Сталь 65Г — состав по ГОСТ 14959, термообработка, твёрдость, применение и сварка

Что это за сталь

ГОСТ 14959-2016 распространяется на горячекатаную, кованую, калиброванную продукцию и продукцию со специальной отделкой поверхности для пружин, рессор и других деталей, работающих в закалённом и отпущенном состоянии (п. 1.1). Стандарт действует с 1 января 2018 года взамен ГОСТ 14959-79.

В марке 65Г число — около 0,65 % углерода, буква Г — повышенный марганец. В таблице 1 она отнесена к нелегированной специальной стали, как и 65 и 70. Правила чтения марок — в статье «Маркировка сталей».

Высокий углерод обеспечивает после закалки и отпуска временное сопротивление не менее 980 Н/мм² (таблица 7 стандарта). Цена этого — трудная сварка и чувствительность к режиму термообработки.

Химический состав

Состав по ковшовой пробе — таблица 1 ГОСТ 14959-2016, сера и фосфор — таблица 3:

Если заказать нормы серы и фосфора для высококачественной стали, к марке добавляют букву А — 65ГА (примечание 1 к таблице 3). Для металлопродукции под патентированную проволоку у 65Г свои пределы марганца — 0,70–1,00 % (таблица 2).

Категории и твёрдость в состоянии поставки

Продукцию выпускают по категориям (таблица 5), которые определяют, что нормируется: твёрдость при поставке, механические свойства на термообработанных образцах, прокаливаемость, обезуглероженный слой. По справочному приложению Б категории 2, 2А, 2Б и 3–3Е — для рессор, пружин, торсионов и других упругих элементов, категории 1, 1А, 1Б и 4, 4А, 4Б — для применения в качестве конструкционной стали. Категорию указывают в заказе.

Твёрдость в состоянии поставки для 65Г по таблице 6 — не более 285 НВ без термообработки и не более 241 НВ после отжига или высокого отпуска. Для полосы без термообработки допускается превышение на 40 НВ, для мотков — на 10 НВ. Если заготовку будут резать, гнуть или штамповать до закалки, заказывайте термообработанное состояние (категории с буквой А).

Пример записи заказа из приложения А стандарта строится так: профиль, размер и стандарт на сортамент, затем через дробь — марка, группа поверхности, категория и ГОСТ 14959-2016.

Термообработка по ГОСТ 14959-2016

Механические свойства по п. 6.5 определяют на продольных термически обработанных образцах. Таблица 7 даёт для 65Г рекомендуемый режим и нормы:

Нормы относятся к продукции диаметром или толщиной до 80 мм. Для 80–150 мм допускается снижение удлинения на 2 % абс. и сужения на 5 % абс., свыше 150 мм — на 3 % и 10 % абс.

Важно: это режим для контрольных образцов, по которому завод подтверждает качество металла. Режим для детали выбирает термист под сечение и требуемую твёрдость. Для ориентира: пружины и рессоры обычно подвергают среднему отпуску при 300–450 °C, он даёт твёрдость 40–45 HRC при хорошей упругости (конспект лекций Д. В. Валуева, ТПУ). Подробнее о видах отпуска — в статье «Термообработка стали».

Перегрев и отпускная хрупкость

Перегрев. Нагрев доэвтектоидной стали значительно выше критической температуры вызывает интенсивный рост зерна аустенита, а крупное зерно снижает ударную вязкость и повышает порог хладноломкости; исправляют повторным нагревом до оптимальной температуры (конспект Д. В. Валуева). Поэтому допуск на температуру закалки в стандарте узкий — 15 °C.

Отпускная хрупкость. По справочным данным марганец способствует обоим её видам. Необратимая развивается при отпуске в интервале 250–400 °C. Обратимая — при медленном охлаждении или длительной выдержке в интервале 650–450 °C; быстрое охлаждение после отпуска её предотвращает, а возникшую устраняют повторным нагревом выше 650 °C с быстрым охлаждением (статья «Отпускная хрупкость стали», Строительная энциклопедия). Для 65Г это значит: температуру и время отпуска держат строго по технологии, а если нужна ударная вязкость, проверяют её на образцах из той же садки.

Где применяют

По ГОСТ 14959 основное назначение — упругие элементы: пружины, рессоры, торсионы. Примеры из других стандартов, где 65Г названа прямо:

• Пружинные шайбы (шайбы Гровера) по ГОСТ 6402-70. Их изготовляют из проволоки из сталей 65Г, 70 и 30Х13 (п. 2.1 с разъяснением Росстандарта об опечатке в обозначении 30Х13), твёрдость стальных шайб — 41,5–49,5 HRCэ, для шайб из стали 70 допускается до 51,5 HRCэ (п. 2.3). Массы и расчётная упругая сила в приложении стандарта даны для 65Г.
• Диски сегментных пил по ГОСТ 4047-82 — из сталей 50Г, 65Г или 70Г (п. 2.4).
• Конструкционные детали — категории 1 и 4 по приложению Б ГОСТ 14959.

О переводе HRCэ, HRC и НВ — в статье «Твёрдость HRC, HB, HV». Если нужна высокая твёрдость режущей кромки и износостойкость, сравните 65Г с инструментальными сталями.

Обработка и сварка

Резание и гибка. Обрабатывать удобнее в отожжённом состоянии (до 241 НВ). Формообразование — гибку, навивку, штамповку — планируют до закалки: после закалки и отпуска удлинение по нормам всего 8 %, и запас пластичности на правку мал.

Сварка. ГОСТ 14959 свариваемость не нормирует. Оценим углеродный эквивалент по формуле ГОСТ 19281-2014:

Пример. Сертификат на 65Г (условные значения): C 0,65; Mn 1,00; Si 0,25; Cr 0,10; Ni 0,10; Cu 0,15; V 0; P 0,020 %.

Cэкв = 0,65 + 0,167 + 0,010 + 0,020 + 0,003 + 0,012 + 0 + 0,010 ≈ 0,87 %.

Даже на нижних пределах углерода, марганца и кремния по таблице 1 выходит около 0,78 %. Для сравнения, ГОСТ 19281 гарантирует свариваемость проката при Cэкв не выше 0,43–0,46 %, ГОСТ 535 для индекса «св» — не выше 0,45 % по своей формуле. Кроме того, при сварке зона термического влияния нагревается намного выше температуры отпуска 470 °C, и упругие свойства, полученные термообработкой, в ней теряются. Поэтому сварное соединение упругой детали из 65Г — решение с высоким риском. Если без него не обойтись, технологию с подогревом и последующей термообработкой разрабатывает технолог и подтверждает испытаниями.

Как заказать и принять

В заказе на металл для пружинных деталей укажите:

• марку — 65Г или 65ГА, если нужны пониженные сера и фосфор высококачественной стали;
• вид продукции и сортамент — круг, полоса, лента или проволока со своим стандартом на размеры;
• категорию по таблице 5 ГОСТ 14959 — от неё зависит, будут ли гарантированы механические свойства на термообработанных образцах, прокаливаемость и глубина обезуглероженного слоя;
• состояние поставки — без термообработки или отожжённое (высокоотпущенное), если заготовку будут обрабатывать до закалки;
• группу качества поверхности.

При приёмке проверьте в документе о качестве фактический состав плавки, твёрдость поставки и — для категорий с механическими свойствами — результаты испытаний на образцах после закалки и отпуска. Допускаемую глубину обезуглероженного слоя для горячекатаной, кованой и калиброванной продукции таблица 5 нормирует только в категориях 2–3Е — тех, что приложение Б относит к упругим элементам. Для пружин заказывайте одну из них.

Аналоги

Точного аналога нет, сравнивайте по составу.

• Сталь 65 по тому же ГОСТ 14959 — тот же углерод, марганца 0,50–0,80 %; прочностные нормы после закалки и отпуска те же, пластичность выше.
• C67S (1.1231) — нелегированная пружинная сталь для холоднокатаной ленты по EN 10132. По данным thyssenkrupp, у неё углерод 0,66–0,73 %, марганец 0,60–0,90 %, кремний 0,15–0,35 % — марганца меньше, чем в 65Г.
• SAE 1065 и 1066 часто приводят как аналоги в справочниках; их состав задаёт SAE J403, и перед заменой его нужно сверить с таблицей 1 ГОСТ 14959.

Массу полосы или прутка из 65Г посчитайте в калькуляторе массы металла, подбор других замен — в конвертере марок стали.