Шестигранник Ст20
Шестигранник Ст20: полный технический анализ материала для крепежа и ответственных деталей
Шестигранник Ст20 — это сортовой прокат в форме правильного шестигранного сечения, изготавливаемый из углеродистой конструкционной стали марки Ст20 по ГОСТ 380-2005 (или его актуальным редакциям). Данный материал является фундаментальной заготовкой для последующего изготовления крепежных изделий, деталей машин и механизмов, работающих в условиях невысоких нагрузок. Ключевая характеристика стали Ст20 — её качественная обрабатываемость резанием и давлением, что делает шестигранник из неё одним из самых востребованных видов металлопроката в машиностроении и энергетическом машиностроении.
Химический состав стали Ст20
Свойства шестигранника напрямую определяются химическим составом базовой стали. Марка Ст20 относится к группе качественных углеродистых сталей обыкновенного качества. Её состав регламентируется стандартами и обеспечивает баланс между прочностью, пластичностью и технологичностью.
| Элемент | Содержание, % | Влияние на свойства |
|---|---|---|
| Углерод (C) | 0.17 — 0.24 | Определяет основную прочность и твёрдость. Низкое содержание обеспечивает хорошую пластичность и свариваемость. |
| Кремний (Si) | 0.17 — 0.37 | Повышает прочность, упругость, является раскислителем. |
| Марганец (Mn) | 0.35 — 0.65 | Повышает прокаливаемость, нейтрализует вредное влияние серы. |
| Фосфор (P), не более | 0.040 | Вредная примесь. Повышает хладноломкость (хрупкость при низких температурах). |
| Сера (S), не более | 0.050 | Вредная примесь. Ухудшает свариваемость и пластичность (вызывает красноломкость). |
| Хром (Cr), не более | 0.25 | Случайная примесь. В малых количествах влияние незначительно. |
| Никель (Ni), не более | 0.25 | Случайная примесь. В малых количествах влияние незначительно. |
| Медь (Cu), не более | 0.30 | Случайная примесь. Влияет на коррозионную стойкость. |
Механические свойства шестигранника из стали Ст20
Механические свойства проката зависят от состояния поставки — горячекатаное (ГК) или калиброванное (КД). Шестигранник Ст20 чаще поставляется в горячекатаном состоянии. Свойства нормируются по ГОСТ 2879-2006 (Шестигранники стальные горячекатаные) и другим смежным стандартам.
| Параметр | Значение (для горячекатаного состояния) | Примечания |
|---|---|---|
| Временное сопротивление разрыву (σв) | Не менее 410 МПа (42 кгс/мм²) | Предел прочности, критическая нагрузка на разрыв. |
| Предел текучести (σт) | Не менее 245 МПа (25 кгс/мм²) | Напряжение, при котором начинается пластическая деформация. |
| Относительное удлинение (δ5) | Не менее 25% | Показатель пластичности материала. |
| Твердость по Бринеллю (HB) | Не более 156 HB | Низкая твердость обеспечивает отличную обрабатываемость. |
Технологические характеристики и области применения
Шестигранник Ст20 ценится не за высокую прочность, а за превосходные технологические свойства, которые определяют его основное применение.
1. Обрабатываемость резанием
Низкое содержание углерода и относительно невысокая твердость позволяют легко обрабатывать материал на токарных, фрезерных и резьбонарезных станках. Стружка сходит легко, что минимизирует износ инструмента и позволяет достигать высоких скоростей обработки. Это ключевая причина использования Ст20 для массового производства крепежа.
2. Штампуемость и высадка
Сталь обладает высокой пластичностью в холодном и горячем состоянии. Шестигранник является заготовкой для изготовления болтов, гаек, шпилек методом холодной или горячей высадки. Материал отлично заполняет матрицу штампа без образования трещин.
3. Свариваемость
Сталь Ст20 относится к категории хорошо свариваемых сталей. Не требует предварительного подогрева и последующей термообработки для большинства видов сварки (РДС, АДС, ЭШС). Это позволяет использовать прокат для изготовления сварных конструкций неответственного назначения, а также при ремонтных работах.
4. Цементируемость
Низкое содержание углерода делает сталь Ст20 пригодной для химико-термической обработки — цементации (науглероживания). После науглероживания поверхностного слоя и последующей закалки деталь приобретает твердую, износостойкую поверхность при сохранении вязкой сердцевины. Это используется при изготовлении валов, пальцев, шестерен с невысокими нагрузками.
Основные области применения шестигранника Ст20
- Крепежные изделия: Основная сфера. Заготовка для болтов, гаек, шпилек классов прочности 4.6, 4.8, 5.8 по ГОСТ 1759.4-87 (ISO 898-1). Такой крепеж применяется в узлах без критических динамических нагрузок и ударных воздействий.
- Детали машин: Оси, валики, пальцы, толкатели, кулачки низконагруженных механизмов, часто после цементации.
- Энергетическое и общее машиностроение: Элементы конструкций, кронштейны, опоры, элементы трубной арматуры (шпиндели, штоки задвижек низкого давления), работающие при температурах до +350°C.
- Ремонтные работы: Изготовление шпонок, заглушек, втулок и других деталей «на месте» благодаря легкой обрабатываемости.
- Ст3сп: Менее прочная, но более пластичная. Чаще используется для конструкций, а не для крепежа. Шестигранник Ст20 предпочтительнее для механической обработки.
- Ст35, Ст45: Более высокое содержание углерода (0.32-0.50%). Значительно выше прочность и твердость, но хуже обрабатываемость резанием и свариваемость. Применяются для ответственного крепежа (классы прочности 6.8, 8.8) и деталей, работающих под нагрузкой.
- Легированные стали (40Х, 30ХГСА): Обладают высокой прочностью, износостойкостью, часто термоупрочняемы. Используются для высоконагруженного крепежа и деталей в ответственных узлах. Шестигранник Ст20 — материал для условий средних и низких нагрузок.
Сортамент и размеры
Шестигранник Ст20 изготавливается по ГОСТ 2879-2006. Размеры определяются диаметром вписанного круга (S). Прокат поставляется в прутках мерной, кратной мерной или немерной длины.
| Размер под ключ (S), мм | Площадь поперечного сечения, см² | Теоретическая масса 1 метра, кг | Стандартная длина прутков, м |
|---|---|---|---|
| 8 | 0.554 | 0.435 | 2 — 6 (мерная и кратная), 2 — 12 (немерная) |
| 10 | 0.866 | 0.680 | |
| 12 | 1.247 | 0.979 | |
| 17 | 2.505 | 1.96 | |
| 22 | 4.196 | 3.29 | |
| 27 | 6.318 | 4.96 | |
| 36 | 11.22 | 8.81 | |
| 46 | 18.32 | 14.38 |
Отличия от шестигранников из других марок сталей
Требования к качеству поверхности и допустимые дефекты
Согласно ГОСТ 2879, поверхность горячекатаного шестигранника должна быть без трещин, плён, раскатанных пузырей. Допускаются отдельные вмятины, рябизна, следы удаления дефектов в пределах допустимых минусовых отклонений по размеру. Наличие окалины, не мешающей осмотру и измерению, не является браковочным признаком. Для калиброванного шестигранника (ГОСТ 8560) требования к чистоте поверхности и точности размеров существенно строже.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Можно ли использовать шестигранник Ст20 для изготовления болтов для ответственных соединений (фланцевых, в мостовых конструкциях)?
Нет, для ответственных соединений, работающих под переменными, ударными или вибрационными нагрузками, крепеж из Ст20 (классы прочности 4.6, 4.8, 5.8) не подходит. В таких случаях необходимо применять крепеж из легированных или углеродистых сталей с термообработкой (классы прочности 8.8 и выше), изготовленный по ГОСТ Р 52644 или аналогичным строгим стандартам.
2. Как отличить шестигранник Ст20 от шестигранника Ст45 визуально или простыми методами?
Визуально в состоянии поставки отличить практически невозможно. Наиболее надежный простой метод — проверка на искру на наждачном круге. У Ст20 веер искр светлее (желто-соломенный), с небольшим количеством звездочек. У Ст45 искровой поток более насыщенный, светлый, с множеством звездочек. Точное определение возможно только спектральным анализом или испытаниями на твердость.
3. Каковы предельные рабочие температуры для изделий из шестигранника Ст20?
Для длительной работы рекомендуемый температурный интервал от -40°C до +350°C. При температурах ниже -40°C возрастает риск хладноломкости из-за возможного содержания фосфора. При температурах выше 350°C происходит интенсивное образование окалины и снижение механических свойств (ползучесть).
4. Допускается ли использование шестигранника Ст20 в качестве заготовки для деталей, подвергающихся закалке с полным прокаливанием?
Нет, это нецелесообразно. Низкое содержание углерода (0.17-0.24%) не позволяет получить высокую твердость и прочность при объемной закалке. Сталь Ст20 упрочняют только поверхностно, методом цементации. Для деталей, требующих сквозной прокаливаемости (например, пружинные шайбы, ответственные инструменты), используют стали с содержанием углерода от 0.4% и выше (Ст45, У7-У10).
5. Что означает маркировка «Ст20» и почему иногда встречается «Сталь 20»?
«Ст» обозначает «сталь», цифра «20» — условный номер марки, который примерно соответствует содержанию углерода в сотых долях процента (0.20%). «Сталь 20» — это обозначение по классификации качественных углеродистых сталей (ГОСТ 1050), где химический состав регламентирован строже по вредным примесям. В практике сортового проката эти обозначения (Ст20 и Сталь 20) часто используются как синонимы, хотя по исходным стандартам (ГОСТ 380 и ГОСТ 1050) это разные группы сталей. Для большинства практических задач по изготовлению крепежа и деталей различиями можно пренебречь.
6. Как правильно хранить и транспортировать шестигранник Ст20 для предотвращения коррозии?
Прокат должен храниться в крытых сухих складах, на деревянных подкладках, в штабелях. Для длительного хранения (более 6 месяцев) рекомендуется консервация маслом или ингибиторами коррозии. При транспортировке необходимо исключить попадание атмосферных осадков. Уже имеющуюся окалину и следы поверхностной коррозии (ржавчину) перед обработкой необходимо удалить механическим (дробеструйная обработка) или химическим (травление) способом.