Stal stopowa 30H2N2M 1.6580
30H2N2M jest wysokostopową stalą konstrukcyjną przeznaczoną przede wszystkim do ulepszania cieplnego. Dzięki zawartości chromu, niklu i molibdenu charakteryzuje się bardzo dobrą hartownością, wysoką wytrzymałością, dobrą ciągliwością oraz odpornością na obciążenia dynamiczne i zmęczeniowe. W porównaniu ze stalami o niższej zawartości dodatków stopowych 30H2N2M może uzyskiwać wymagane właściwości mechaniczne również w elementach o stosunkowo dużych przekrojach. Nikiel poprawia ciągliwość i udarność, chrom zwiększa hartowność i wytrzymałość, natomiast molibden poprawia odporność na odpuszczanie oraz ogranicza podatność na kruchość odpuszczania. Jest to stal przeznaczona przede wszystkim do produkcji odpowiedzialnych, wysoko obciążonych elementów maszyn i konstrukcji mechanicznych.
Oznaczenia
Ta sama stal pod nazwami, których używa się w różnych normach i krajach. Wpisanie dowolnej z nich w wyszukiwarce prowadzi na tę stronę.
| System | Oznaczenie |
|---|---|
| Werkstoff-NrNumer materiałowy — tak stal opisują huty i dostawcy w Europie. | 1.6580 |
| ENOznaczenie normy europejskiej, budowane ze składu chemicznego. | 30CrNiMo8 |
| DINStarsze oznaczenie niemieckie, wciąż spotykane w dokumentacji. | 30CrNiMo8 |
| PNOznaczenie polskie — to zwykle jest na rysunku i w rozmowie na hali. | 30H2N2M |
| AISIOznaczenie amerykańskie, częste w katalogach narzędzi i literaturze. | 4340≈ odpowiednik przybliżony |
| Nazwa handlowaJak stal nazywa się w praktyce warsztatowej i w sklepie. | 30H2N2M |
≈ Zbliżony gatunek, nie ten sam. Do zamiany w produkcji wymaga sprawdzenia w karcie materiałowej.
Właściwości
| Właściwość | Symbol | Wartość | Źródło |
|---|---|---|---|
| Gęstość | ρ | 7850 kg/m³ | EN 10083-3 |
| Granica plastyczności | Re | 785 MPa | EN 10083-3 |
| Wytrzymałość na rozciąganie | Rm | 980 MPa | EN 10083-3 |
| Moduł Younga | E | 210 GPa | EN 10083-3 |
| Liczba Poissona | ν | 0,3 | EN 10083-3 |
| Twardość Brinella | HB | 220–248 HB | EN 10083-3 |
| Rozszerzalność cieplna | α | 11–13 10⁻⁶/K | EN 10083-3 |
| Przewodność cieplna | λ | 38–42 W/(m·K) | EN 10083-3 |
| Ciepło właściwe | c | 430 J/(kg·K) | EN 10083-3 |
| Temperatura topnienia | Tm | 1420–1460 °C | EN 10083-3 |
| Rezystywność | ϱ | 0,21 µΩ·m | EN 10083-3 |
Wartości nominalne z podanych norm. Do obliczeń wytrzymałościowych używaj atestu materiałowego od dostawcy.
Skład chemiczny
Zakresy dopuszczone przez normę, w procentach masowych. Rzeczywisty skład wytopu podaje atest hutniczy.
- Pierwiastek — Zawartość
- C
- 0,26–0,34 %
- Cr
- 1,80–2,20 %
- Ni
- 1,80–2,20 %
- Mo
- 0,30–0,50 %
- Mn
- 0,50–0,80 %
- Si
- maks. 0,40 %
- P
- maks. 0,025 %
- S
- maks. 0,035 %
- Fe
- 93,50–95,34 %
Obróbka cieplna
Temperatury podane w stopniach Celsjusza. Ośrodek chłodzący i twardość po zabiegu tak, jak podaje karta materiałowa. Ten sam zabieg może wystąpić kilka razy — np. hartowanie w wodzie i w oleju dają różną twardość.
| Zabieg | Temperatura | Ośrodek | Twardość |
|---|---|---|---|
| WalcowanieZakres temperatur walcowania na gorąco. Poniżej dolnej granicy stal przestaje płynąć i zaczyna pękać. | 840–1230 °C | kontrolowane chłodzenie | — |
| KucieZakres temperatur kucia — zwykle najszerszy z wszystkich. Kucie poniżej dolnej granicy rozrywa materiał, powyżej górnej przepala go. | 850–1180 °C | powolne chłodzenie | — |
| NormalizowaniePo kuciu albo walcowaniu: rozdrabnia ziarno, które obróbka na gorąco pozostawiła, i ujednolica strukturę przed hartowaniem. | 840–880 °C | powietrze | 180–250 HB |
| Wyżarzanie zmiękczająceStan dostawy i stan, w którym stal się obrabia. Twardość podana jako górna granica. | 640–680 °C | piec | 240–248 HB |
| Wyżarzanie odprężającePo obróbce zgrubnej, przed wykańczającą — zdejmuje naprężenia, które inaczej wyjdą przy hartowaniu. | 550–650 °C | piec/powietrze | — |
| HartowanieTemperatura austenityzowania i ośrodek chłodzący. | 815–860 °C | olej | 50–55 HRC |
| Odpuszczanie niskieOkoło 150–250 °C. Zdejmuje naprężenia hartownicze i kruchość, zostawiając twardość prawie nietkniętą — stan narzędzi skrawających. | 150–300 °C | powietrze | 45–54 HRC |
| Odpuszczanie wysokieOkoło 500–650 °C. Oddaje twardość za udarność — ulepszanie cieplne części maszyn, nie narzędzi skrawających. | 540–660 °C | powietrze | 25–35 HRC |
| Twardość roboczaTwardość gotowego narzędzia — to ona decyduje, jak długo trzyma krawędź. | — | — | 25–35 HRC |
Wartości nominalne z podanych norm. Do obliczeń wytrzymałościowych używaj atestu materiałowego od dostawcy.
Kalkulatory dla tego materiału
Gęstość tego materiału zostanie wczytana automatycznie po przejściu do kalkulatora.
Zastosowania
Elementy napędowe
wały napędowe,wały przekładni,wały korbowe,wrzeciona,osie,czopy,wielowypusty,piasty
Przekładnie
koła zębate,wałki zębate,elementy przekładni dużej mocy,elementy reduktorów,sprzęgła,wysoko obciążone elementy przeniesienia napędu
Elementy wysoko obciążone
sworznie,trzpienie,tuleje,korbowody,elementy mechanizmów pracujących pod obciążeniem zmiennym,części maszyn narażone na udary
Przemysł ciężki
elementy maszyn przemysłowych,elementy maszyn górniczych,części maszyn hutniczych,elementy dużych urządzeń mechanicznych,wysoko obciążone elementy konstrukcyjne
Motoryzacja i transport
elementy układów napędowych,wały,koła zębate,elementy przekładni,wysoko obciążone części mechanizmów
Maszyny budowlane i rolnicze
sworznie,osie,wały,elementy przekładni,elementy mechanizmów przenoszenia napędu,części narażone na duże obciążenia dynamiczne
Spawalność
30H2N2M ma ograniczoną spawalność.
Duża zawartość pierwiastków stopowych oraz około 0,3% węgla powodują zwiększoną skłonność do powstawania twardych struktur martenzytycznych w strefie wpływu ciepła.
Podczas spawania istnieje ryzyko:
pęknięć zimnych, powstawania bardzo twardej strefy wpływu ciepła, powstawania naprężeń własnych, obniżenia udarności, lokalnej zmiany właściwości mechanicznych.
Przy spawaniu elementów o większych przekrojach może być wymagane podgrzewanie wstępne oraz kontrolowanie temperatury międzyściegowej.
Po spawaniu może być konieczna odpowiednia obróbka cieplna odprężająca lub ulepszająca, zależnie od konstrukcji i wymaganych właściwości.
Spawanie elementu wcześniej ulepszonego cieplnie jest szczególnie problematyczne, ponieważ ciepło spawania powoduje lokalną zmianę struktury materiału.
Obróbka skrawaniem
W stanie zmiękczonym lub wyżarzonym 30H2N2M można obrabiać skrawaniem.
Możliwe operacje:
toczenie, frezowanie, wiercenie, rozwiercanie, gwintowanie, wytaczanie, szlifowanie.
Ze względu na większą zawartość pierwiastków stopowych oraz wysoką hartowność stal może być trudniejsza w obróbce niż stale konstrukcyjne o niższym stopowaniu.
Po hartowaniu i odpuszczaniu skrawalność znacznie się pogarsza. Do obróbki wykańczającej stosuje się wtedy przede wszystkim:
szlifowanie, narzędzia z węglików spiekanych, odpowiednie płytki do materiałów hartowanych, CBN przy wysokich twardościach.
Wymagana jest duża sztywność obrabiarki i zamocowania, ponieważ materiał jest przeznaczony do pracy przy wysokich obciążeniach i często jest obrabiany w stanie o wysokiej wytrzymałości.
Obróbka cieplna
Najważniejszym sposobem uzyskiwania wymaganych właściwości 30H2N2M jest ulepszanie cieplne, czyli hartowanie i odpuszczanie.
Hartowanie
Typowy zakres temperatur austenityzowania:
około 830–870°C
Po odpowiednim wygrzaniu element chłodzi się w medium zapewniającym uzyskanie wymaganej struktury, najczęściej:
oleju, w określonych przypadkach innym odpowiednio dobranym medium.
Ze względu na dużą hartowność 30H2N2M można uzyskać zahartowaną strukturę na znacznej głębokości nawet w elementach o dużych przekrojach.
Odpuszczanie
Po hartowaniu konieczne jest odpuszczanie.
W zależności od wymaganych właściwości stosuje się różne temperatury, często w zakresie:
około 500–650°C
Wysokie odpuszczanie pozwala uzyskać korzystny kompromis pomiędzy:
wytrzymałością, twardością, ciągliwością, udarnością, odpornością zmęczeniową.
Tak obrobiony materiał określa się jako ulepszony cieplnie.
Wyżarzanie
Wyżarzanie może być stosowane w celu:
zmniejszenia twardości, poprawy skrawalności, ujednorodnienia struktury, przygotowania materiału do dalszej obróbki mechanicznej.
Obróbka plastyczna
0H2N2M może być obrabiana plastycznie przede wszystkim na gorąco.
Typowe procesy:
kucie, prasowanie, walcowanie, spęczanie.
Typowy zakres temperatur obróbki plastycznej na gorąco wynosi około:
850–1150°C
Dokładne temperatury należy dobrać do konkretnego procesu i przekroju materiału.
Należy unikać nadmiernego przegrzania materiału, ponieważ może ono prowadzić do:
rozrostu ziarna, pogorszenia właściwości mechanicznych, powstania niekorzystnej struktury.
Obróbka plastyczna na zimno jest ograniczona i zależy od stanu dostawy oraz stopnia wymaganej deformacji.
Azotowanie
30H2N2M może być poddawana azotowaniu, jednak nie jest to gatunek tak typowo kojarzony z azotowaniem jak stale specjalnie projektowane do tego procesu, np. stale chromowo-molibdenowe z dodatkiem aluminium.
Azotowanie może być stosowane w celu zwiększenia:
twardości powierzchni, odporności na zużycie, odporności na zacieranie, trwałości powierzchni elementu.
Proces wykonuje się zwykle po wcześniejszym ulepszaniu cieplnym.
Typowa temperatura azotowania:
około 500–550°C
Należy pamiętać, że skuteczność tworzenia twardej warstwy azotowanej zależy od składu chemicznego i parametrów procesu.
Nawęglanie
30H2N2M nie jest typową stalą do nawęglania.
Zawartość węgla około 0,3% jest znacznie wyższa niż w klasycznych stalach przeznaczonych do cementowania. W przypadku nawęglania celem jest uzyskanie:
bardzo twardej warstwy powierzchniowej + ciągliwego rdzenia o wysokiej odporności na udary.
Do tego celu lepiej stosować stale przeznaczone specjalnie do cementowania, np.:
16MnCr5, 20MnCr5, 18CrNiMo7-6.
30H2N2M znacznie lepiej wykorzystać poprzez ulepszanie cieplne, ewentualnie w połączeniu z odpowiednią obróbką powierzchniową.