Гальваническое покрытие для стали 30хгса

Сталь 30ХГСА: характеристики и применение

Изначально, сталь марки 30ХГСА разрабатывалась советскими учеными как материал для авиационной промышленности. Элементы управления, педали и другие механизмы самолетов середины 20 века полностью изготавливали из данного сплава. Но наука не стояла на месте. Спустя некоторое время благодаря характеристикам сталь 30ХГСА нашла применение и стала доступной для остальных сфер промышленности. И сразу же началось массовое использование стали машино- и станкостроением.

30ХГСА — расшифровка марки стали

Сталь 30ХГСА относится к группе легированных сталей. Состав ее регламентируется ГОСТом 4543-71, согласно которому каждая буква и цифра обозначает определенное содержание определенных химических элементов:

• Цифра 30 означает содержание углерода 0,28-0,34%. Углерод повышает твердость и прочность в сталях, но снижает пластичность и свариваемость.
• Х – хром (0,8-1,1%) повышает закаливаемость, коррозионную стойкость и жаропрочность сплава. Положительно влияет на сопротивление абразивному износу.
• Г – марганец (0,8-1,1%) удаляет вредные примеси кислорода и серы. Снижает риск образования окалин и трещин во время термообработки. Повышает качество поверхности. Помимо этого, способствует увеличению сталью пластичности и свариваемости.
• С – кремний также как марганец является сильным раскислителем. Повышает пластичность, не снижая при этом прочность. Увеличивает восприимчивость стали к термической обработке.
• Буква «А» расшифровывается как улучшенная. Это означает, что сталь прошла закалку с высоким отпуском. Особенности проведения закалки заключаются в нагреве стали до температуры 870 ºС и в последующем быстром охлаждении в масле или воде. Таким образом, происходит трансформация внутренней структуры, что способствует повышению механических характеристик 30ХГСА в 2,9 раза. Закалочные напряжения снимаются высоким отпуском: нагревом до 540-560 ºС. Помимо снятия напряжения, параллельно происходит увеличение упругих свойств.
• Сера (до 0,25%) и фосфор (до 0,25%) относятся к категории вредных примесей. Размеры их молекул слишком большие по сравнению со всеми вышеперечисленными элементами. Встраиваясь в кристаллическую сетку стали, сера и фосфор снижают ее устойчивость, тем самым снижая прочность сплава.
• Также в составе 30ХГСА имеется некоторый процент меди и никеля. Но их содержание настолько мало, что они не оказывают влияния на характеристики стали.

30ХГСА – это российское обозначение марки стали.

Аналоги

Существует следующие зарубежные аналоги:

• Польша 30HGSA.
• Болгария 30ChGSA.
• Чехия 14331.

Физические свойства

Особенностью 30ХГСА является наличие характерного зеленого оттенка. Плотность 7850 кг\м3. Температура плавления около 1500 ºС.

Теплопроводность находится в пределах 30-38 Вт\м К в зависимости от значения температуры. Коэффициент линейного расширения в среднем составляет 12,2 106 1\град. Электросопротивление 210 мкОм мм.

Механические характеристики

Марка 30ХГСА от обычных конструкционных сталей отличается повышенным значением прочности и устойчивости к ударным нагрузкам. Предел текучести равен 820 МПа. Для сравнения, нержавейка 12Х18Н10Т «течет» уже при 400 МПа. Полное разрушение стали происходит при нагрузке 980 МПа. Ударная вязкость составляет 127 КДж\м2.

Обладает высокими пластичными свойствами: относительное удлинение 11%, а сужение 50%. Устойчива при работе в условиях переменных нагрузок. Предел выносливости 30ХГСА больше стали 45 ровно в 2 раза и имеет значение 490 МПа. Износоустойчива. Твердость находится в пределах 45-50 единиц по шкале Роквелла.

Сталь сохраняет свои механические характеристики при температуре вплоть до 400 С.

Химические свойства

Маркировка 30ХГСА не относится к категории коррозионностойких материалов. Под влиянием водной среды на поверхности сплава начинает проступать ржавчина.

Коррозионностойкость повышают путем использования специальных гальванических покрытий на основе хрома и цинка. Нанесение их осуществляется методом электролиза.

Технологические свойства

Высокая пластичность стали позволяет применять для ее обработки штамповку и ковку.

Упругие свойства стали также способствуют резанию: фрезерование, зенкерование и прочее. Для увеличения производительности данного процесса сталь предварительно отжигают.

30ХГСА относится ко 2-ой группе свариваемости. Особенности проведения сварки заключаются в необходимости прогрева стали до 250 ºС, что позволяет снизить вероятность образования трещин. При соблюдении данных условий сварные швы способны выдерживать нагрузку от 300 до 490 МПа в зависимости от типа нагрузки.

Типы применения

Благодаря всем вышеперечисленным характеристикам 30ХГСА имеет огромное практическое применение для разных отраслей промышленности:

• В строительстве из 30ХГСА делают крепеж, на который воздействует знакопеременный изгиб. Сюда относят анкерные болты, гайки, шпильки и прочее.
• До сих пор в авиастроении применяют как материал для изготовления расходных деталей самолетов: фланцы, валы и прочее.
• В машиностроении 30ХГСА нашла применение при производстве высокоответственных изделий, работающих в условиях переменных нагрузок: зубчатые передачи, шпиндели, валы, толкатели и т.д.

Содержание такого легирующего элемента как хром повышает стоимость 30ХГСА на рынке вторичного металла. Цена килограмма стального лома составляет 40-50 рублей. Это выше, чем у обычной углеродистой стали, но ниже чем у нержавейки. Более точное значение стоимости зависит от таких факторов как:

• Качество поверхности лома.
• Объем поставки.
• Габариты лома.

Оцените статью:

Источник

Способ нанесения покрытий на стальные детали

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам нанесения покрытий на стальные детали, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно, в авиации. Способ нанесения покрытий на стальные детали включает химическую активацию поверхности детали в соляной кислоте, осаждение подслоя никеля из никелевого электролита, бронзирование в электролитах для осаждения сплавов медь-свинец или медь-свинец-олово и последующую термообработку при температуре 250 — 360 o C. 5 табл.

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности, к способам нанесения покрытий на стальные детали и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.

Известны способы нанесения медных покрытий на стальные детали, заключающиеся в химической активации поверхности в соляной кислоте с последующим нанесением на поверхность деталей медных покрытий [1].

Наиболее близким по технической сущности является способ нанесения бронзовых покрытий на стальные детали, заключающийся в химической активации поверхности в соляной кислоте и последующем бронзировании [2].

Недостатком указанных способов является то, что осажденные покрытия имеют недостаточное сцепление с основой.

Для повышения прочности сцепления покрытий с основой и приданию антифрикционных свойств стальным деталям в способе нанесения покрытий на стальные детали, заключающимся в химической активации поверхности в соляной кислоте и бронзировании, после химической активации осаждают подслой никеля из никелевого электролита, а после бронзирования проводят термообработку.

Бронзирование проводят в электролитах для осаждения сплавов медь-свинец или медь-свинец-олово, а после бронзирования проводят термообработку при температуре 250-360 o C.

Осаждение подслоя никеля обеспечивает повышение прочности сцепления бронзового покрытия с основой. За счет оптимальных режимов химической активации, нанесения подслоя и его толщины, определенных авторами в результате проведенных исследований, осаждаются слои никеля, обеспечивающие высокую прочность сцепления бронзового покрытия с основой. Высокая прочность сцепления достигается при определенных сочетаниях продолжительности химической активации деталей в соляной кислоте, толщин слоя никеля и плотности тока, при которой осаждается никель (примеры 2-5, 8-16).

Химическую активацию стальных деталей проводят в концентрированной соляной кислоте до образования черного налета на поверхности деталей.

Осаждение подслоя никеля проводят в электролите следующего состава (г/л): Никель сернокислый — 250-350 Никель хлористый — 30-55 Кислота борная — 20-40 Режим: температура 18-25 o C, плотность тока 2-3 А/дм 2 , толщина никелевого подслоя 10-15 мкм.

После промывки в воде детали загружают в ванну бронзирования под током при плотности тока 1-1,2 А/дм 2 .

Осаждение бронзового покрытия проводят в электролите следующего состава (г/л): Медь борфтористая (в пересчете на металл) — 35-40 Свинец борфтористый (в пересчете на металл) — 25-40 Кислота борфтористоводородная (свободная) — 80-100 Тиомочевина — 0,2-0,3 Режим: температура 18-25 o C, плотность тока 3-4 А/дм 2 без перемешивания и 5-6 А/дм 2 с перемешиванием.

Медь борфтористая (в пересчете на металл) — 35-40
Свинец борфтористый (в пересчете на металл) — 25-40
Олово борфтористое (в пересчете на металл) — 4-6
Кислота борфтористоводородная (свободная) — 80-100
Тиомочевина — 0,2-0,3
Режим: температура 18-25 o C, плотность тока 2-3 А/дм 2 без перемешивания, 3-4 А/дм 2 с перемешиванием.

Проведение термообработки после бронзирования обеспечивает дальнейшее повышение сцепления бронзового покрытия с основой до значений, обеспечивающих применение их в тяжелонагруженных деталях, а также получение покрытия с заданными антифрикционными свойствами.

Такие свойства достигаются при определенном сочетании температуры и продолжительности термообработки, которые определены авторами в результате проведенных исследований (см., примеры 19-37).

Термообработка деталей после нанесения бронзовых покрытий проводится в пределах 250-360 o C в течение 35-55 мин. при постепенном повышении температуры от комнатной температуры в течение 35-50 мин. в зависимости от марки стали, из которой изготовлены детали.

За счет совокупности всех существенных признаков предлагаемого изобретения полностью достигается поставленная задача, т.е. повышение прочности сцепления покрытия с основой, при этом обеспечиваются необходимые антифрикционные свойства покрытия, которые позволяют применять стальные детали в тяжелонагруженных узлах трения авиационной техники.

Пример 1. Детали из стали 30ХГСА после обезжиривания и промывки в воде активировали в концентрированной соляной кислоте до образования черного налета на поверхности детали (2 мин.), затем наносили подслой никеля в электролите следующего состава (г/л):
Никель сернокислый — 300
Никель хлористый — 40
Кислота борная — 30
Режим: температура 18-25 o C, плотность тока 3 А/дм 2 , толщина никелевого подслоя 10 мкм.

Затем после промывки в воде детали под током загружали в ванну и осаждали бронзовое покрытие из электролита следующего состава (г/л):
Медь борфтористая (в пересчете на металл) — 35
Свинец борфтористый (в пересчете на металл) — 30
Кислота борфтористоводородная (свободная) — 80
Тиомочевина — 0,2
Режим: температура 18-25 o C, плотность тока 6 А/дм 2 с перемешиванием, толщина покрытия 500 мкм.

После бронзирования проводили термообработку деталей в электропечи при температуре 350 o C в течение 55 мин. Время разогрева до температуры 350 o C 50 мин.

Прочность сцепления покрытия с основой определяли количественно по методу сдвига. Испытания проводили на специальных цилиндрических образцах-свидетелях ( 12 мм, l = 40 мм) из стали марки 30ХГСА. На образцы наносили покрытие, как описано выше, и в покрытии нарезали 5-6 поясков высотой 2-2,5 мм. Образцы испытывали на машине 1231-У10. Образец с поясками устанавливали в матрицу. В момент сдвига пояска покрытия фиксировали значение нагрузок с точностью до 40 Н. Усилие сдвига определяли 6-8 раз. Расчет величины прочности сцепления проводили по формуле:
,
где
P — нагрузка, Н;
d — диаметр образца, мм;
h — высота пояска, мм;
0,6 — коэффициент пересчета напряжений сдвига в напряжения растяжения.

Прочность сцепления покрытия со сталью 30ХГСА равняется 263 МПа.

Примеры 2-5 иллюстрируют влияние продолжительности активации стали 30ХГСА в концентрированной соляной кислоте на прочность сцепления бронзового покрытия с основой (сталь 30ХГСА). Остальные операции, как описано в примере 1 (табл.1).

Примеры 6-7 иллюстрируют влияние подслоя меди и никеля на прочность сцепления бронзового покрытия с основой (сталь 30ХГСА). Остальные операции, как описано в примере 1 (табл.2).

Примеры 8-16 иллюстрируют влияние режима нанесения подслоя никеля на прочность сцепления бронзового покрытия с основой (сталь 30ХГСА). Остальные операции, как описано в примере 1 (табл.3).

Примеры 17-18 иллюстрируют влияние условий загрузки деталей (под током или не под током) в электролит бронзирования на прочность сцепления бронзового покрытия с основой (сталь 30ХГСА). Остальные операции, как описано в примере 1 (табл.4).

Примеры 19-27 иллюстрируют влияние режима термообработки на прочность сцепления бронзового покрытия с основой (сталь 30ХГСА). Остальные операции, как в примере 1.

Примеры 28-36 иллюстрируют влияние продолжительности нагрева до температуры 350 o C и продолжительности термообработки на прочность сцепления бронзового покрытия с основой (сталь 30ХГСА). Остальные операции, как описано в примере 1 (табл.5).

Детали из стали 30ХГСН2А после обезжиривания и промывки в воде активировали в концентрированной соляной кислоте до образования черного налета на поверхности детали (2 мин. ), затем наносили подслой никеля в электролите следующего состава (г/л):
Никель сернокислый — 300
Никель хлористый — 40
Кислота борная — 30
Режим: температура 18-25 o C, плотность тока 3 А/дм 2 , толщина никелевого подслоя 10 мкм.

Затем после промывки в воде детали под током помещали в ванну и осаждали бронзовое покрытие из электролита следующего состава (г/л):
Медь борфтористая (в пересчете на металл) — 35
Свинец борфтористый (в пересчете на металл) — 30
Олово борфтористое (в пересчете на металл) — 4
Кислота борфтористоводородная (свободная) — 80
Тиомочевина — 0,2
Режим: температура 18-25 o C, плотность тока 4 А/дм 2 с перемешиванием, толщина покрытия 300 мкм.

После бронзирования проводили термообработку деталей в электропечи при температуре 250 o C в течение 55 мин. Время разогрева до температуры 50 мин.

Прочность сцепления покрытия с основой определяли как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия с основой равняется 200 МПа.

Пример 38. Детали из стали 38Х2МЮА после обезжиривания и промывки в воде активировали в концентрированной соляной кислоте до образования черного налета на поверхности детали (2,5 мин.), затем наносили подслой никеля, бронзовое покрытие и проводили термообработку, как описано в примере 1.

Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия с основой равняется 250 МПа.

Пример 39. Детали из стали 30ХГСА после обезжиривания и промывки в воде, активировали, наносили подслой никеля, проводили бронзирование, термообработку, как описано в примере 1 и определяли антифрикционные свойства покрытия. Испытания антифрикционных свойств бронзового покрытия проводили при ступенчатой удельной нагрузке от 10 до 250 МПа в паре с хромированной сталью 30ХГСА (R_a = 0,63 мкм) со смазкой «Эра». Коэффициент трения при этом изменялся от 0,1 до 0,05. Коэффициент трения бронзы БрАЖН 10-4-4 при испытаниях в тех же условиях, которые приведены выше, изменялся от 0,14 до 0,12, т.е. был в 1,4-2,4 раза выше коэффициента трения осажденного бронзового покрытия.

Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить прочность сцепления покрытия с основой на порядок, придает антифрикционные свойства деталям и одновременно понижает коэффициент трения деталей в 1,4-2,4 раза, что дает возможность применять стальные детали в тяжелонагруженных узлах трения авиационной техники. Это в свою очередь позволяет повысить ресурс и надежность авиационной техники.

Способ нанесения покрытий на стальные детали, включающий химическую активацию поверхности в соляной кислоте и бронзирование, отличающийся тем, что после химической активации на поверхность осаждают подслой никеля из никелевого электролита, а после бронзирования проводят термообработку.

Источник