Механические свойства стали 60С2А: характеристика, особенности применения и аналоги

Благодаря характеристикам, марку применяют в производстве упругих изделий — пружинн, рессор. Сталь 60С2А по классификации относят к конструкционным рессрсно-пружинным. Заменителями выступают стали 60С2Н2А, 60С2Г, 50ХФА.

Характеристика 

Сталь 60С2А относится к перлитному классу. Для получения мартенситной структуры требуется ускоренное охлаждение после нагрева до критической температуры, например, в масле. Традиционная площадка текучести у марки отсутствует. Остаточная деформация наоборот низкая. То есть, особенность стали — высокая степень упругости и выносливости.

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.

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.

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.

 

Аналоги стали 60С2А

Среди упругих сталей, выплавляемых в других странах (Spring steel) можно выделить ряд, обладающих схожим составом и близкими характеристиками к 60С2А:

  • в США — 9260, G92600,
  • в Германии — 60MnSiCr4, 60SiCr7, 65Si7,
  • в Японии — SUP6, SUP7.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 — 0
голосов

Пружинная сталь 60С2А используется для изготовления не только пружин, но и рессор. В качестве альтернативы данному материалу могут применяться стали 50ХФА, 60С2Г, 60С2Н2А.

Сплав относится к перлитам. Чтобы получить мартенсит, необходимо принудительно охладить изделие после закалки или прочих видов термообработки в масляной ванне. Благодаря отсутствию площадки текучести металл является упругим и выносливым.

Вернуться к содержанию

Расшифровка

Расшифровка стали 60С2А позволяет получить информацию:

  • 60С – 0,6% углерода в составе;
  • 2 – 2% кремния;
  • А – высококачественный материал.

Вернуться к содержанию

Химический состав

В состав стали входят:

  • С – 0,6%;
  • Si – 1,6-2%;
  • Mn – 0,6-0,9%;
  • Cr – 0,3%;
  • Ni – 0,25%;
  • Cu – 0,2%;
  • S и P – до 0,025%.

Остальная часть химического состава стали 60С2А представлена железом. Сталь – это сплав Fe и C при содержании последнего в количестве менее 2,06%. При увеличении процента углерода в составе материал становится более чувствительным к температурной обработке, прокаливаемым, прочным и твердым. К отрицательным последствиям относятся снижение пластичности, ударной вязкости и повышение хрупкости.

Для улучшения свойств металла предусматривается введение легирующих добавок. В результате сплав получается твердым и вязким, прочным и устойчивым к коррозии.

Кремний Si используется в качестве раскислителя, замещая молекулы кислорода в стали 60С2А. Это делает сталь более прочной и упругой. Марганец Mn вводится с этой же целью, он препятствует образованию сульфидов железа. В результате снижается количество трещин при закалке изделий. При содержании марганца более 1% происходит рост зерна, что приводит к уменьшению однородности структуры и прочности.

Хром Cr применяется в качестве легирующего компонента благодаря способности вытеснять кислород. Он образует карбиды железа, препятствует корродированию сплава, улучшает прокаливаемость. Никель Ni также повышает антикоррозионные свойства пружинной стали 60С2А и снижает красноломкость. Аналогичными свойствами обладает медь Cu. При увеличении ее содержания в составе более 1% происходит выделение интерметаллидов, которые снижают технологичность металла при отпуске.

Тщательно выверенный состав обеспечивает такие свойства стали, как прочность, упругость, ударная вязкость, антикоррозионные качества.

Вернуться к содержанию

Применение

Эксплуатационные характеристики марки стали 60С2А обусловили его область применения. Он может использоваться для изготовления нагруженных деталей, которые подвергаются действию знакопеременных нагрузок. К ним относятся:

  • торсионы – гибкие стержни, воспринимающие крутильные нагрузки;
  • цанги;
  • шайбы Гровера;
  • фрикционы;
  • пружины.

Данные элементы устанавливаются на машины, механизмы и оборудование, в т.ч. на гусеничную и колесную тяжелую технику.

Вернуться к содержанию

Свойства материала

На основании вида температурной обработки определяется прочностные параметры и твердость изделия. Характеристики пружинной стали 60С2А в отливках, кругах и лентах отличаются. В данном случае рассматриваются качества сплава на последних двух примерах.

Круги характеризуются прочностью 129 МПа и пределом текучести 117 МПа. Это обеспечивает их упругость. Для сравнения: предел прочности СТ3 равен 370 МПа. Выносливость при растяжении составляет 490 МПа, на кручение – 295 МПа.

В качестве способа термической обработки чаще всего используется закалка. Она осуществляется с остыванием в масле, после чего производится отпуск для исключения остаточных напряжений.

Вернуться к содержанию

Технические характеристики

К основным характеристикам стали 60С2А относятся:

Хрупкость отсутствие хрупкости после отпуска;
Флокеночувствительность отсутствие флокеночувствительности;
Предел кратковременной прочности 780-1180 МПа;
Плотность 7590 кг/м3
Предел пропорциональности 1375 МПа;
удлинение при разрыве 8%;
Свариваемость невозможность создания сварного соединения.

Вернуться к содержанию

Цена

Цена стали 60С2А варьируется в районе 50 руб. за килограмм. Она изменяется на основании количества стали, сроков и способа доставки.

Вернуться к содержанию

Термообработка

Закалка осуществляется при 870 градусах, изделие остывает в масляной ванне. Отпуск производится при 470 градусах, что позволяет получить троостит (ферритоцементитную структуру). Она сохраняет твердость 35-45 HRC.

Температурная обработка бывает:

  • начальной – отжиг;
  • конечной – закалка;
  • средней – отпуск.

Отпуск повышает твердость стали 60С2А до 365-445 НВ. Если навивка пружины осуществляется при однократном нагреве, то следующей стадией является термообработка.

Вернуться к содержанию

Механическая обработка

Окончательные напряжения после остывания снимают одиночным максимальным сжатием пружины с задержкой на 5-8 секунд. Торцевые части пружин d˃8 мм обрабатывают на фронтальном и торцевом шлифовочно-обдирочном оборудовании. При этом происходит постоянная подача жидкости в рабочую зону, что обеспечивает понижение температуры детали. Для прутьев из стали 60С2А менее 8 мм используются токарные станки.

Вернуться к содержанию

Упрочнение

Наклеп осуществляется в дробеметной машине, в которой каждая точка подвергается воздействию дроби в течение 20-30 секунд. Подача осуществляется со скоростью 70-100 кг/минуту, диаметр элементов – 0,8-1,2 мм. Такая обработка создает ровный серебристый цвет.

Второй вариант обработки – заневоливание. Пружину выдерживают в сжатом состоянии на протяжении 20-40 часов. Процедура производится после термообработки стали 60С2А. Также используется многократное обжатие (5-10 раз) и наклеп дробью.

Вернуться к содержанию

Аналоги стали 60С2А

В качестве аналогов материала могут применяться:

  • японские SUP6, SUP7;
  • немецкие 60MnSiCr4, 60SiCr7, 65Si7;
  • китайская 0Si2Mn;
  • французская 61SiCr7;
  • американские стали 9260, G92600.

Смотрите также:

  • У8А;
  • СТ20;
  • 14Х17Н2;
  • 17Г1С.