20Cr2Ni4A legovaná ocel: Vlastnosti a aplikace

Legovaná ocel 20Cr2Ni4A je všestranná nízkouhlíková, vysoce legovaná cementační ocel známá pro svou vynikající kombinaci povrchové tvrdosti a houževnatosti jádra po vhodném tepelném zpracování. Pochopení jeho technických vlastností je nezbytné pro využití jeho plného potenciálu v náročných aplikacích.

1. 20Cr2Ni4A legovaná ocel Chemické složení (GB/T 3077-1999)

Typické chemické složení (hmotnostní frakce, %) pro 20Cr2Ni4A je:

Živel	uhlík (C)	křemík (Si)	mangan (Mn)	Chrom (Cr)	nikl (Ni)	fosfor (P)	síra (S)	měď (Cu)
Minimálně %	0.17	0.17	0.3	1.25	3.25	0	0	0
Maximálně %	0.23	0.37	0.6	1.65	3.65	0.025	0.025	0.3

Nízký obsah uhlíku označuje tuto ocel jako cementační ocel. Významný obsah chrómu a niklu zvyšuje prokalitelnost, což umožňuje efektivní kalení i ve větších úsecích a zároveň přispívá k pevnosti a houževnatosti.

2. Ekvivalenty 20Cr2Ni4A legované oceli

20Cr2Ni4A je specifikován podle čínské normy GB/T 3077—1999. Mezi srovnatelné mezinárodní známky patří:

• AISI (USA):E3316
• DIN (Německo):22NiCr14 (nebo 1,5752)
• JIS (Japonsko):SNCM420 (nebo 20NC14)
• AFNOR (Francie):20NCD7 (nebo 659)
• BS (UK):659M15 (nebo EN A15)
• GOST (Rusko):20H2H4A

I když jsou tyto třídy podobné, mohou existovat nepatrné odchylky ve specifikovaných rozmezích chemického složení.

3. Klíčové fyzikální vlastnosti a pokyny pro tepelné zpracování

3.1 Kritické teploty

Pochopení kritických transformačních teplot je zásadní pro účinné tepelné zpracování:

• Ac1:~705 °C – 720 °C
• Ac3:~775 °C – 780 °C
• Paní:~305°C – 395°C (v závislosti na přesném složení)

(Poznámka: Teploty Ar1 a Ar3 související s transformacemi chlazení jsou také důležité, ale často odvozené nebo specifikované v podrobných protokolech tepelného zpracování).

3.2 20Cr2Ni4A legovaná ocel Tepelné zpracování

Dosažení požadovaných vlastností u 20Cr2Ni4A vyžaduje přesné řízení tepelného zpracování:

• Kování:Zahřejte na 1150 °C – 1200 °C. Začátek kování mezi 1120°C – 1180°C, dokončování nad 850°C. Doporučuje se pomalé chlazení s následným žíháním nebo temperováním.
• Žíhání:Zahřejte na 810°C – 870°C, následuje ochlazení pece. Tím je dosaženo optimální obrobitelnosti (≤217 HBW).
• Nauhličování:Obvykle se provádí při austenitizačních teplotách (např. 900 °C – 950 °C) k difuzi uhlíku do povrchu. Hloubka pouzdra (0,2 mm až 1,5 mm) a obsah uhlíku na povrchu (0,7% – 1,0%) závisí na aplikaci. Možností je také vakuové nauhličování.
• Kalení:Nezbytný po nauhličení pro dosažení vysoké povrchové tvrdosti (martenzit). Obvykle zahrnuje kalení oleje přímo z nauhličovací teploty nebo po opětovném zahřátí (např. 860 °C – 880 °C nebo 780 °C – 860 °C v závislosti na procesu).
• Temperování:Nízkoteplotní popouštění (150°C – 200°C) po kalení je zásadní pro uvolnění napětí a snížení křehkosti při zachování tvrdosti povrchu. Je zapotřebí pečlivé kontroly, aby se zabránilo křehkosti při popouštění.
• Léčba pod nulou (volitelné):Lze aplikovat po kalení (-60°C až -80°C), aby se minimalizoval zbytkový austenit a dále se zvýšila tvrdost povrchu před konečným popouštěním.

4. 20Cr2Ni4A legovaná ocel Aplikace

Ocel 20Cr2Ni4A je vybrána pro součásti vyžadující vysokou odolnost proti povrchovému opotřebení v kombinaci s vynikající pevností jádra a houževnatostí:

• Plastové formy:Vhodné pro velké a středně velké formy, zejména formy se složitými dutinami nebo používané s abrazivními plasty (např. obsahujícími plniva). Jeho dobrá prokalitelnost zajišťuje dostatečnou tvrdost ve větších úsecích.
• Ozubená kola a hřídele:Ideální pro silně zatížená ozubená kola, pastorky, šneky, klikové hřídele a drážkované hřídele v automobilech, lokomotivách a obecných strojích.
• Ložiska:Používá se pro výrobu velkých, nárazuvzdorných válečkových ložisek (obězích a válečků) pro těžké stroje (válcovny, důlní zařízení).
• Další nauhličované součásti:Nápravy, pouzdra, spojky, vřetena obráběcích strojů, pístní čepy a kříže univerzálních kloubů vystavené velkému zatížení a rázovému namáhání.

5. Specifické úvahy pro výrobu forem

• Tvarovatelnost:V žíhaném stavu má ocel dobrou plasticitu, umožňující tváření dutin za studena.
• Hloubka případu:Formy pro abrazivní plasty obecně vyžadují hlubší nauhličované pouzdra (1,3-1,5 mm) ve srovnání s těmi pro měkčí plasty (0,8-1,2 mm).
• Zadržený austenit:Vysokoteplotní temperování před konečným kalením může pomoci snížit zadržený austenit.
• Kontrola kvality:Pečlivé řízení během výroby oceli a tepelného zpracování je nezbytné ke zmírnění rizik, jako jsou bílé skvrny a křehkost při popouštění.

6. Shrnutí

20Cr2Ni4A je vysoce výkonná cementovaná legovaná ocel nabízející vynikající prokalitelnost a vynikající rovnováhu mezi tvrdostí povrchu a houževnatostí jádra. Je to primární volba pro náročné aplikace při lisování plastů, vysoce výkonných převodů, ložisek a dalších kritických mechanických součástí. Dosažení optimálního výkonu závisí na přesně řízeném tepelném zpracování přizpůsobeném specifickým požadavkům aplikace.