Home / Articles / Как найти дефекты и повысить механические свойства сталей 20Л и 20ГЛ?

Как найти дефекты и повысить механические свойства сталей 20Л и 20ГЛ?

Категории
В статье рассматриваем структуры сталей 20Л и 20ГЛ, сравниваем механические характеристики и рассказываем, как их улучшить с помощью термообработки.
16 October 2023, 07:36

Стали 20Л и 20ГЛ  — литейные стали с содержание углерода около 20%. По сравнению со сталью 20ГЛ в 20Л меньше марганца, но больше фосфора и серы, из-за чего при низких температурах ударная вязкость 20Л меньше.

 

 

 

 

Средние значения химических элементов в литых сталях 20Л и 20ГЛ

Сталь Содержание элементов, масс. %
C Mn Si S P
20ГЛ 0,18 1,24 0,042 0,011 0,019
20Л 0,19 0,88 0,038 0,017 0,023

Из сталей 20Л и 20ГЛ делают запорную арматуру, детали двигателей и машин и другие изделия, которые работают в районах крайнего Севера, Сибири и Арктики. Такую сталь используют в автомобилях «КАМАЗ» серии «Арктика» и в запорной арматуре для газовых скважин. Из-за суровых температурных условий части установок могут преждевременно выйти из строя.

Причины поломки деталей — в структуре стали

Причины преждевременного выхода деталей из строя:
  • Рис. 1 — обе стали имеют крупнозернистое строение, из-за которого появляется хрупкость.
  • Рис. 2 — из-за ослабления межзёренных связей возникла перлитная сетка, которая снижает ударную вязкость.
  • Рис. 3 — неоднородная структура после нормализации возникла в результате наследственных ликвационных проявлений.
 
Рис. 1. Структура стали 20Л (слева) и 20ГЛ (справа) в литом состоянии.
Автор: Родькина А.В
Рис. 2. Микроструктура стали 20ГЛ после кристаллизации.
Автор: Родькина А.В.
 
Рис. 3. Неоднородность структуры стали 20ГЛ после нормализации отливок.
Автор: Родькина А.В.

Сделать сталь прочнее

Чтобы исправить строение и структуру, изделие нужно подвергнуть закалке и отпуску:

  1. Аустенизация при 940–960°С;
  2. Закалка в растворе Na2CO3;
  3. Отпуск при 640 ± 20°С.

Показатели механических свойств стали 20ГЛ

Предел текучести σт, МПа Временное сопротивление σв, МПа Относительное удлинение δ, % Относительное сужение ψ, %

Ударная вязкость -60°С
Норматив по ГОСТ 21357–87
≥ 300 ≥ 500 ≥ 20 ≥ 35 KCV ≥ 20 Дж/см2
Фактические прочностные показатели
336 503 27,2 54,2 35,61 Дж/см2

 

Показатели механических свойств стали 20Л

Предел текучести σт, МПа Временное сопротивление σв, МПа Относительное удлинение δ, % Относительное сужение ψ, %

Ударная вязкость -60°С
Норматив по КТО № 0007–2014
≥ 216 ≥ 412 ≥ 22 ≥ 35

KCV40С ≥ 24,5
Дж/см2
Фактические прочностные показатели
303 476 25 50 36,325 Дж/см2
 

Термообработанные таким образом стали имеют повышенные механические свойства при эксплуатации в пониженных температурах. В результате ударная вязкость образцов с острым надрезом при -40°С и -60°С повысилась на 14,5 единиц выше минимальных показателей.