Металлические заготовки 20НМ: конструкционная никель-молибденовая сталь для тяжелонагруженных деталей
Металлические заготовки 20НМ — полуфабрикаты из конструкционной легированной стали марки 20НМ (старое обозначение по ГОСТ 4543), содержащей никель и молибден в качестве основных упрочняющих элементов. Химический состав стали 20НМ: углерод — 0,15–0,25 %, никель — 0,8–1,2 %, молибден — 0,15–0,25 %, кремний — 0,17–0,37 %, марганец — 0,4–0,7 %. Такое сочетание обеспечивает глубокую прокаливаемость и высокую вязкость сердцевины при цементации поверхностного слоя.
Сортамент и способы получения
Заготовки 20НМ поставляются в виде кованых и катаных полуфабрикатов, предназначенных для последующей механической обработки и термообработки. Основные виды:
- поковки круглого и прямоугольного сечения по ГОСТ 1133 и ГОСТ 7829;
- прокат горячекатаный круглый 20–200 мм по ГОСТ 2590;
- трубные заготовки и гильзы для полых валов;
- штампованные заготовки для зубчатых колёс и крестовин;
- заготовки для цементуемых деталей с припуском под шлифование.
Механические свойства и термообработка
Сталь 20НМ применяется преимущественно в цементованном или улучшенном состоянии. После цементации при 920–940 C, закалки с 850–870 C в масле и низкого отпуска при 180–200 C достигается твёрдость поверхностного слоя 58–62 HRC при вязкой сердцевине 30–40 HRC. Улучшение (закалка + высокий отпуск 550–600 C) даёт предел прочности 780–980 МПа, предел текучести не менее 590 МПа, относительное удлинение 12–14 %, ударную вязкость KCU 60–80 Дж/см.
| Параметр | Значение | Режим | Твёрдость | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Предел прочности | 780–980 МПа | Закалка + отпуск 550–600 C | 28–35 HRC | Валы, оси |
| Предел текучести | 590 МПа | Улучшение | 28–35 HRC | Шестерни |
| Ударная вязкость KCU | 60–80 Дж/см | Высокий отпуск | — | Крестовины |
| Твёрдость цементованного слоя | 58–62 HRC | Цементация + закалка | 58–62 HRC | Зубчатые колёса |
| Глубина цементованного слоя | 0,8–1,5 мм | Цементация 920–940 C | — | Кулачки, шлицы |
Технологические особенности обработки
Заготовки 20НМ обладают удовлетворительной обрабатываемостью резанием в нормализованном состоянии (твёрдость 156–197 HB) и склонностью к образованию вязкой стружки. Перед механической обработкой рекомендуется нормализация при 880–900 C для снятия внутренних напряжений после ковки. Свариваемость ограниченная — требуется подогрев до 150–200 C и последующая термообработка. Прокаливаемость стали 20НМ обеспечивает сквозную закалку в сечениях до 40–50 мм при охлаждении в масле.
Области применения
- зубчатые колёса и валы редукторов прокатных станов;
- крестовины и шлицевые соединения карданных передач;
- детали бурового оборудования и забойных двигателей;
- кулачковые механизмы и распределительные валы;
- тяжелонагруженные болты, шпильки и шлицевые втулки;
- детали металлургического и кузнечно-прессового оборудования.
Нормативная база
Поставка заготовок 20НМ регламентируется ГОСТ 4543 (прокат легированный конструкционный), ГОСТ 8479 (поковки из конструкционной стали), ГОСТ 1133 (поковки из углеродистой и легированной стали). Контроль макро- и микроструктуры проводится по ГОСТ 10243, УЗК поковок — по ГОСТ 24507. Допускается поставка по ТУ производителя с расширенным диапазоном механических свойств.
Вопросы и ответы
Чем сталь 20НМ отличается от 20ХНМ?
Сталь 20НМ не содержит хрома, что снижает прокаливаемость и коррозионную стойкость по сравнению с 20ХНМ. Однако 20НМ обеспечивает более высокую вязкость сердцевины при цементации и применяется для деталей, работающих при знакопеременных нагрузках.
Какая максимальная твёрдость достигается после цементации заготовок 20НМ?
После цементации при 920–940 C, закалки с 850–870 C в масле и отпуска при 180–200 C твёрдость поверхностного слоя составляет 58–62 HRC при глубине слоя 0,8–1,5 мм.
Для каких сечений обеспечивается сквозная прокаливаемость стали 20НМ?
Сквозная прокаливаемость при охлаждении в масле достигается в сечениях до 40–50 мм. Для больших сечений требуется применение водополимерной закалочной среды или увеличение содержания никеля.
Можно ли сваривать заготовки из стали 20НМ?
Свариваемость ограниченная. Требуется предварительный подогрев до 150–200 C, сварочные материалы с низким содержанием водорода и последующая термообработка (отпуск) для снятия напряжений.
