Все о стали 12ХН3А

Легированный стальной сплав 12ХН3А обладает хромоникелевым компонентом, который придаёт ему повышенную прочность. Этот состав относится к числу наиболее популярных в металлообработке широкого профиля.

Сталь 12ХН3А используется в случаях, когда более обычные сплавы не справляются с решаемыми задачами. Приповерхностная твёрдость и повышенная прочность прокатных кругов зарекомендовали себя при низком рабочем температурном интервале. При этом в условиях полярных морозов сталь такой марки не ломается, продолжая выдерживать высокую нагрузку как в покое, так и при движении. Легированные составы обладают добавочными присадками, значительно улучшающими её качества, например, выше становится устойчивость к истиранию. Плотность стали 12ХН3А – 7,89 г/см3.

В составе стали имеются хром и никель, от которых механическая прочность стали возрастает. Из сплава удалены фосфор и сера – они лишь вредят стали, делая её хрупкой. Сплав хорошо куётся, но при сварке необходимо выдержать особый алгоритм действий, иначе прочного сварного шва не получится. Он отличается хорошей токарной и фрезерной обработкой.

В составе марки 12ХН3А содержится 1,2% угля, хром присутствует в количестве 1,5%. Никель вплавлен в этот состав в количестве 3%. Маркер А свидетельствует о полном отсутствии в составе серы и фосфора, из-за которых эта сталь ломалась бы при серьёзной нагрузке: если бы они там и присутствовали, то лишь в следовых количествах.

Примерный химический состав стали 12ХН3А обусловлен нормативами ГОСТ 4543-1971. Помимо хрома и никеля с углеродом, в этом сплаве содержатся также кремний (порядка 3 промилле), медь (столько же). Эти добавки являются вспомогательными. Хромоникелевой эта сталь названа из-за главных двух примесей – никеля и хрома.

Поскольку эта сталь является цементируемой, то хром становится причиной насыщения поверхностного слоя углём. Он не даёт сформироваться остаточному аустенитному составу, отчего цементированная приповерхностная прослойка повышает свою твёрдость до оптимальных значений. Сердцевина хромистых составов обладает превосходной твёрдостью и амортизацией вибрации. Хром даёт возможность мастерам прокаливать эту сталь, не давая образоваться так называемым очагам размягчения на поверхности.

В отличие от хрома у никеля совершенно иное действие. Он не влияет на поверхностное впитывание углерода, не ускоряет и не замедляет его смешивания с железной основой сплава. Однако он не даёт процентному содержанию углерода превысить некий предел. Никелевая присадка обеспечивает сбережение остаточного количества аустенитной составляющей, уменьшающей твёрдость приповерхностной прослойки. Он улучшает также прокаливание, придаёт глубинным слоям, включая центр детали (по центральной оси прута, по среднему уровню плоскости листа или профильной стенки), дополнительную амортизацию при ударах и вибрации. Благодаря ему энергозатраты на термообработку снижаются – закалка заготовки происходит при более низкой температуре. В результате при простой закалке состав сохраняет свою мелкую зернистую структуру.

Состав 12ХН3А обладает немалой пластичностью и амортизирующими параметрами при глубоких отрицательных температурах.

Эта сталь относится к лучшим образцам конструкционного сплава – ответственные в плане нагрузочной составляющей комплектующие изготавливаются зачастую именно из неё. У никеля есть интересная особенность – полное постепенное растворение в твёрдом сплаве (по сравнению с хромом). Он играет заметно большую роль в прочностных показателях, чем хром. Комбинируя сочетание хрома и никеля в стальных сплавах такого рода, оптимально сочетают прочность и гашение вибраций, а также нечувствительность к числу прокаливаний.

Инструментальная сталь этой марки обычно представлена кругом, листом, полосой, поковкой, квадратным профилем, плитами, шайбными нарезками и кольцами 12ХНЗА. Так, шайбы можно нарезать из толстого прута с диаметром от 10 см.

Круг 12ХН3А изготовлен методом горячего проката. Более твёрдая по сравнению с сердцевиной поверхность обусловлена лучшей цементацией – поверхность не чувствительна к воде и слабым активным средам (растворы кислот и щелочей). Это позволяет избежать появления и наслоения ржавчины.

Марка 12ХН3А обладает равноценными заменами в виде 12ХН2, 20ХН3А, 25ХГТ, 12Х2Н4А и 20ХНР. Характеристики их могут несколько отличаться, но состав 12ХН3А не теряет прочности и вязкости до -100 по Цельсию. Для сравнения, нижний предел марсианского климата – -107 градусов. Это значит, что эта марка способна сохранять свои свойства на «Полюсе недоступности» в Антарктиде с его рекордом в -89,2 градуса. А российский полюс холода в Оймяконе с его -60 покажется лишь лёгким стрессом для этого состава.

Сплав 12ХНЗА – цементируемый, применяется для изготовления заготовок, для которых важны твёрдость на поверхности и вязкость в середине поперечного среза. Если заготовка оказалась бы одинаково твёрдой по всей толще, то она бы сломалась при околопредельной нагрузке, свойственной большинству похожих составов на основе никеля и хрома. Шестерни, валы, цапфы, шарниры, червячные и кулачковые втулки, поршневые штыри, цементируемые комплектующие, детали автомобилей и самолётов – все эти компоненты характеризуются повышенной ударно-вибрационной нагрузкой.

Выделка горячекатаных листов, труб из биметалла (полиметалла) для судов (сверху – сталь, внутри – медь). Еще одно применение стали с маркировкой 12XH3A – изготовление горячекатаного толстолистового проката, а также биметаллических бесшовных труб для судостроения (наружным слой – сталь, внутренний – медь). Если бы вместо этого сплава применялась, к примеру, нержавейка, обладающая хоть и немалой вязкостью, но без особо твёрдого слоя снаружи, корпус судна быстрее вышел бы из строя.

Обработка состава осуществляется методом закалки разогретых до 860 градусов деталей с погружением в масло. Отпускание же производится методом погружения нагретого до 180 градусов образца в воду. Из-за высокого содержания хрома и никеля, которые сами по себе не паяются и не варятся, сталь сваривается с использованием особого флюса. Разрезание заготовок возможно лишь благодаря применению как минимум быстрорежущей стали, но в особых случаях применяют победитовый сплав или алмаз для резки. Ковка уменьшает зернистость на изломе заготовок.

Чтобы эта сталь обрабатывалась легко, были проведены следующие дополнительные температурные испытания для состава 12ХН3А. Предтермообработка производится при температуре приближённо в 900 градусов. Нормализация и отпускание для поковочных модификаций сплава осуществляется в среднем при 670 градусах. Для прутковой продукции производится отжиг или отпуск. Цементация требует температуры примерно в 910 градусов, завышенное отпускание – при 660, холодовая закалка – при –55, «пониженное» отпускание – при 160. Твёрдость приповерхностного слоя, обогащённого цементитом, достигает 58 единиц по шкале Роквелла.