Сталь 80CrV2: свойства и ключевые применения

Сталь 80CrV2 — это среднеуглеродистая легированная сталь, известная своей отличной закаливаемостью и прочностью. Классифицируется как сталь для инструментов с высоким содержанием углерода, она в первую очередь содержит хром (Cr) и ванадий (V) в качестве легирующих элементов, что значительно улучшает её механические свойства. Добавление хрома улучшает коррозионную стойкость и закаливаемость, в то время как ванадий способствует повышению износостойкости и прочности.

Всеобъемлющий Обзор

Сталь 80CrV2 широко признана за свою универсальность в различных инженерных приложениях, особенно в производстве инструментов и компонентов, требующих высокой прочности и износостойкости. Её состав обычно включает около 0,8% углерода, 0,5% хрома и 0,2% ванадия, которые в совокупности обеспечивают уникальный баланс твердости, прочности и пластичности.

Ключевые Характеристики:
- Закаливаемость: Наличие хрома позволяет добиться глубокой закалки при термообработке, что делает её подходящей для крупных компонентов.
- Твердость: Прочность сплава усиливается за счет ванадия, что помогает предотвратить хрупкие разрушения под нагрузкой.
- Износостойкость: Высокое содержание углерода способствует превосходной износостойкости, что делает её идеальной для режущих инструментов и пресс-форм.

Преимущества:
- Высокая износостойкость и долговечность.
- Отличная закаливаемость и прочность.
- Хорошая обрабатываемость и формуемость в отожженном состоянии.

Ограничения:
- Уязвимость к коррозии, если не подвергать надлежащей обработке или покрытию.
- Требуется тщательная термообработка для достижения заданных свойств.
- Может быть дороже, чем стали низшего сорта.

Исторически сталь 80CrV2 использовалась в различных приложениях, включая производство режущих инструментов, штампов и других компонентов с высоким уровнем нагрузки, что сформировало её репутацию на рынке инструментальных сталей.

Альтернативные Наименования, Стандарты и Эквиваленты

Стандартная Организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион Происхождения	Примечания/Замечания
UNS	G80CrV2	США	Ближайший эквивалент AISI D2 с небольшими различиями в составе.
AISI/SAE	80CrV2	Международный	Широко используемое обозначение в Европе.
DIN	1.2842	Германия	Похожие свойства на AISI D2, но с другими рекомендациями по термообработке.
EN	100Cr6	Европа	Эквивалент с небольшими вариациями в содержании углерода.
JIS	SKD11	Япония	Сравнимый класс с аналогичными приложениями.

Таблица выше подчеркивает различные стандарты и эквиваленты стали 80CrV2. Примечательно, что хотя классы, такие как AISI D2 и SKD11, имеют схожие свойства, они могут различаться в специфических процессах термообработки и характеристиках производительности, что может повлиять на выбор в зависимости от требований применения.

Ключевые Свойства

Химический Состав

Элемент (Символ и Название)	Диапазон Процентов (%)
C (Углерод)	0.75 - 0.85
Cr (Хром)	0.40 - 0.60
V (Ванадий)	0.15 - 0.25
Mn (Марганец)	0.30 - 0.50
Si (Кремний)	0.15 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.025
S (Сера)	≤ 0.025

Основные легирующие элементы в стали 80CrV2 играют критически важные роли:
- Углерод (C): Повышает твердость и прочность посредством термообработки.
- Хром (Cr): Улучшает закаливаемость и коррозионную стойкость.
- Ванадий (V): Увеличивает износостойкость и улучшает микроструктуру, что ведет к улучшению твердости.

Механические Свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура Испытания	Типичное Значение/Диапазон (Метрика)	Типичное Значение/Диапазон (Имперская)	Справочный Стандарт для Метода Испытания
Предельная Прочность	Закаленная и отпущенная	Комнатная Температура	800 - 1200 МПа	116,000 - 174,000 psi	ASTM E8
Предельная Прочность (offset 0.2%)	Закаленная и отпущенная	Комнатная Температура	600 - 900 МПа	87,000 - 130,000 psi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная и отпущенная	Комнатная Температура	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Твердость (HRC)	Закаленная и отпущенная	Комнатная Температура	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
Ударная Прочность	Закаленная и отпущенная	-20°C	20 - 40 Дж	15 - 30 ft-lbf	ASTM E23

Механические свойства стали 80CrV2 делают её особенно подходящей для приложений, требующих высокой прочности и стойкости к деформациям под нагрузкой. Её высокая предел прочности и предел текучести позволяют ей выдерживать значительные механические нагрузки, а её твердость обеспечивает долговечность в условиях износа.

Физические Свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (Метрика)	Значение (Имперская)
Плотность	-	7.85 г/см³	0.284 lb/in³
Температура Плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20°C	25 Вт/м·К	14.5 BTU·in/h·ft²·°F
Удельная теплоемкость	20°C	0.46 кДж/кг·К	0.11 BTU/lb·°F
Электрическое устойчивость	20°C	0.00065 Ом·м	0.00038 Ом·in

Физические свойства стали 80CrV2, такие как плотность и температура плавления, критически важны для приложений в условиях высоких температур. Её теплопроводность умеренная, что полезно для рассеивания тепла в инструментальных приложениях.

Коррозионная Стойкость

Коррозионный Агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг Устойчивости	Примечания
Хлориды	5 - 10	20 - 60 / 68 - 140	Умеренная	Риск локальной коррозии.
Серная Кислота	10 - 30	20 - 40 / 68 - 104	Плохая	Не рекомендуется для длительного воздействия.
Гидроксид Натрия	5 - 10	20 - 60 / 68 - 140	Умеренная	Уязвима к коррозионным трещинам под напряжением.

Сталь 80CrV2 обладает умеренной коррозионной стойкостью, особенно в средах с хлоридами и щелочными растворами. Тем не менее, она не рекомендуется для использования в сильно кислотных условиях, так как может подвергаться значительной коррозии и локальному разрушению. По сравнению с другими инструментальными сталями, такими как AISI D2, которая имеет лучшую коррозионную стойкость благодаря более высокому содержанию хрома, сталь 80CrV2 может требовать защитных покрытий или поверхностных обработок в коррозионных средах.

Тепловая Устойчивость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Максимальная Температура Непрерывной Работы	300	572	Подходит для длительного воздействия.
Максимальная Температура Переменной Работы	400	752	Только кратковременное воздействие.
Температура Образования Окиси	600	1112	Риск окисления за пределами этого предела.

Сталь 80CrV2 сохраняет свои механические свойства при повышенных температурах, что делает её подходящей для приложений, связанных с периодическим воздействием высокой температуры. Тем не менее, необходимо избегать длительного воздействия температур выше 300°C, так как это может привести к окислению и деградации материала.

Связанные Свойства

Сварка

Процесс Сварки	Рекомендуемый Дефицитный Металл (Классификация AWS)	Типичный Защитный Газ/Флюс	Примечания
MIG	ER80S-D2	Аргон + CO2	Рекомендуется предварительный нагрев.
TIG	ER80S-D2	Аргон	Требуется термообработка после сварки.
Электродная Сварка	E7018	-	Подходит для более толстых секций.

Сталь 80CrV2 может быть сварена с использованием различных процессов, но часто требуется предварительный нагрев, чтобы предотвратить трещины. Также рекомендуется термообработка после сварки, чтобы снять напряжения и восстановить прочность.

Обрабатываемость

Параметр Обработки	80CrV2	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс Относительной Обрабатываемости	60	100	Умеренная обрабатываемость.
Типичная Скорость Резки	30 м/мин	50 м/мин	Используйте карбидные инструменты для наилучших результатов.

Обрабатываемость стали 80CrV2 умеренная, и хотя её можно эффективно обрабатывать, необходимо тщательно подбирать инструменты и скорости резания, чтобы избежать чрезмерного износа.

Формуемость

Сталь 80CrV2 обладает хорошей формуемостью в отожженном состоянии, что позволяет проводить процессы холодного и горячего формования. Однако важно учитывать эффект упрочнения, который может увеличить сложность операций формования по мере обработки материала.

Термообработка

Процесс Обработки	Температурный Диапазон (°C/°F)	Типичное Время Выдержки	Метод Охлаждения	Основная Цель / Ожидаемый Результат
Отжиг	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 часа	Воздух	Умягчение и снятие напряжений.
Закалка	850 - 900 / 1562 - 1652	30 минут	Масло или Вода	Закалка.
Отпуск	150 - 300 / 302 - 572	1 час	Воздух	Улучшение прочности.

Термообработка критична для достижения желаемой твердости и прочности в стали 80CrV2. Процесс закалки значительно увеличивает твердость, в то время как отпуск необходим для снижения хрупкости и улучшения прочности.

Типичные Применения и Конечные Использования

Отрасль/Сектор	Конкретный Пример Применения	Ключевые Свойства Стали, Используемые в Этом Применении	Причина Выбора
Производство Инструментов	Режущие инструменты	Высокая твердость, износостойкость	Необходимо для долговечности и производительности.
Автомобильная Промышленность	Компоненты шестерен	Прочность, стойкость	Требуется для высоконагруженных приложений.
Авиастроение	Структурные компоненты	Высокое соотношение прочности к весу	Критично для безопасности и производительности.

Другие применения включают:
- Формы и штампы для инжекционного литья пластика.
- Ножи и лезвия для промышленного использования.
- Удерживающие приспособления и станки в операциях механической обработки.

Сталь 80CrV2 выбирается для этих применений благодаря своему отличному балансу твердости, прочности и износостойкости, что делает её идеальной для компонентов, испытывающих значительное механическое напряжение.

Важные Условия, Критерии Выбора и Дополнительная Информация

Особенность/Свойство	80CrV2	AISI D2	SKD11	Краткое Примечание о Плюсах/Минусах или Соглашении
Ключевое Механическое Свойство	Высокая твердость	Более высокая коррозионная стойкость	Схожая прочность	80CrV2 менее устойчива к коррозии.
Ключевой Коррозионный Аспект	Умеренная	Хорошая	Умеренная	80CrV2 требует защитных покрытий.
Сварка	Умеренная	Плохая	Умеренная	80CrV2 можно сваривать с осторожностью.
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	80CrV2 требует тщательной обработки.
Формуемость	Хорошая	Умеренная	Хорошая	80CrV2 подходит для формования в отожженном состоянии.
Приблизительная Относительная Стоимость	Умеренная	Высокая	Умеренная	Экономически выгодна для высокопроизводительных приложений.
Типичное Наличие	Обычное	Обычное	Обычное	Широко доступна в различных формах.

При выборе стали 80CrV2 необходимо учитывать её механические свойства, коррозионную стойкость и пригодность для сварки и обработки. Хотя она предлагает отличные результаты в высоконагруженных применениях, её уязвимость к коррозии требует защитных мер в определённых средах. Кроме того, её экономическая эффективность по сравнению с другими высокопроизводительными сталями делает её популярным выбором в различных отраслях.

В заключение, сталь 80CrV2 выделяется как универсальный материал, сочетающий высокую прочность, износостойкость и хорошую обрабатываемость, что делает её подходящей для широкого спектра требовательных приложений.