Сталь марки 38Х2МЮА

Марка: 38Х2МЮА (заменители: 38Х2ЮА, 38ХВФЮ, 20Х3МВФ, 38Х2Ю) Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006. Калиброванный пруток: ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 14955-77. Полоса: ГОСТ 103-2006. Поковки и кованные заготовки: ГОСТ 1133-71. Класс: Сталь жаропрочная релаксационностойкая Использование в промышленности: азотируемые детали: шестерни, валики, пальцы, втулки и т.д., работающие при температурах до 450 град.

Химический состав в % стали 38Х2МЮА
C	0,35 - 0,42
Si	0,2 - 0,45
Mn	0,3 - 0,6
Ni	до 0,3
S	до 0,025
P	до 0,025
Cr	1,35 - 1,65
Mo	0,15 - 0,25
Al	0,7 - 1,1
Cu	до 0,3
Fe	~95

Зарубежные аналоги марки стали 38Х2МЮА
США	Cl.A, J24056, K24065, K24728	Германия	1.8509, 41CrAlMo7
Япония	SACM645	Франция	40CAD6-12
Англия	905M39	Евросоюз	41CrAlMo7
Италия	41CrAiMo7	Испания	F.174
Китай	38CrMoAl	Швеция	2940
Польша	38HMJ	Чехия	15340
Юж.Корея	SACM645

Дополнительная информация и свойства

Удельный вес: 7710 кг/м3 Температура ковки, °С: начала 1240, конца 800. До 50 мм охлаждение в штабелях на воздухе, 51-100 мм в ящиках. Термообработка: Закалка 930 - 940oC, масло, Отпуск 660oC, 5ч, Охлаждение воздух, Твердость материала: HB 10 -1 = 229 МПа Температура критических точек: Ac1 = 800 , Ac3(Acm) = 940 , Ar1 = 730 Обрабатываемость резанием: в закаленном и отпущенном состоянии при HB 240-270 и σв=780 МПа, К υ тв. спл=0,75 и Кυ б.ст=0,55 Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций. Флокеночувствительность: чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости: не склонна. Дополнительная информация по марке:

Механические свойства стали 38Х2МЮА
ГОСТ	Состояние поставки, режим термообработки	Сечение, мм	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (Дж / см2)	НВ, не более
ГОСТ 4543-71	Пруток. Закалка 940 °С, вода или масло. Отпуск 640 °С, вода или масло	30	835	980	14	50	88	-
ГОСТ 8479-70	Поковки. Закалка. Отпуск	100-300	590	735	13	40	49	235-277
	Закалка 930-950 °С, масло или вода. Отпуск 640-680 °С, воздух	60 100 200	880 730 590	1030 880 780	18 10 10	52 45 45	- 59 59	250-300 - -
	Закалка 950 °С, масло. Отпуск 550 °С, масло	120	780-880	930-1030	12-15	35-45	69-98	285-302

Твердость стали 38Х2МЮА после азотирования
Режим термообработки	HВ (HV)
Закалка 930-950 °С, масло или вода. Отпуск 640-680 °С, воздух. Азотирование 520-540 °С, с печью до 100 °С	Сердцевины 269-300, поверхности (850-1050)

Механические свойства стали 38Х2МЮА в зависимости от сечения
Сечение, мм	Место вырезки образца	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ4 (%)	ψ %	KCU (Дж / см2)	HB
Закалка 930-950 °С, масло или воздух. Отпуск 640-680 °С, воздух
60 100 200	- - -	880 730 590	1030 880 780	18 10 10	52 45 45	- 59 59	250-300 - -
Закалка 940 °С, масло. Отпуск 600 °С
30	Ц	780	910	17	53	115	-
Закалка 940 °С, через воду в масло. Отпуск 600 °С
50 80 140 180 220	Ц Ц Ц Ц К Ц К	830 830 780 710 780 730 800	950 940 920 860 930 880 930	16 15 15 15 14 15 16	50 50 48 47 48 43 43	102 48 41 36 39 35 34	- - - - - - -

Механические свойства стали 38Х2МЮА в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (Дж / см2)	HB
Закалка 900 °С, масло
300 400 500 600	1660 1520 1270 1080	1810 1670 1420 1180	8 10 10 12	43 39 44 60	39 10 29 78	550 600 450 370

Механические свойства стали 38Х2МЮА при повышенных температурах
Температура испытаний, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (Дж / см2)
Пруток. Закалка 930-940 °С, масло. Отпуск 660 °С, 5 часов, воздух. НВ≥255
20 200 300 400 500 600	650 580 570 550 420 270	800 780 810 720 470 300	17 17 18 20 25 26	64 56 58 63 81 89	157 152 127 127 98 98
Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, прокатанный и отожженный. Скорость деформирования 20 мм/мин. Скорость деформации 0,007 1/с
800 900 1000 1100 1200	98 66 39 22 15	110 84 49 32 22	66 57 66 77 77	95 97 98 100 100	- - - - -

Механические свойства стали 38Х2МЮА при 20 °С в зависимости от тепловой выдержки
Режимы термообработки	Температура, °С	Время выдержки, ч	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (Дж / см2)
Закалка 930-940 °С, масло. Отпуск 660 °С	500 550	5000 5000	640 550	800 710	20 23	60 63	152 171

Механические свойства стали 38Х2МЮА при испытании на длительнуя прочность

Предел ползучести, МПа	Скорость ползучести, %/ч	Температура, °С
196 82 14	1/1000000 1/1000000 1/1000000	450 500 550

Предел выносливости стали 38Х2МЮА
σ-1, МПА	n	Термообработка
392-480 608-617	107 -	Закалка 940 °C, масло. Отпуск 660 °C, 5 ч, воздух. σ0,2=650 МПа, σв=810 МПа, НВ 255 Закалка 940 °C, масло. Азотирование 500 °C, 48 ч

Прокаливаемость стали 38Х2МЮА
Расстояние от торца, мм										Примечание
1,5	3	6	9	12	18	24	30	36	42	Закалка 870 °С
52	52	51,5	49,5	48,5	45,5	44	43,5	43,5	42,5	Твердость для полос прокаливаемости, HRC

Критический диаметр в воде	Критический диаметр в масле
70	45

Физические свойства стали 38Х2МЮА
T (Град)	E 10- 5 (МПа)	a 10 6 (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))	R 10 9 (Ом·м)
20	2.09		33	7710
100	2.02	11.5	33		496
200	1.94	11.8	32		517
300	1.9	12.7	31		533
400	1.81	13.4	20		546
500	1.74	13.9	20		575
600	1.62	14.7	28		609
700	1.47	14.9	27		638
800	1.37		27		676

Расшифровка марки металла 38Х2МЮА: означает, что в стали содержится 0,38% углерода, Х2 - что содержится до 2% хрома, а что количество магния и алюминия не превышает 1%, буква А в конце свидетельствует о качестве стали и минимальном содержании вредной серы и фосфора не более 0,025% каждого.

Применение для изготовления инструмента: измерительные инструменты изготовляются из высокоуглеродистых сталей У10А, У12А; легированных сталей ХГ, ХВГ, 9ХВГ, Х12, Х12М, ШХ15, 9ХС, Х09, 35ХЮА, 38Х2МЮА, (стали 35ХЮА и 38Х2МЮА применяются для азотируемого инструмента) и малоуглеродистых сталей (для цементации) 10, 15, 20, 15Х, 15ХГ, 20Х, Ст2, Ст3.

Основные требования, предъявляемые к сталям, предназначенным для изготовления измерительного инструмента, следующие: сталь должна быть износоустойчивой, хорошо обрабатываться резанием (получение чистой поверхности), должна обладать наименьшей деформацией при закалке.

Этим требованиям лучше других удовлетворяют легированные стали, такие как 38Х2МЮА.

Азотированные стали обладают весьма высокой твёрдостью (до R_c = 68). В связи с тем, что азотирование происходит при низких температурах, изделия не получают напряжений,обычных при закалке, что является основой для дальнейшего сохранения размеров. Поэтому из азотируемых сталей изготовляют инструмент наиболее сложной конфигурации и работающий в тяжёлых условиях.

Особенности стали 38Х2МЮА: ответственные нагруженные детали прецизионных машин и приборов изготовляют из сложнолегированных конструкционных сталей, например 40ХН2СВА, 38ХМЮА (старое название, новое название марки 38Х2МЮА) и т. п., обработанных на высокую прочность (σ_0,2 = 150-170 кгс/мм², σ_в = 170-190 кгс/мм²). Однако достигаемый комплекс свойств не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям. Актуальной задачей является повышение прочностных свойств в сочетании с необходимым запасом пластичности и высокой размерной стабильностью.

Для этого целесообразно использовать высокотемпературную термомеханическую обработку или кратко (ВТМО). ВТМО заключается в совмещении пластической деформации, проводимой выше температуры рекристаллизации в области существования стабильного аустенита, с немедленной закалкой. ВТМО конструкционных легированных сталей приводит к повышению прочностных свойств и пластичности, увеличивает сопротивление усталости, уменьшает склонность к обратимой и необратимой отпускной хрупкости, повышает длительную прочность. Вследствие протекания возврата и даже начальных стадий рекристаллизации в процессе высокотемпературной деформации, а также наследования мартенситом дислокационной структуры аустенита образующаяся при ВТМО субструктура характеризуется повышенной механической и термической устойчивостью. Это позволяет сохранить эффект обработки после высокотемпературного отпуска и повторной закалки.

Такая структура должна обеспечивать высокое сопротивление стали микропластическим деформациям при комнатной и повышенной температурах. В связи с этим, была исследована возможность использования ВТМО для повышения сопротивления микропластическим деформациям легированных конструкционных сталей.

Для исследования выбраны стали 40ХН2СВА и 38ХМЮА, применяемые для ответственных деталей машин и приборов. ВТМО производили посредством осадки на 50% отрезанных от прутка заготовок и их закалки в масле. Предварительно заготовки перековывали с перепутыванием волокна с целью устранения текстуры. Заготовки перед деформацией нагревали до 950° С, температура окончания деформации составляла 880-900° С. Заготовки, не подвергавшиеся деформации, закаливали с оптимальной для этих сталей температуры 920° С. После отпуска при различных температурах электроискровым методом вырезали заготовки образцов таким образом, чтобы исключить влияние зон затрудненной деформации. Предел упругости и механические свойства определяли при растяжении, релаксационные испытания проводили при изгибе на кольцевых образцах.

По сравнению с закалкой и аналогичным отпуском предел упругости после ВТМО повышается на 20-30%, пределы прочности и текучести - соответственно на 7-10 и 11-13%. В процессе отпуска предел упругости возрастает, достигая максимального значения при 300- 350° С, что связано с рассмотренными выше процессами стабилизации тонкой структуры стали. Увеличение температуры отпуска до 300-400° С приводит к значительному понижению прочностных свойств, в то время как предел упругости стали мало изменяется. После отпуска при 500° С прочностные свойства стали, подвергнутой ВТМО и обычной закалке, различаются незначительно, однако различие в величине предела упругости составляет -10%. Это указывает на относительно высокую устойчивость образующейся в результате ВТМО тонкой структуры. По сравнению с обычной закалкой ВТМО практически не влияет на твердость стали. После ВТМО пластичность стали существенно возрастает.

Результаты релаксационных испытаний при нагрузках, составляющих 0,4 σ_0,2, для сталей после закалки и отпуска представлены.

Релаксационная стойкость стали после ВТМО выше, чем после обычной закалки и аналогичного отпуска. Однако этот эффект связан с возрастанием релаксационной стойкости лишь в первоначальный период испытаний. После всех режимов отпуска относительное падение напряжений за 150 ч испытаний примерно в 1,5 раза меньше для образцов, подвергнутых ВТМО.

Скорость релаксации напряжений во втором периоде можно оценивать по тангенсу угла а наклона прямолинейного участка кривой In о - t к оси абсцисс. В образцах после ВТМО падение напряжений на 7-18% больше в сравнении с образцами после обычной закалки.

Таким образом, оказывая благоприятное влияние на повышение сопротивления стали микропластическим деформациям при кратковременном нагружении и прочностные свойства, ВТМО не имеет существенных преимуществ перед обычной закалкой в отношении повышения сопротивления стали микропластическим деформациям при длительных испытаниях в условиях релаксации напряжений.

Рассмотрим полученные экспериментальные данные, исходя из известных представлений о структурных изменениях в стали при ВТМО.

Высокотемпературная деформация аустенита при ВТМО приводит к повышению плотности дефектов в аустените и созданию устойчивых конфигураций дислокаций в связи с процессами полигонизации и начальных стадий рекристаллизации аустенита. В результате «наследования» мартенситом дислокационной структуры аустенита при ВТМО образуется относительно стабильная фрагментированная структура мартенсита с повышенной плотностью дефектов. Повышение стабильности структуры при ВТМО также связано с уменьшением степени пересыщенности мартенсита углеродом (по-видимому, благодаря образованию сегрегаций на дислокациях).

Очевидно, указанные изменения структуры, наряду с дополнительными эффектами ВТМО (измельчением зерна, образованием дисперсных карбидов и др.), должны оказывать благоприятное влияние на характеристики сопротивления стали микропластическим деформациям при кратковременном и длительном нагружениях. В связи с этим полученные эффекты повышения предела упругости и релаксационной стойкости в начальный период релаксации после ВТМО исследованных сталей вполне закономерны. Однако в условиях длительных релаксационных испытаний при 150° С проявляется нестабильность структуры, связанная с более высокой плотностью дефектов (или с более высоким запасом свободной энергии) после ВТМО в сравнении с обычной закалкой. По-видимому, отдельные дислокационные группы, образовавшиеся в результате ВТМО и являющиеся стабильными при кратковременных испытаниях, в условиях длительных испытаний под совместным воздействием температуры, напряжений и термических флуктуаций становятся относительно нестабильными. Поэтому во времени могут проходить процессы их перераспределения в направлении более устойчивых образований, что приводит к понижению релаксационной стойкости во втором периоде испытаний. После отпуска при 500° С и выше не наблюдается понижения релаксационной стойкости стали во втором периоде испытаний. Однако при этом значительно понижаются их прочностные свойства и предел упругости.

Из изложенного следует, что практическое использование благоприятного влияния высокотемпературной термомеханической обработки на сопротивление микропластическим деформациям конструкционной легированной стали, обработанной на высокую прочность, целесообразно для изделий с относительно небольшим ресурсом работы (порядка 150-300 ч).