Коэффициент линейного расширения стали 09г2с

Технические характеристики легированной стали 09Г2С

Характеристики стали 09Г2С относят ее к классу конструкционных низколегированных сплавов. Физические и механические свойства материала делают его востребованным в тех металлоконструкциях, которые испытывают наиболее сильные деформации в процессе эксплуатации.

Химический состав

Расшифровка марки стали 09Г2С дает информацию о веществах, составляющих ее основу:

• первые две цифры указывают на содержание углерода, в данном случае – 0,09%;
• следующий символ означает наименование легирующего элемента – марганца;
• на его концентрацию указывает цифра – до 2%;
• буква «С» свидетельствует о присутствии кремния, количество его не превышает 1%.

Легированная сталь 09Г2С изготавливается по ГОСТу 27772-88. Маркировка указывает на низкое содержание главных легирующих добавок. Кроме них в ее состав входят и другие элементы, общее содержание которых не превышает 2,5%:

• никеля – до 0,03%;
• серы – 0,04;
• фосфора – 0,035;
• хрома – 0,3;
• азота – 0,008;
• меди – 0,3;
• мышьяка – до 0,08%.

Сера и фосфор – вредные добавки, ухудшающие качество материала. Однако в данном сплаве их количество минимально и не оказывает заметного влияния на его свойства.

Маркировка стали зависит от отрасли, в которой она применяется. Например, в строительной сфере данный сплав маркируется, как С345, то есть, по показателю текучести.

В качестве заменителей стали 09Г2С может выступить целая группа сплавов, например:

• 09Г2;
• 09Г2ДТ;
• 09Г2Т;
• 10Г2С.

Зарубежными аналогами являются:

• 13Mn6 и 9MnSi5 – Германия;
• SB49 – Япония;
• AS90 A3 и A36-207 – Франция;
• 12Mn – Китай;
• А516-55 – США;
• 09G2S – Болгария;
• VH2 – Венгрия;
• 9SiMn16 – Румыния.

В России сталь 09г2с идет на изготовление:

• сортового и фасонного проката по ГОСТу 19281-73;
• листов и полос, согласно ГОСТу 19282-73;
• листов горячекатаных (ГОСТУ 17066-80);
• кованых заготовок по ГОСТу 1133-71.

Большой ассортимент позволяет выбрать наиболее подходящий по назначению и оптимальный в экономическом плане вариант.

Основные свойства

Химический состав определяет характеристики и применение стали 09Г2С:

• удельный вес – 7,85 г/см3, может незначительно колебаться в зависимости от вида и концентраций легирующих добавок;
• диапазон температур ковки – 850 -1250 градусов;
• предел текучести – от 255 до 155 Мпа, в зависимости от температуры нагрева;
• свариваемость – без ограничений и без потери пластичности;
• изменение коэффициента линейного расширения в интервале температур 100-500 градусов – всего 2,4Х10-6 единицы;
• временное сопротивление – 345 МПа;
• предел прочности – 343 МПа;
• удлинение – 21%;
• ударная вязкость – 64 Дж/см2;
• твердость по – 450-490 МПа (по Бринеллю);
• диапазон рабочих температур – от -70 до +425 градусов;
• срок службы – более 30 лет.

Сталь марки 09Г2С поддается любым видам сварки без дополнительной подготовки:

• ручной дуговой;
• аргонно-дуговой;
• электрошлаковой.

При многослойной сварке применяют каскадный метод с толщиной электрода 4-5 мм. Хорошая свариваемость объясняется низким содержанием углерода. Сварной шов обладает высокой прочностью и хорошими параметрами ударной вязкости. Во время сварки возможно образование закалочной структуры.

Избежать его можно, подвергнув изделие высокотемпературному отпуску с нагревом до 600-660 градусов и медленному охлаждению. Такой режим повышает твердость шва и устраняет участки напряженности, а сварные конструкции делает прочными и надежными. Для деталей с толщиной поперечного сечения до 36 мм, подвергнутых сварке, можно не проводить последующую термообработку.

Термическая обработка

С помощью термообработки достигается улучшение структуры и свойств стали, а также устраняются участки напряженности. Режимы термической обработки назначаются в зависимости от механических свойств, которые необходимо придать изделию. Оптимальный температурный режим нормализации – 930-950 градусов, после чего материал охлаждается на воздухе.

• температура – 760-820 градусов;
• охлаждение в воде.

Чтобы избежать возникновения резких закалочных напряжений, в зависимости от вида изделия применяют и другие среды для охлаждения, например, масло, щелочные или кислые растворы.

Отпуск – заключительная операция термообработки, призванная:

• уменьшить внутренние напряжения, не снижая твердости;
• повысить вязкость и пластичность.

С увеличением температуры отпуска снижаются механические свойства стали 09Г2С. При комнатной температуре:

• предел текучести составляет 295Х106 Па;
• предел прочности – 405Х106 Па;
• удлинение – 30%;
• относительное сужение – 66%.

При нагреве до 500 градусов:

• предел текучести – 185Х106 Па;
• предел прочности – 315Х106 Па;
• удлинение – 27%;
• относительное сужение – 63%.

После термообработки сплав образует двухфазную ферритно-мартенситную структуру с повышенным пределом выносливости. Участки мартенсита увеличивают сопротивление разрыву. При этом характеристики технологической пластичности также превосходят параметры других сплавов. Это свойство обеспечивает им преимущество при листовой штамповке изделий со сложной конфигурацией.

Преимущества и недостатки

Характеристики стали 09Г2С соответствуют современным требованиям к качеству конструкционных материалов и позволяют использовать его для производства изделий:

• эксплуатируемых в широком диапазоне температур – от -70 до +425 градусов;
• испытывающих значительные силовые нагрузки;
• подвергающихся различным видам механической обработки.

Среди главных достоинств отмечаются отличные технологические качества:

• высокая прочность, обеспечивающая безопасность конструкции;
• долговечность – срок эксплуатации изделий превышает 30 лет;
• отсутствие склонности к отпускной хрупкости;
• стабильные характеристики вязкости при отпуске стали;
• хорошая свариваемость без потери пластичности;
• легкость обработки;
• устойчивость к износу;
• небольшой удельный вес;
• экономичность;
• безопасность;
• устойчивость к образованию микротрещин;
• оптимальное соотношение цены и качества.

Как и любой материал, сталь 09Г2С имеет вместе с многочисленными плюсами и минусы. К ним относится невысокая коррозионная устойчивость. Поэтому для изделий, которые эксплуатируются в агрессивных средах, необходимо дополнительное защитное покрытие.

Область применения

Высокие характеристики и широкий сортамент соответствующих ГОСТов марки стали 09Г2С определили его применение во многих отраслях хозяйства.

В нефтехимической и газодобывающей промышленности листовой прокат используется для изготовления труб и соответствующей арматуры. В процессе обработки он легко гнется, что позволяет изготавливать сложные элементы. Благодаря устойчивости к критически низким температурам эти конструкции можно эксплуатировать в арктических районах.

В капитальном строительстве используется более половины производящейся низколегированной стали для изготовления:

• квадратных и прямоугольных труб на ограждение городских парков и скверов;
• двутавровых балок;
• швеллерных изделий;
• уголков;
• арматуры.

Ее применение дает:

• снижение массы изделий за счет уменьшения толщины изделий при сохранении их прочности;
• до 50-80% экономии металла;
• повышение безопасности и надежности всей конструкции.

В машиностроительной и станкостроительной области металл идет на изготовление сложных узлов и комплектующих, котельного оборудования, деталей, испытывающих максимальные нагрузки.

Коэффициент линейного расширения стали 09г2с

ГОСТ Р 54253-2010

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ

Carbon materials. Test method for linear thermal expansion coefficient

Дата введения 2012-07-01

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Уральский электродный институт» (ОАО «Уралэлектродин»)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 109 «Электродная продукция»

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод определения температурного коэффициента линейного расширения твердых образцов углеродных материалов диапазона (0,8-15)·10 К в интервале температур от температуры окружающей среды до 600 °С с использованием дилатометра типа ДКТ-40.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 8026-92 Линейки поверочные. Технические условия

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения и обозначения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) , К: Относительное изменение длины образца при изменении его температуры на один градус.

3.2 средний температурный коэффициент линейного расширения , К: Средний ТКЛР, измеренный в заданном диапазоне температур.

4 Сущность метода

Определение ТКЛР твердых материалов основано на одновременном измерении изменения длины и температуры испытуемого образца.

ТКЛР углеродных материалов определяют на дилатометре с кварцевым толкателем, используя дифференциальный метод измерения расширения образца двумя датчиками перемещения. Один датчик связан с кварцевой рамкой, передающей тепловое расширение образца, а второй индицирует положение узла крепления датчиков относительно кварцевой системы.

5 Оборудование

5.1 Дилатометр с кварцевым толкателем ДКТ-40, приведенный в приложении А.

5.2 Образцовые меры ТКЛР второго разряда из монокристаллического кремния и кварцевого стекла, имеющие доверительные границы абсолютной погрешности не более ±2,0·10 К при доверительной вероятности 0,95 для стоградусного интервала температур.

5.3 Штангенциркуль типа ШЦ-1-125 с ценой деления 0,05 мм по ГОСТ 166.

5.4 Термоэлектрический преобразователь типа ПП(S) и терморегулятор, позволяющие поддерживать и измерять температуру в интервале от 200 °С до 600 °С с относительной погрешностью не более ±1,0%.

5.5 Термометр с ценой деления не более 0,5 °С.

5.6 Поверочная линейка с широкой поверхностью, имеющая отклонения от плоскости 2,5-100 мкм ГОСТ 8026.

5.7 Допускается использовать другие средства измерений и оборудование, которые по своим характеристикам удовлетворяют требованиям настоящего стандарта.

5.8 Используемые средства измерений должны быть поверены или калиброваны.

6 Подготовка к проведению испытания

6.1 Требования к испытуемым образцам

6.1.1 Место отбора проб, направление отбора проб относительно оси прессования заготовки, а также число заготовок, отбираемых от партии углеродной продукции, должны быть указаны в нормативном документе на изделие соответствующего вида.

6.1.2 Испытанию подвергают не менее двух образцов одного изделия.

6.1.3 На образцах не должно быть сколов и трещин. Торцы образцов должны быть плоскими. Отклонение от плоскостности не должно превышать 0,01 мм. Измерение проводят при помощи поверочной линейки с широкой поверхностью.

6.1.4 Если форма и размеры образца не оговорены в нормативном документе, испытание проводят на образцах диаметром (30,0±0,1) мм и длиной (40,0±0,1) мм.

6.1.5 Проверку образцов на соответствие требованию 6.1.4 проводят путем трехкратного измерения штангенциркулем диаметра и длины каждого образца.

6.2 Условия испытания

Температура окружающей среды должна быть от 15 °С до 30 °С.

7 Проведение испытания

7.1 Включают дилатометр за 30 мин до начала испытания.

7.2 Измеряют термометром начальную температуру окружающей среды.

7.3 Конечная температура нагрева печи устанавливается оператором на терморегуляторе и поддерживается автоматически.

7.4 Устанавливают образец в кварцевый блок дилатометра.

7.5 Дальнейшие операции проводят в соответствии с требованиями Руководства по эксплуатации дилатометра.

7.6 Надвигают нагретую печь на образец.

7.7 После испытания печь поднимают вверх, поворачивают на угол 90° и включают вентилятор.

7.8 После охлаждения образец удаляют, а на его место устанавливают новый.

7.9 Испытания проводят не менее чем на двух образцах.

8 Обработка результатов испытаний

8.1 Средний ТКЛР рассчитывается автоматически в пересчетном блоке дилатометра после внесения в него исходных значений по формуле:

, (1)

где — приращение длины образца при изменении его температуры в диапазоне от до , мм;

— начальная длина образца при температуре , мм;

— конечная температура нагрева, °С;

— температура окружающей среды, °С;

— поправка на расширение кварцевой системы дилатометра в интервале температур , К.

8.2 За окончательный результат определения принимают среднеарифметическое значение результатов измерений среднего ТКЛР, полученных после испытаний двух и более образцов, отобранных от одного изделия.

8.3 Результат выражают с точностью, установленной в нормативной документации на выпускаемую продукцию.

8.4 Результат испытания фиксируют в протоколе рекомендуемой формы.

8.5 Относительная погрешность результатов определения среднего ТКЛР при доверительной вероятности 0,95 не должна превышать значений, указанных в таблице 1.

Технические характеристики углеродистой стали 45

Если расшифровать марку стали 45, можно понять, что цифрами обозначено количественное содержание углерода. Обычно оно колеблется в пределах от 0,42 до 0,5%. В составе сплава присутствуют и другие компоненты, концентрация некоторых из них незначительна и не оказывает особого влияния на свойства материала:

• кремний – 0,17 – 0,37%;
• марганец – 0,5-0,8%;
• хром, медь и никель – до 0,25%;
• мышьяк – до 0,08%.

По своим характеристикам сталь 45 относится к классу углеродистых качественных сталей. На уровень качества в маркировке указывает слово «сталь». Показатель определяется содержанием вредных примесей: серы – 0,04%; фосфора – 0,035%.

Встраиваясь в кристаллическую решетку металла, атомы Р и S оказывают негативное действие на его свойства. Фосфор становится причиной появления хладноломкости при низкой температуре и уменьшения пластичности при ее повышении. Сера при эксплуатации в высокотемпературном режиме способствует возникновению трещин. Марка стали 45 соответствует допустимому уровню содержания этих элементов. Для высококачественных сплавов, например, содержание вредных примесей не должно превышать 0,025%.

Заменители сплава

Согласно ГОСТу 1050-78, регламентирующему степень раскисления, сталь 45 относится к категории спокойных. Отечественными заменителями конструкционной стали 45 могут выступать марки:

• 40Х;
• 50;
• 50Г2.

• 1044, М1044, 1045Н – в Соединенных Штатах;
• 1.0503, 1.1193, С45Е – Германии;
• 1С45, С40Е, ХС42Н1 – Франции;
• 1С45, С45Е – Италии;
• 1650 – Швеции;
• 060А47, 080М – Англии;
• Ck45 – Швейцарии;
• S45C, SWRCH48K – Японии;
• 45Н, ZGD345-570 – Китае;
• А3 – Венгрии;
• 12050 – Чехии;
• К1042 – Австралии;
• SM48С – Южной Корее.

На рынок металл поставляется в соответствии с государственными стандартами в виде:

• Фасонного и сортового проката;
• калиброванного и шлифованного прутка;
• серебрянки;
• толстого и тонкого листа;
• проволоки;
• лент и полос;
• кованых заготовок;
• труб.

Основные свойства

Химические свойства стали 45 определяются ее составом. От количества углерода зависят показатели твердости и прочности. Присутствие кремния и марганца:

• снижает внутренние напряжения в структуре металла;
• улучшает его пластичность;
• снижает вероятность возникновения трещин;
• положительно влияет на результат термообработки.

Наличие малых количеств других примесей неизбежно, оно вызвано, главным образом, несовершенством существующих технологий выплавки.

Физические свойства стали 45 изменяются с повышением температуры от 20 до 800 градусов:

• плотность – 7826-7595 кг/м 3 ;
• коэффициент линейного расширения – 11,9-15,2*106 1/град;
• модуль упругости – 2,0-1,72*10-5 МПа;
• коэффициент теплопроводности – 48-26 Вт/м*град;
• удельная теплоемкость – 473-720 Дж/кг*град;
• твердость необработанной стали по Роквеллу – 20-22 единицы.

По своим механическим свойствам сталь 45 превосходит многие известные конструкционные сплавы:

• предел текучести – 640 МПа;
• предел выносливости – 245 МПа;
• показатель ударной вязкости – 66 кДж/м 2 ;
• величина относительного удлинения – 15%;
• относительного сужения – 40%;
• отсутствует склонность к отпускной хрупкости;
• чувствительность к образованию флокенов небольшая.

Сталь проявляет высокую устойчивость к ударным и переменным нагрузкам. Хорошая пластичность позволяет применить к ней все виды механической обработки. Однако материал не отличается повышенной антикоррозионной стойкостью и требует нанесения на поверхность защитного покрытия.

По свариваемости сплав относится к 3 группе. Процесс сварки требует предварительного подогрева до 150-200 градусов и последующей термообработки. Иначе сварные швы будут нестабильны и подвержены возникновению трещин.

Термическая обработка

Для улучшения физико-механических свойств стали 45 применяются разнообразные режимы термической обработки, в ходе которых происходит структурная перестройка кристаллической решетки. При термообработке необходимо учесть следующие факторы:

• выбор правильного температурного режима не допустит перегрева и появления окалины;
• от скорости нагрева зависит, какие именно характеристики приобретает металл;
• продолжительность выдержки определяется критическими точками, формой и размерами заготовки;
• качество изделия зависит от среды, в которой проходило его охлаждение.

В качестве предварительного этапа термообработки используется нормализация. Она облегчает механическую обработку металла.

Температура закалки стали 45 составляет 820-860 градусов. После нагрева изделие сразу помещается в охлаждающую среду, в качестве которой могут быть использованы:

• чистая вода;
• растворы солей;
• минеральное масло.

Процесс охлаждения должен проходить быстро и строго по графику. Закалка повышает твердость сплава в 2-2,5 раза и увеличивает его износоустойчивость.

Сразу после закалки проводится отпуск, который поможет:

• снять остаточные напряжения в металле, возникшие после закалки;
• увеличить степень его вязкости;
• снизить хрупкость.

Одновременно немного уменьшается и твердость металла. Добиться высоких значений прочности и износостойкости помогает низкий отпуск при 250 градусах.

Область применения

Благодаря характеристикам применение стали 45 затрагивает многие сферы, в частности, машиностроение. Почти 50% продукции отрасли изготавливается из этой стали:

• конструкции различного диаметра, подверженные вращательным движениям;
• детали сложных форм, испытывающие интенсивные механические нагрузки;
• крепежные изделия, на поверхность которых действует избыточное поперечное давление;
• листовой материал, который используется для обшивки несущих элементов.

Сталь востребована в производстве:

• коленчатых и распределительных валов;
• шестерен и шпинделей сложной конфигурации;
• цилиндров и кулачков;
• осей и гаек;
• болтов, шайб.

При обслуживании и смазке этих изделий следует помнить о низкой коррозийной устойчивости металла.

Преимущества и недостатки

Свойства стали 45 определяют ее преимущества:

• при большом функционале материал отличается вполне доступной ценой;
• благодаря небольшой плотности конструкции получаются достаточно легкими;
• детали, изготовленные из стали 45, способны эффективно работать в диапазоне температур от 200 до 400 градусов;
• при использовании защитного покрытия сплав можно использовать в неблагоприятных климатических условиях;
• хорошо поддается механической обработке;
• характеризуется высоким пределом износоустойчивости и прочности.

Среди недостатков марки стали 45 следует отметить трудную свариваемость и неустойчивость к коррозии.