Аналоги сталей

Ванадий в России и за рубежом

То, что ванадий представляет высокую ценность для производства стальных сплавов, было обнаружено еще во времена Советского Союза. Однако в то время промышленное оборудование не было настолько усовершенствованным, чтобы с его помощью стало возможным полностью изучить результаты добавления этого элемента в качестве легирующего в различные сплавы.

Больше всех полученными данными заинтересовались инженеры-конструкторы авиастроения

Их внимание привлекли такие свойства ванадиевых сплавов, как:

• Устойчивость к высоким температурам
• Пластичность
• Защита от коррозии даже при неблагоприятных условиях
• Прочность и устойчивость к механическим повреждениям
• Низкий удельный вес

Сегодня в самолето- и ракетостроении широко применяются сплавы с добавлением ванадия. С каждым годом все больший спрос на них появляется и в машиностроении. Применяют такие сплавы в химическом и судостроительном производстве. В Германии получен патент на ванадиевотитановый сплав, содержащий 30-49% ванадия. Широко применяются титанованадиевые сплавы и в Соединенных Штатах Америки и других развитых стран мира. Естественно, такой интерес обусловлен в первую очередь сверхпрочностью, которую обеспечивает даже незначительное содержание ванадия в сплавах. Если для техники будут использоваться такие устойчивые материалы – она будет долговечной и износостойкой.

Хромованадиевая сталь

10.12.2013 15:37

Хромованадиевая сталь – это особый вид стали, получаемый путем различной комбинации входящих в её состав легирующих элементов. Так, сталь марки ASTM A-231 чаще всего используется для производства стальных инструментов (например, гаечных ключей), пружинной проволоки большого диаметра и других изделий, рассчитанных на высокие нагрузки.

Физические, химические и механические свойства хромованадиевой стали обусловливают её высокую устойчивость к механическим нагрузкам, коррозионную стойкость и твердость, что делает этот материал идеальным для определенных областей применения. В процессе производства хромованадиевая сталь подвергается холодному волочению и термообработке, приобретая способность выдерживать ударные нагрузки при повышенных температурах.

Данный сплав образуется путем комбинации в различных пропорциях входящих в его состав компонентов. Процент содержания каждого легирующего элемента зависит от требуемых характеристик конечного продукта. Как правило, хромованадиевая сталь содержит большое количество хрома (от 0,80 до 1,10 %), около 0,18 % ванадия и 0,70-0,90 % марганца. Кроме того, в ней содержатся 0,50 % углерода, 0.30 % кремния, а также ничтожные количества других металлов. При изменении пропорций компонентов сплава эта сталь может изменять свои свойства сообразно конкретным областям применения.

Твердость промышленных марок хромованадиевой стали является их обязательным физическим свойством, так как именно она определяет, для каких областей применения рассчитан конкретный материал. Согласно шкале твердости по Роквеллу этот сплав имеет твердость C41-55. Этот материал характеризуется структурной прочностью, которая в сочетании с ударной вязкостью обеспечивает ему высокую усталостную прочность и износостойкость.

Листовая хромованадиевая сталь хорошо поддается холодной формовке, в том числе фальцовке и расковке, при этом изделия из неё даже самой сложной формы не имеют никаких признаков растрескивания или деградации структуры материала. Существуют различные марки хромованадиевой стали, используемые в зависимости от их конкретных свойств. Так, например, марка SAE 6150 со средним или высоким содержанием углерода является идеальной для изготовления пружин, а высокоуглеродистая марка SAE 6195 используется в производстве шариковых и роликовых подшипников.

Минимальный предел прочности на разрыв хромованадиевой стали особенно высок по сравнению с другими сплавами и составляет, как правило, от 190 до 300 в зависимости от марки и номинального химического состава. Кроме того, этот материал обладает другими выгодными физическими свойствами, в том числе благоприятным модулем упругости и модулем упругости при кручении.

Модуль упругости – это математическая мера склонности материала к упругой (т.е. непостоянной) деформации под действием приложенной силы, а модуль упругости при кручении – это коэффициент, используемый для оценки его жесткости. Модуль упругости данного сплава равен 30, а модуль упругости при кручении 11,5.

Обновлено (06.05.2019 13:10)

особенности марки. Твердость, плотность и другие характеристики стали 40хфа.

Конструкционными сталями принято называть углеродистые или легированные сплавы, которым придаются определенные физические, механические и химические свойства. Чаще всего каждая марка, например, сталь 40хфа, идёт на изготовление определенных деталей и элементов узлов, производимых для нужд строительства и машиностроения.

К разряду качественных или высококачественных можно отнести только легированные конструкционные стали, в которых присутствуют специальные элементы, значительно повышающие коррозионную стойкость металла и его прочность. Легирующими элементами могут выступать разные составляющие, которые в русском обозначении марки сплава обозначаются определенными буквами:

• Х – хром (Cr)
• Н – никель (Ni)
• Д – медь (Cu)
• Ф – ванадий (V)
• Г – марганец (Mn)
• С – кремний (Si)
• А – азот (N)
• В – вольфрам (W) и т.д.

Определенное сочетание и концентрация легирующих элементов позволяют наделять сплав конкретными характеристиками и свойствами. В случае со сплавом 40хфа мы имеем дело с высококачественной конструкционной легированной хромованадиевой сталью, имеющей следующий химический состав:

• Fe – ~96%
• Cr – 0,8-1,1%
• V – 0,1-0,18%
• Mn – 0,5-0,8%
• C – 0,37-0,44%
• Si – 0,17-0,37%
• Cu – не более 0,3%
• Ni – не более 0,3%
• S – не более 0,025%
• P – не более 0,025%

Механически и физические свойства сплава

Металл данной марки следует отнести к трудносвариваемым сталям, которые в процессе сварки необходимо нагревать, а затем охлаждать. Здесь и высокая флокеночувствительность материала, т.е. его склонность к образованию неоднородных участков, и наличие отпускной хрупкости.

Сталь 40х – хромистая, с содержанием углерода в 0,40%, равно как и марки 65Г, 50ХФА и 30Х3МФ, выступает заменителем сплаву 40хфа. Иностранными же аналогами считаются следующие виды металлов: 4140, 4142 и G41400 – в США; 1.7223 и 41CrMo4 – в Германии, SCM440 – в Японии и т.д.

Плотность стали 40хфа, её твёрдость при определенных температурных условиях и прочие характеристики представлены в следующих таблицах:В качестве обязательной термообработки в случае со сплавом 40хфа применяется традиционная закалка и отпуск (в соответствии с ГОСТом на сталь данной марки). Ковка металла должна начинаться при 1250оС, а завершаться – при 860-800оС.

Сталь 40хфа: применение

Этот сплав поставляется в цеха промышленных предприятий в виде калиброванных, шлифованных прутков и кованых заготовок. Кроме того, очень популярен лист 40х, идущий на производство эстакад и мостовых конструкций. Хромованадиевая высококачественная легированная сталь рассчитана на использование в производстве деталей и узлов, рабочая температура которых не превышает 400оС. Это штоки, шлицевые валы, траверсы, установочные винты и пр. Сталь 40хфа, прошедший закалку и низкий отпуск, идет на изготовление деталей повышенной износостойкости, например, червячных валов.

Характеристики

Технологии порошковой металлургии минимизируют содержание неметаллических примесей, что обуславливает стабильность материала при термообработке. Рассмотрим преимущества и недостатки сплава Vanadis 10.

Плюсы

Наличие хрома, молибдена и ванадия обеспечивает высокую абразивную стойкость, прочность на излом, вязкость и сквозную прокаливаемость. Обладая таким плюсами, ножи из Ванадис 10 без проблем переносят внешние воздействия.

Ударная прочность и вязкость гарантируют устойчивость к появлению трещин, заминов, сколов и прочих повреждений режущей кромки.

Минусы

Отличный комплекс эксплуатационных свойств порошковой стали разбивает единственный недостаток — корродирование, что в целом актуально для высокопрочных сталей. Достаточно обеспечить Vanadis 10 грамотный уход, чтобы соприкосновение с влагой оставалось без последствий — нож достаточно очищать после использования и протирать от влаги.

Свойства ванадия

На внешний вид, элемент обладает сходством со сталью, также имея серебристо-серый оттенок. Однако, в отличие от низкоуглеродистого железа, металл ванадий характеризуется пластичностью. Это свойство сохраняется у вещества до температуры 300 0С, превышение которой резко снижает пластичность и металл становится хрупким. Аналогичный эффект оказывают примеси водорода, азота или кислорода в металле.

На фото: металл ванадий

Ванадий относится к тугоплавким металлам, с соответствующим температурным пределом – 1887 0С. Это объясняет его низкую жаростойкость – свойство, характерное для переходных элементов, вследствие рыхлости оксидов, формируемых на их основе. Ванадий устойчив к деформации ползучести вплоть до температуры 675 0С, чему способствует пятиокись ванадия. Пленка этого соединения образуется при окислении металла, сохраняя прочную связь с его поверхностью до указанного температурного предела.

Ванадий в таблице Менделеева

Ванадий – химический элемент V, относящийся соответственно собственной валентности к пятой группе Периодической системы. Его атомные характеристики: номером – 23, масса – 50.9. В природе различают два изотопа элемента: наиболее распространенный –51V и радиоактивный – 50V, доля которого составляет 0.25%. Радиоактивность изотопа 50V выражена достаточно слабо, фактически его можно считать стабильным, поскольку период полураспада существенно превышает триллионы лет.

Кристаллическая структура ванадия характеризуется объемно-центрированной кубической решеткой, что также свойственно тугоплавким металлам. Его плотность 6.11 грамм на куб. см. Металл ковок, прост в обработке давлением.

Содержание V внутри земной коры достигает 0.0015%, что характеризует его как распространенный элемент. С другой стороны, ванадий – рассеянный металл, поскольку не имеет самостоятельных минералов или концентрированных залежей. Обнаружить вещество можно в его сульфиде – патроните, ванадините, а также ряде других пород: роскоэлит, деклуазит, карнотит.

Стоимость ванадия

Основные месторождения тугоплавкого металла расположены в США, Китае, России, ЮАР и Армении. Современный уровень годового производства ванадия составляет порядка 90 тысяч тонн. Лидерство по выпуску металла удерживает Китай, на долю которого приходится более половины предложений. Как результат, именно Поднебесная оказывается основным регулятором цены на ванадий.

Добыча ванадиевой руды на месторождениях в России

Современная тенденция роста стоимости ванадия сохраняется уже не одну декаду. Это связано с ростом потребления металла. Основной вклад в востребованность элемента вносит растущее производство легированных сталей. Как считают эксперты, цена на ванадий сегодня, еще не обрела собственного максимума, ее рост прогнозируется минимум до 2020 года. Эти перспективы достаточно консервативны, поскольку объем использования конструкционных сталей ежегодно увеличивается. Таким образом, продать ванадий будет несложно еще несколько десятков лет.

Говоря языком цифр, можно выделить еще одну особенность металла – ванадий. Цена за кг его определяется видом продукции.

Так, наиболее дорогостоящим оказывается прокат: полоса, проволока – около $2000. На сотню долларов дешевле пруток. Непосредственно слитки металла марки ВнМ-1 стоят $200, что на порядок дешевле проката. Стоимость пятиокиси ванадия, и того меньше: $35 – 40 за килограмм. Цифры приведены с учетом расценок на металл к началу 2017 года.

Портрет идеальной отвёртки

В качестве резюме попробуем составить фоторобот идеальной отвёртки, которая прослужит долгие годы.

Благодарим компании Прайд, Мир инструмента, гипермаркеты Леруа Мерлен и Оби за участие в подготовке материала.

Аналоги

Найти аналог 8Cr13MoV не так уж и сложно. На рынке со сходными характеристиками и свойствами существует множество сплавов – прямых конкурентов. Эта сталь выигрывает у своих аналогов по одному из важнейших критериев – цене, поэтому её часто можно увидеть в изделиях многих крупных ножевых компаний.

Ближайшие аналоги:

1. 440С в США. Марка для ножей не пользуется у себя на родине большой популярностью, в отличие от 8Cr13MoV, которую можно часто увидеть во многих американских клинках.
2. AUS-8 или AUS8A в Японии. Это ближайший аналог по своим техническим показателям, который отличается более высокой прочностью и несколько видоизменённой структурой состава, так как заточен исключительно под производство режущих инструментов.
3. 95х18 в России. Отечественный конкурент имеет более низкую стоимость, отличается производственной технологией, но в целом обладает идентичными характеристиками.

Углеродистые стали

Прокат ванадия

Сегодня, металл доступен не только слитками, кусками или порошком. Ванадий купить реально в виде изделий проката, производимых согласно ТУ 48-4-373-76. Основные виды реализации – это:

лист ванадия;

пруток;

трубчатый профиль.

Аналогично слиткам, проволока из ванадия также выпускается тремя сортами ВнПр-0, 1 и 2. Их чистота аналогична соответствующим маркам металла в слитках. Наряду с прутками, проволокой, а также листовым прокатом, высоким спросом пользуется трубка из ванадия.

Полоса ванадия выпускается двух марок ВнПл-1 и ВнПл-2, отличающихся степенью чистоты базового металла. Листовая продукция металла отличается оригинальность исполнения. Например, лента ванадия имеет широкую вариацию по ширине и толщине, а также обладает закругленными краями в целях безопасности. Дополнительно, ленточный прокат может иметь специальное покрытие под эксплуатацию в неблагоприятных климатических условиях.

Хромованадиевая сталь

Хромованадиевые стали, кроме прочности и вязкости, присущих хромистым сталям, обладают высокой упругостью и менее склонны к перегреву.
 

Хромованадиевые стали обладают некоторой склонностью к отпускной хрупкости и ( поэтому, если из них изготовляют не цементуемые детали, а изделия, подвергаемые термической обработке с высоким отпуском, охлаждать их после отпуска следует в масле. Сравнительно невысокая прокаливаемость хромованадиевых сталей ограничивает их применение некрупными деталями.
 

Хромованадиевая сталь 85ХФ, как и предыдущие хромистые стали, в инструментах небольших сечений принимает закалку с охлаждением в масле и в расплавленных солях. Присутствие ванадия способствует образованию мелкого зерна и препятствует перегреву. Вследствие этого сталь 85ХФ превосходит по вязкости заэвтектоидные углеродистые и хромистые стали, особенно после отпуска при 300 — 400, создающего трооститную структуру.
 

Хромованадиевая сталь марок 15ХФ, 20ХФ, 20ХЗФ и 40ХФА ( табл. 1 — 3 и 47 — 51; рис. 88 — 95) применяется после цементации, закалки и отпуска, а сталь 40ХФ — после улучшения для изготовления различных деталей сравнительно небольшого размера, работающих на трение и требующих повышенной, по сравнению с углеродистой сталью, прочности и вязкости сердцевины.
 

Малоуглеродистые хромованадиевые стали применяются для изготовления деталей, подвергающихся цементации; стали со средним содержанием углерода приобретают высокие прочностные свойства после соответствующей термической обработки — закалки и отпуска.
 

Хромованадиевая сталь марки 40ХФА хорошо обрабатывается резанием и хорошо сваривается; ее применяют в качестве цементуемой.
 

Хромистые и хромованадиевые стали, В табл. 20 приведен химический состав хромистых и хромованадиевых сталей, а в габл.
 

Для хромованадиевой стали допускаются напряжения в растянутых пружинах до 70 кг / мм9 при г от 6 мм до 8 мм.
 

Для хромованадиевой стали допускаются напряжения в растянутых пружинах до 70 кг / мм при т от 6 мм до 8 мм.
 

В среднеуглеродистых хромованадиевых сталях типа 40ХЗНЗМФ2Б при изотермической закалке во время выдержки при температуре 625 С из аустенита на стадии предвиделения, а местами и на стадии выделения образуется дисперсная карбидная фаза на основе карбида ванадия. При этом аустенит сильно обедняется углеродом. В таком сплаве на фоне низкоуглеродистого мартенсита имеются дисперсные выделения упрочняющей карбидной фазы.
 

Положительные свойства хромованадиевой стали следующие: хорошая прокаливаемость, высокая усталостная прочность, устойчивость против перегрева.
 

Специфическое применение имеют хромованадиевые стали, которые обладают хорошими упругими свойствами, что очень важно для изготовления ответственных пружин.
 

Хорошо сопротивляются ударным нагрузкам кремнистые, воль-фрамо-кремнистые, хромованадиевые стали, хуже — марганвдвые, хромомарганцовые.
 

Уникальные свойства ванадия

Почему ванадий (феррованадий) имеет такое мощное действие на сплавы? Причиной этому являются уникальные свойства данного элемента. Он способен формировать карбиды. Их выделение из твердой массы ванадиевых ферросплавов происходит перед образованием цементита — химического соединения, называемого иначе карбид железа.

Таким образом, система в данном случае выглядит так: Fe—V—С.

Образованные ванадием карбиды, а также сложные ванадийсодержащие карбиды формируются из твердого раствора в мелкодисперсном виде. Данные вещества весьма сложно растворить в аустените (твердый раствор углерода в железе) или феррите (оксидные соединения железа с другими металлами). При их добавлении происходит значительное структурное измельчение стали и чугуна. Другое характерное для данного процесса явление – замедление интенсивности роста зерна в момент нагрева. Небольшое количество ванадия, не содержащееся в карбидах, формирует твердый раствор в феррите. Благодаря этому свойству рассматриваемого вещества значительно увеличивается растворимость в нем кислорода. Такой фактор, в свою очередь, положительно влияет на процесс очищения феррита от соединений оксидного типа, негативно сказывающихся на показателях его прочности.

Применение ванадия в производстве сплавов

Сегодня ванадий часто используется для типов стали, применяемых в производстве крупногабаритных конструкций. К ним относятся:

• Хромисто-ванадиевая сталь. Легирующий элемент в ней содержится в размере 0,2% от общего объема. Данный тип сплава отличается высокой прочностью и пластичностью, особенно в сравнении с хромисто-молибденовой сталью.
• Инструментальная сталь. Такой тип сплавов должен быть устойчивым к высоким температурам.
• Кипящая сталь. В нее ванадий начали добавлять всего несколько лет назад. Из таких сплавов производят листовой металл, который проходит обработку способами глубокой штамповки. При добавлении в кипящую сталь 0,03-0,05 % ванадия металлическое изделие получится износостойким и долговечным.
• Сплавы тройной системы Co—Fe—V. Для них характерно высокое магнитное качество. Они все больше и больше применяются производителями магнитов. В стали данного типа добавляют 10% ванадия. Их преимуществом перед сверхтвердыми никель-алюминиевыми сплавами, которые невозможно обрезать или согнуть, является то, что такую сталь легко ковать или обрабатывать на промышленных станках.
• Строительные стали.
• Стали для железнодорожного транспорта.

Хромованадиевая сталь

Хромованадиевая сталь содержит 0 22 — 0 30 % углерода, 0 25 — 0 35 % молибдена, 1 6 — 1 8 % хрома и 0 2 — 0 3 % ванадия.
 

Хромованадиевая сталь применяется для изготовления тех же деталей, что и хромистая сталь, отличается от нее меньшей склонностью к росту зерна и дает большую твердость цементованной поверхности. Из стали марки 50ХФА изготовляются ответственные пружины и рессоры, так как она обладает высоким пределом упругости.
 

Хромованадиевые стали — 20ХФ, ЗОХФ, 40ХФ, 15ХФ — имеют мелкозернистую структуру и высокое сопротивление износу, высокую прочность и вязкость. Из них изготовляют трубопроводы, работающие при высоком давлении, шпильки, болты в аппаратуре синтеза многих химических веществ.
 

Хромованадиевая сталь обладает высокой прочностью, пластичностью, твердостью, упругостью. Сталь марки 50ХФА идет для ответственных пружин, марки 15ХФ — для валов, шестерен, муфт.
 

Хромованадиевые стали — 20ХФ, ЗОХФ, 40ХФ, 15ХФ — имеют мелкозернистую структуру и высокое сопротивление износу, высокую прочность и вязкость. Из них изготовляют трубопроводы, работающие при высоком давлении, шпильки, болты в аппаратуре синтеза многих химических веществ.
 

Хромованадиевые стали — 20ХФ, ЗОХФ, 40ХФ, 15ХФ — имеют мелкозернистую структуру и высокое сопротивление износу, высокую прочность и вязкость. Из них изготовляют трубопрова-ды, работающие при высоком давлении, шпильки, болты в аппаратуре синтеза многих химических веществ.
 

Хромованадиевая сталь ( например, марки 15ХФ) содержит небольшое количество ( 0 1 — 0 2 %) ванадия.
 

Хромованадиевые стали — 20ХФ, ЗОХФ, 40ХФ, 15ХФ — имеют мелкозернистую структуру и высокое сопротивление износу, высокую прочность и вязкость. Из них изготовляют трубопрова-ды, работающие при высоком давлении, шпильки, болты в аппаратуре синтеза многих химических веществ.
 

Хромованадиевая сталь превосходит углеродистые стали по вязкости. Хромованадиевая сталь хорошо противостоит ударным нагрузкам и обладает высокой усталостной прочностью.
 

Хромованадиевые стали имеют повышенную прочность, упругость и вязкость.
 

Хромованадиевые стали имеют повышенную прочность, упругость и вязкость.
 

Хромованадиевая сталь характеризуется высокими механическими свойствами, особенно высоким пределом выносливости, теплостойкостью, а также хорошими технологическими свойствами. Ее применяют для ответственных пружин, в частности, для клапанных пружин двигателей. Во избежание коррозии пружины кад-мируют, покрывают неопреновой пленкой. Возможно применение для пружин стеклопластов.
 

Хромованадиевая сталь характеризуется высокими — механическими свойствами, особенно высоким пределом выносливости, теплостойкостью, а также хорошими технологическими свойствами. Ее применяют для ответственных пружин, в частности, для клапанных пружин двигателей. Во избежание коррозии пружины кад-мируют, покрывают неопреновой пленкой. Возможно применение для пружин стеклопластов.