MSZ	PN	STAS	CSN
3415	1.5732	SNC815	10NC11	655M13	15NiCr11	12ChN3A	BNC2	12HN3A	13CrNi30q	16420
	12Ni14	SNC815H	14NC11
	14NiCr10
	14NiCr14

Обозначения:

Механическиесвойства :
sв	- Предел кратковременной прочности , [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	- Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y	- Относительное сужение , [ % ]
KCU	- Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB	- Твердость по Бринеллю , [МПа]
Физическиесвойства :
T	- Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E	- Модуль упругости первого рода , [МПа]
a	- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	- Плотность материала , [кг/м3]
C	- Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]
Свариваемость :
безограничений		- сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченносвариваемая		- сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая		- для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг