Stal stopowa 20Cr2Ni4A: właściwości i zastosowania

Stal stopowa 20Cr2Ni4A to wszechstronna stal niskowęglowa, wysokostopowa do hartowania powierzchniowego, znana z doskonałego połączenia twardości powierzchni i wytrzymałości rdzenia po odpowiedniej obróbce cieplnej. Zrozumienie jej właściwości technicznych jest niezbędne do wykorzystania jej pełnego potencjału w wymagających zastosowaniach.

1. Stal stopowa 20Cr2Ni4A Skład chemiczny (GB/T 3077—1999)

Typowy skład chemiczny (ułamek masowy, %) dla 20Cr2Ni4A jest następujący:

Element	Węgiel (C)	Krzem (Si)	Mangan (Mn)	Chrom (Cr)	Nikiel (Ni)	Fosfor (P)	Siarka (S)	Miedź (Cu)
Min. %	0.17	0.17	0.3	1.25	3.25	0	0	0
Maksymalnie %	0.23	0.37	0.6	1.65	3.65	0.025	0.025	0.3

Niska zawartość węgla oznacza, że jest to stal do nawęglania. Znaczna zawartość chromu i wysoka zawartość niklu zwiększają hartowność, umożliwiając skuteczne hartowanie nawet w większych przekrojach, a także przyczyniając się do wytrzymałości i twardości.

2. Odpowiedniki stali stopowej 20Cr2Ni4A

20Cr2Ni4A jest określony w chińskiej normie GB/T 3077—1999Porównywalne klasy międzynarodowe obejmują:

• AISI (Stany Zjednoczone):E3316
• DIN (Niemcy):22NiCr14 (lub 1,5752)
• JIS (Japonia):SNCM420 (lub 20NC14)
• AFNOR (Francja):20NCD7 (lub 659)
• BS (Wielka Brytania):659M15 (lub EN A15)
• GOST (Rosja):20Х2Н4А

Mimo że te gatunki są podobne, mogą występować niewielkie różnice w określonych zakresach składu chemicznego.

3. Kluczowe właściwości fizyczne i wskazówki dotyczące obróbki cieplnej

3.1 Temperatury krytyczne

Zrozumienie krytycznych temperatur transformacji jest kluczowe dla skutecznej obróbki cieplnej:

• Ak1:~705°C – 720°C
• Ak3:~775°C – 780°C
• SM:~305°C – 395°C (w zależności od dokładnego składu)

(Uwaga: Temperatury Ar1 i Ar3 odnoszące się do przemian chłodzenia są również istotne, ale często są wyprowadzane lub określane w szczegółowych protokołach obróbki cieplnej).

3.2 20Cr2Ni4A Stal stopowa Obróbka cieplna

Osiągnięcie pożądanych właściwości stali 20Cr2Ni4A wymaga precyzyjnej kontroli obróbki cieplnej:

• Kucie:Podgrzać do 1150°C – 1200°C. Rozpocząć kucie w temperaturze 1120°C – 1180°C, zakończyć powyżej 850°C. Zalecane jest powolne chłodzenie, a następnie wyżarzanie lub odpuszczanie.
• Wyżarzanie:Podgrzać do temperatury 810°C – 870°C, a następnie schłodzić piec. Uzyskuje się w ten sposób optymalną obrabialność (≤217 HBW).
• Nawęglanie:Zwykle wykonywane w temperaturach austenityzacji (np. 900°C – 950°C), aby rozproszyć węgiel do powierzchni. Głębokość warstwy (0,2 mm do 1,5 mm) i zawartość węgla na powierzchni (0,7% – 1,0%) zależą od zastosowania. Nawęglanie próżniowe jest również opcją.
• Gaszenie:Niezbędne po nawęglaniu, aby uzyskać wysoką twardość powierzchni (martenzyt). Zazwyczaj obejmuje hartowanie olejowe bezpośrednio z temperatury nawęglania lub po ponownym podgrzaniu (np. 860°C – 880°C lub 780°C – 860°C w zależności od procesu).
• Ruszenie:Niskotemperaturowe odpuszczanie (150°C – 200°C) po hartowaniu jest kluczowe dla odprężenia i zmniejszenia kruchości przy jednoczesnym zachowaniu twardości powierzchni. Aby uniknąć kruchości odpuszczania, konieczna jest staranna kontrola.
• Leczenie ujemne (opcjonalne):Można stosować po hartowaniu (-60°C do -80°C) w celu zminimalizowania ilości austenitu szczątkowego i dalszego zwiększenia twardości powierzchni przed ostatecznym odpuszczaniem.

4. Stal stopowa 20Cr2Ni4A Aplikacje

Stal 20Cr2Ni4A wybierana jest do elementów wymagających wysokiej odporności powierzchni na zużycie w połączeniu z doskonałą wytrzymałością i ciągliwością rdzenia:

• Formy plastikowe:Nadaje się do dużych i średnich form, szczególnie tych ze złożonymi wnękami lub używanych z tworzywami ściernymi (np. zawierającymi wypełniacze). Jego dobra hartowność zapewnia wystarczającą twardość w większych przekrojach.
• Koła zębate i wały:Idealny do mocno obciążonych kół zębatych, zębników, ślimaków, wałów korbowych i wałów wielowypustowych w zastosowaniach motoryzacyjnych, lokomotywowych i maszynach ogólnego przeznaczenia.
• Namiar:Stosowany do produkcji dużych, odpornych na uderzenia łożysk tocznych (bieżnie i rolki) do ciężkiego sprzętu (walcownie, sprzęt górniczy).
• Inne elementy nawęglane:Osie, tuleje, sprzęgła, wrzeciona obrabiarek, sworznie tłokowe i krzyżaki przegubów krzyżakowych poddawane dużym obciążeniom i naprężeniom udarowym.

5. Szczególne uwagi dotyczące produkcji form

• Formowalność:W stanie wyżarzonym stal charakteryzuje się dobrą plastycznością, co pozwala na formowanie na zimno gniazd.
• Głębokość sprawy:Formy do tworzyw ściernych wymagają na ogół głębszej warstwy nawęglonej (1,3–1,5 mm) w porównaniu do form do tworzyw miękkich (0,8–1,2 mm).
• Austenit szczątkowy:Odpuszczanie w wysokiej temperaturze przed ostatecznym hartowaniem może pomóc w ograniczeniu ilości austenitu szczątkowego.
• Kontrola jakości:Aby ograniczyć ryzyko wystąpienia białych plam czy kruchości odpuszczania, konieczne jest staranne zarządzanie produkcją stali i obróbką cieplną.

6. Streszczenie

20Cr2Ni4A to wysokowydajna stal stopowa do utwardzania powierzchniowego, oferująca doskonałą hartowność i doskonałą równowagę między twardością powierzchni a wytrzymałością rdzenia. Jest to podstawowy wybór do wymagających zastosowań w formowaniu tworzyw sztucznych, przekładniach o dużej wytrzymałości, łożyskach i innych krytycznych elementach mechanicznych. Osiągnięcie optymalnej wydajności opiera się na precyzyjnie kontrolowanej obróbce cieplnej dostosowanej do konkretnych wymagań aplikacji.