Сталь AISI 3130: Свойства и ключевые применения

Сталь AISI 3130 классифицируется как легированная сталь средней углеродности, прежде всего известная своим отличным балансом прочности, жесткости и износостойкости. Эта марка стали характеризуется своими легирующими элементами, к которым относятся углерод, марганец и хром, каждый из которых вносит свой вклад в ее общие свойства. Содержание углерода обычно составляет от 0,28% до 0,34%, в то время как марганец и хром присутствуют в значительных количествах, что улучшает закаливаемость и прочность.

Комплексный обзор

Сталь AISI 3130 в основном используется в приложениях, требующих хороших механических свойств и умеренной коррозионной стойкости. Легирующие элементы играют решающую роль: углерод увеличивает твердость и прочность, марганец улучшает жесткость и закаливаемость, а хром улучшает коррозионную стойкость и износостойкость.

Наиболее значительными характеристиками AISI 3130 являются высокая прочность на растяжение, хорошая уклоняемость и отличная обрабатываемость, что делает ее подходящей для различных инженерных приложений. Однако у нее есть ограничения, такие как более низкая коррозионная стойкость по сравнению с нержавеющими сталями и потенциальная хрупкость при низких температурах.

На рынке AISI 3130 признана за свою универсальность и обычно используется в производстве зубчатых колес, валов и других конструктивных компонентов. Исторически она была стандартом в таких отраслях, как автомобилестроение и машиностроение, где сила и долговечность имеют первостепенное значение.

Альтернативные названия, стандарты и аналогии

Стандартная организация	Обозначение/Группа	Страна/Регион происхождения	Примечания/Комментарии
UNS	G31300	США	Ближайший аналог AISI 4130 с незначительными композиционными различиями.
AISI/SAE	3130	США	Общее обозначение в Северной Америке.
ASTM	A29/A29M	США	Общая спецификация для легированных сталей.
EN	30CrMo	Европа	Эквивалент с аналогичными свойствами, но различными стандартами.
JIS	SCM430	Япония	Подобная группа с незначительными вариациями в составе.

Различия между AISI 3130 и ее эквивалентами, такими как AISI 4130, часто заключаются в специфических процентах легирующих элементов, которые могут повлиять на закаливаемость и жесткость. Например, AISI 4130 обычно имеет более высокое содержание хрома, что может улучшить ее прочность и закаливаемость по сравнению с AISI 3130.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.28 - 0.34
Mn (Марганец)	0.60 - 0.90
Cr (Хром)	0.40 - 0.60
Si (Кремний)	0.15 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.035
S (Сера)	≤ 0.040

Основная роль углерода в AISI 3130 заключается в повышении твердости и прочности на растяжение, в то время как марганец способствует улучшению жесткости и закаливаемости. Хром увеличивает износостойкость и обеспечивает некоторую степень коррозионной стойкости, что делает сталь более долговечной в различных средах.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрические единицы - SI)	Типичное значение/Диапазон (империал)	Ссылка на стандарт для методики испытаний
Прочность на растяжение	Отожжённая	580 - 700 МПа	84 - 102 ksi	ASTM E8
Прочность с остаточной деформацией (0.2% сдвиг)	Отожжённая	350 - 450 МПа	51 - 65 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожжённая	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
Твердость (Бринелля)	Отожжённая	170 - 210 HB	170 - 210 HB	ASTM E10
Ударная прочность	Шарпи при -20°C	30 - 50 Дж	22 - 37 фунт-сила футов	ASTM E23

Сочетание этих механических свойств делает AISI 3130 подходящей для приложений, связанных с динамическими нагрузками и требованиями структурной целостности, таких как автомобильные компоненты и части машин.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (метрические единицы - SI)	Значение (империал)
Плотность	Комнатная температура	7.85 г/см³	0.284 фунт/дюйм³
Температура/Диапазон плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	45 Вт/м·К	31 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	0.46 кДж/кг·К	0.11 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.0000017 Ом·м	0.0000017 Ом·дюйм

Плотность и температура плавления AISI 3130 указывают на ее пригодность для высокотемпературных приложений, в то время как теплопроводность свидетельствует о хороших свойствах рассеивания тепла, что полезно при обработке и формовке.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлориды	Различное	Окружающая	Умеренная	Риск коррозии с образованием питтинга.
Серная кислота	10	25/77	Плохая	Не рекомендуется.
Гидроксид натрия	50	60/140	Умеренная	Риск коррозии от напряжений.

AISI 3130 обладает умеренной коррозионной стойкостью, особенно в атмосферных условиях и легких средах. Однако она подвержена питтинговой коррозии и коррозионным трещинам в средах с высоким содержанием хлоридов, что делает ее менее подходящей для морских приложений по сравнению с нержавеющими сталями. В сравнении с AISI 4140, которая имеет лучшую коррозионную стойкость из-за более высокого содержания хрома, AISI 3130 может требовать защитных покрытий или обработок в коррозионных средах.

Теплостойкость

Свойство/Граница	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывного обслуживания	400	752	Подходит для применения при умеренных температурах.
Максимальная температура прерывистого обслуживания	500	932	Только кратковременное воздействие.
Температура окисления	600	1112	Риск окисления выше этой температуры.
Учет прочности на ползучесть	450	842	Начинает деградировать при повышенных температурах.

При повышенных температурах AISI 3130 сохраняет свою прочность, но может испытывать окисление и образование окалины, что может повлиять на ее работу в условиях высоких температур. Правильная тепловая обработка может улучшить ее свойства, но необходимо избегать чрезмерного воздействия высоких температур.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный газ/флюс для защиты	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон/CO2	Рекомендуется предварительный подогрев.
TIG	ER70S-2	Аргон	Необходима постсварочная термообработка.
Электродная	E7018	Не применяется	Хорошо подходит для более толстых секций.

AISI 3130 в целом считается свариваемым, но рекомендуется предварительный подогрев, чтобы избежать трещин. Постсварочная термообработка может помочь снять напряжения и улучшить жесткость в зоне сварки.

Обрабатываемость

Параметр обработки	AISI 3130	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	70	100	AISI 1212 легче обрабатывать.
Типичная скорость резания (Точение)	30 м/мин	50 м/мин	Регулировать по износу инструмента.

AISI 3130 предлагает хорошую обрабатываемость, но необходимо правильно подбирать скорости резания и инструменты для оптимизации производительности и минимизации износа.

Формуемость

AISI 3130 может быть холодно и горячо формована, с хорошей уклоняемостью, позволяя создавать сложные формы. Однако необходимо избегать чрезмерного упрочнения, которое может привести к трещинам во время формовки. Рекомендуемые радиусы сгиба должны соблюдаться для достижения оптимальных результатов.

Тепловая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Способ охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 часа	Воздух	Улучшить уклоняемость и снизить твердость.
Закалка	800 - 850 / 1472 - 1562	30 минут	Масло или вода	Увеличить твердость и прочность.
Отпуск	400 - 600 / 752 - 1112	1 час	Воздух	Снизить хрупкость и улучшить жесткость.

Во время термической обработки AISI 3130 проходит металлургические преобразования, которые улучшают ее микроструктуру, в результате чего улучшаются механические свойства. Правильная термическая обработка имеет решающее значение для достижения желаемого баланса прочности и уклоняемости.

Типичные применения и конечное использование

Отрасль/Сектор	Пример специфического приложения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Зубчатые колеса	Высокая прочность на растяжение, хорошая обрабатываемость	Необходима для долговечности и производительности.
Машиностроение	Валы	Жесткость, износостойкость	Существенно для несущих приложений.
Авиакосмическая	Структурные компоненты	Соотношение прочности к весу	Критично для безопасности и эффективности.

Другие применения включают:

• • Строительное оборудование
• • Компоненты нефтяной и газовой промышленности
• • Части тяжелой техники

AISI 3130 выбирается для этих приложений из-за своих отличных механических свойств, которые обеспечивают необходимую прочность и долговечность в сложных условиях.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения

Признак/Свойство	AISI 3130	AISI 4140	AISI 1045	Краткая примечание о достоинствах/недостатках или компромиссы
Ключевое механическое свойство	Умеренная прочность	Высокая прочность	Умеренная прочность	AISI 4140 предлагает превосходную прочность.
Ключевой аспект коррозии	Умеренная	Хорошая	Плохая	AISI 4140 лучше подходит для коррозионных условий.
Свариваемость	Хорошая	Умеренная	Хорошая	AISI 4140 требует больше осторожности при сварке.
Обрабатываемость	Хорошая	Умеренная	Отличная	AISI 1045 легче обрабатывать.
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Более высокая	Ниже	Стоимость зависит от легирующих элементов.
Типичное наличие	Обычное	Обычное	Очень общее	AISI 1045 широко доступна.

При выборе AISI 3130 рассмотрения включают ее экономическую эффективность, доступность и пригодность для конкретных приложений. Хотя она предлагает хороший баланс свойств, такие альтернативы, как AISI 4140, могут быть более подходящими для приложений с высоким уровнем прочности, в то время как AISI 1045 может быть предпочтительной для легкости обработки.

В заключение, сталь AISI 3130 является универсальной сталью средней углеродности, которая находит широкое применение в различных отраслях благодаря своим благоприятным механическим свойствам и умеренной коррозионной стойкости. Правильный выбор и обработка могут оптимизировать ее производительность в конкретных приложениях, что делает ее ценным материалом в инженерии и производстве.