Особенности стали марки 60Г

60Г – одна из основных российских марок рессорно-пружинных сталей, широко востребованная в различных отраслях промышленности. В статье рассмотрим ключевые особенности и свойства данного материала.

В соответствии со стандартами ГОСТа, все разнообразие сталей (их более 1,5 тысяч) маркируют специальными буквенно-цифровыми обозначениями, которые сразу говорят специалисту о составе и назначении данного материала.

Расшифровывается обозначение следующим образом.

• Первая цифра в обозначении указывает содержание углерода в десятых долях процента, то есть в данной марке его около 0,60%. Причем значение, указанное в маркировке, обычно среднее, для ориентирования. Точный процент содержания углерода в сплаве данной марки задает ГОСТ 1050-2013 – от 0,57 до 0,65%.
• Остальные символы в обозначении конструкционных сталей указывают на наличие легирующих добавок. В данном случае это буква «Г», которая обозначает марганец. Поскольку цифры после обозначения добавки не указываются, это значит, что содержание элемента – менее 1,5%. Точные нормы по стандарту – 0,50-0,80%. Этот элемент придает стали стойкость к ударам и повышенную вязкость (в сочетании с особыми методами обработки).

В маркировке обозначаются не все включенные в сплав элементы, а только говорящие об основных свойствах. Полный состав марки 60Г, в соответствие с ГОСТом 1050-2013, выглядит следующим образом:

• железо (Fe) – около 97%;
• кремний (C) – 0,57-0,65%;
• марганец (Mn) – 0,50-0,80%;
• кремний (Si) – 0,17-0,37%;
• сера (S) – до 0,035%;
• никель (Ni) – до 0,30%;
• фосфор (P) – до 0,030%;
• медь (Cu) – до 0,30%;
• хром (Cr) – до 0,25%.

Сталь 60Г – специальный сплав, разработанный для ответственных деталей подвижных механизмов, регулярно подвергающихся разнонаправленным нагрузкам (изгибу, скручиванию, сжатию, растяжению, вибрациям), которые должны выдерживать эти нагрузки без трещин, быстро возвращаться в исходное состояние (например, промышленные пружины).

А вот 60Г отличает максимальная для стали пластичность. Этот сплав прочный, но в то же время очень упругий, с высокой текучестью. Деталь из этого материала может пружинить, гнуться, изменять свою форму под действием внешних факторов, при этом сохраняя структуру своей кристаллической решетки и физические свойства. После прекращения воздействия изделие вернется в свою обычную форму. Такие особенности сплав 60Г приобретает благодаря химическому составу и особым режимам термообработки.

Ключевые физические свойства стали 60Г определяются ГОСТом. Они следующие:

• плотность – 7,82 г/см3;
• твердость – в диапазоне 45-47 HRC (твердость по Роквеллу), по шкале Бринелля – 241 HB;
• высокая упругость – 84 Гпа;
• высокая прочность на разрыв – 750 МПа;
• ударная вязкость – 3,0-3,5 кг*м/см2.

Также данную марку отличают такие важные качества, как:

• высокая для стали текучесть (способность переносить механические воздействия и деформации без нарушения структуры);
• способность к реверсу (восстановлению изначальной формы после сдавливающих и скручивающих воздействий);
• повышенная износостойкость;
• однородность структуры сплава, что минимизирует риск возникновения трещин и дефектов при нагрузках;
• хорошая ковкость, что позволяет создавать изделия нужной формы, в том числе кованый инструмент (например, ножи).

Среди российских марок, производимым по ГОСТу, близким аналогом 60Г является сталь 65Г.

В других странах существуют свои стандарты, определяющие химический состав и технологии обработки сталей, используется своя маркировка. Но в любом случае существует необходимость в производстве рессорно-пружинных сталей. Неполными, но близкими аналогами, обладающими сходными физическими свойствами, являются следующие:

• США: 1059, 1060, 1064, C1060, G10590, G10600, G10640;
• Страны Евросоюза: 1CS60, 2C60, 2CS60, C60, C60E;
• Германия: 1.0601, 1.1221, C60, C60D, C60E, C60R, Ck60, Ck60N;
• Япония: S58C, S60C-CSP, S65C-CSP, SWR-7;
• Китай – марка 60.

Сталь 60Г востребована в различных отраслях тяжелого и общего машиностроения, где она применяется для изготовления изделий пружинного типа с повышенной надежностью. Например, из данного материала изготавливают:

• плоские и круглые промышленные пружины;
• автомобильные рессоры и пружины;
• пружинные кольца амортизаторов;
• тормозные барабаны;
• цельнокатаные колеса вагонов;
• бандажи подвижного состава железных дорог;
• валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов;
• эксцентрики;
• шпиндели;
• диски сцепления;
• регулировочные шайбы и прокладки.

Еще одна область, где востребована сталь 60Г, – производство режущего и колющего инструмента. Благодаря упругим свойствам и ковкости этот материал хорошо подходит для топоров, ножей, колунов и подобных изделий.

Если высоколегированные стали обязаны своим особыми качествами специальным добавкам, то сплав 60Г обретает их благодаря технологии обработки (при этом точно выверенная химическая формула также обязательна). Эта обработка включает несколько этапов, каждый из которых имеет свои технологические особенности.

Сначала осуществляется закалка при высоких температурах (в диапазоне 800-860 градусов) и с последующим охлаждением в минеральном масле (для более мелких деталей) или воде (для более крупных изделий), что позволяет получить сталь с мартенситной структурой. Лучше всего для закалки рессорно-пружинной стали зарекомендовала себя схема с применением двух печей: в первой сплав постепенно нагревается до 500-700 градусов, а во второй происходит более быстрая финальная закалка при 800-830 градусах.

Такая схема позволяет обеспечить оптимальную скорость нагрева и правильное распределение тепла. В среднем общее время закалки стали 60Г составляет 20-80 минут, и оно сильно зависит не только от вида печи, но и от формы изделия: изделия сложной формы нужно нагревать дольше, чем плоские и тонкие.

Следующий этап – термический отпуск. Он необходим для того, чтобы избавиться от мартенситных соединений, которые образуются в сплаве при закалке и могут привести к существенному снижению упругости материала, сделав его жестким и ломким. Отпуск стали 60Г осуществляется при 360-610 градусах в течение 30-150 минут (время зависит от типа печи и формы изделия).

После отпуска необходимо дождаться полного остывания материала, в ходе которого происходит его естественная нормализация. Среда охлаждения – воздух. При соблюдении всех технологических процессов сталь 60Г получает равномерную структуру, упругость, пластичность. Данный сплав отличается хорошей ковкостью. Ковку производят при температурном режиме в 1220-800 градусов. Свариваемость 60Г условная, материал не предназначен для сварки, хотя при необходимости возможна сварка контактным способом.