Термообработка стали 30ХГСА

30ХГСА — конструкционная легированная сталь повышенной прочности. Применяется после закалки и отпуска (улучшение) для валов, осей, рычагов, шестерен, тяг, деталей авиастроения и ответственных узлов, работающих при знакопеременных нагрузках и до ~200 °C. Сталь характеризуется хорошей прокаливаемостью, но ограниченной свариваемостью и выраженной склонностью к отпускной хрупкости.

Параметр	Диапазон	Примечание
Химсостав, мас. %	С ~0,27–0,32; Cr ~0,8–1,1; Mn ~0,8–1,1; Si ~0,9–1,2; S ≤0,025–0,035; P ≤0,025–0,035	По ГОСТ 4543 (актуальная редакция); для вариантов «-Ш», «-ВД» действуют ТУ
Критические точки	Ac₁ ≈ 750–770 °C; Ac₃ ≈ 820–840 °C; Ar₁ ≈ 660–680 °C; Ar₃ ≈ 700–710 °C	Ориентиры для выбора режимов нагрева/охлаждения
Темпер-хрупкость	Риск при 300–450 °C и при длительных выдержках 500–580 °C	Требуется ускоренное охлаждение после отпуска, предпочтителен двойной отпуск
Температура ковки	Начало ~1200–1240 °C; конец ~800 °C	Охлаждение по сечению; исключать грубое зерно

2. Где и зачем применять термообработку

Улучшение (закалка + высокий отпуск). Базовый маршрут для повышения прочности/выносливости при контролируемой вязкости сердцевины.
Нормализация/отжиг. Выравнивание структуры поковок/штамповок, снижение твердости под мехобработку, подготовка к последующему улучшению.
Локальное ТВЧ-упрочнение. Адресное повышение износостойкости дорожек, зубьев, шеек при минимальном короблении — после улучшения.
Сварка с теплообработкой. Допускается при подогреве и последующем отпуске/снятии напряжений; без технологической теплоподготовки резко растут риски трещинообразования.

3. Режимы термообработки (производственные ориентиры)

3.1. Базовые операции

Операция	Температура	Выдержка	Охлаждение	Результат
Нормализация	~860–900 °C	По сечению	Воздух	Мелкоперлитная структура, HB ~170–220
Полный отжиг	~820–860 °C	По сечению	В печи до 500–600 °C, далее воздух	Феррит-перлит, улучшенная обрабатываемость
Снятие напряжений	~520–650 °C	1–3 ч	Воздух	Стабилизация размеров

3.2. Улучшение (закалка + отпуск)

Этап	Режим	Цель	Контроль
Нагрев под закалку	~840–880 °C (по Ac₃), двухступенчато при массиве	Полная аустенитизация без перегрева	Пирометрия/термопары; зерно 6–8 балл
Закалка	Масло (допустим полимер), направленный обмыв	Максимум мартенсита без трещин/коробления	HRC ядра после закалки, геометрия
Отпуск «высокий»	~520–600 °C; 1–3 ч; ускоренное охлаждение	Темперованный сорбит; баланс прочности/вязкости	HB/HRC по заданию; ударная вязкость
Отпуск «низкий»*	~180–250 °C; 1–2 ч	Темперованный мартенсит; максимум σ_в/σ_0,2	HRC; контроль хрупкости

*Низкий отпуск обеспечивает предельно высокую прочность, но повышает чувствительность к надрезу и снижает вязкость; для деталей с ударной/переменной нагрузкой предпочтителен высокий отпуск.

3.3. Ориентиры по свойствам после улучшения

Температура отпуска	Ожидаемые прочности	Пластичность/твердость
~200–250 °C	σ_в ~1300–1500 МПа; σ_0,2 ~1000–1200 МПа	δ ~6–9 %; HRC ~42–48
~500–560 °C	σ_в ~1000–1150 МПа; σ_0,2 ~800–900 МПа	δ ~10–16 %; HB ~230–280
~580–600 °C	σ_в ~900–1000 МПа; σ_0,2 ~700–800 МПа	δ ~14–18 %; HB ~200–240

3.4. Прокаливаемость (по торцевой закалке, ориентиры)

Критический диаметр	Условие	Пояснение
~40–68 мм	Вода, ~90 % мартенсита	Глубокая прокаливаемость для водной среды
~18–40 мм	Масло, ~90 % мартенсита	Типичный диапазон для масляной закалки
~34–60 мм	Масло, ~50 % мартенсита	Оценка ядра при больших сечениях

3.5. ТВЧ-упрочнение (после улучшения)

Нагрев локальных зон до ~800–860 °C с последующим интенсивным охлаждением.
Цель: HRC ~52–58 на глубину 1,0–2,5 мм (по ТЗ); последующий низкий отпуск 180–200 °C.
Преимущества: минимальные деформации; адресная износостойкость зубьев, шеек, дорожек качения.

4. Сварка и термоупрочнение сварных узлов

Свариваемость — ограниченная: требуется подогрев ~200–300 °C и обязательный отпуск/снятие напряжений.
Для ответственных узлов — локальный отпуск зоны термического влияния, контроль твердости и отсутствия холодных трещин.
Режимы подбирать с учетом толщины/жесткости контура и остаточных напряжений после мехобработки.

5. Технологическая карта процесса

Этап	Действия	Контроль
Входной контроль	Марка/вариант (-Ш, -ВД), плавка Размеры/дефекты HB исходного состояния	Сертификат; замеры HB; спектральный анализ
Подготовка	Обезжиривание, зачистка Преднагрев ступенчатый для массивов Оснастка на минимизацию коробления	Чистота поверхности; термопрофиль
Нагрев/закалка	~840–880 °C, выдержка по сечению Масляная закалка с направленным обмывом	Пирометрия; деформации; HRC после закалки
Отпуск	Высокий: 520–600 °C (1–3 ч) Низкий: 180–250 °C (1–2 ч) Ускоренное охлаждение после печи	HB/HRC; ударная вязкость; размеры
Финиш	Чистовые операции, шлифование с охлаждением ТВЧ-упрочнение (по ТЗ)	Геометрия; отсутствие шлифожога
ОТК	Сетка твердости HB/HRC Микроструктура (зерно, карбидная сетка, перегрев) Неразрушающий контроль при необходимости	Протокол Т/О; карты замеров

6. Классы целевых свойств (по поковкам/пруткам, ориентиры)

Класс	σ_0,2 / σ_в, МПа	Пластичность/твердость
Улучшение КП 490	~490 / ~655	δ ~13–16 %; HB ~210–250
Улучшение КП 590	~590 / ~735	δ ~13–14 %; HB ~235–280
Улучшение КП 640	~640 / ~785	δ ~13 %; HB ~250–295
Пруток, закалка+отпуск	σ_0,2 ≥ ~830; σ_в ≥ ~1080	δ ≥ ~10 %; ψ ≥ ~45 %

7. Риски и их предотвращение

Риск	Причина	Меры
Отпускная хрупкость	Длительные выдержки 300–450 °C и 500–580 °C	Сокращать выдержку; ускоренное охлаждение; двойной отпуск
Коробление/трещины	Асимметрия нагрева/обмыва; высокая скорость охлаждения	Подвес по симметрии; масло/полимер; шаблоны правки и отпуск после
Флокены в массиве	Водород; напряжения после деформации	Дегазационный прогрев ~200–250 °C; выдержка; контролировать металл
Шлифожоги	Агрессивные режимы шлифования	Охлаждение; правка круга; контроль цвета побежалости/микротвердости
Недобор прочности	Недогрев/перегрев; неверная среда	Калибровка пирометрии; пробные образцы; корректировка режима

8. Рекомендации для КД и ТУ

Фиксируйте режим и допуски: «Закалка 860–880 °C, масло; отпуск 540–560 °C, ускоренное охлаждение; HB 230–270» или «HRC 42–48 после низкого отпуска».
Для узлов с переменной нагрузкой задавайте минимум KCU при +20 °C; для зубчатых — допускайте ТВЧ дорожек после улучшения.
Назначайте припуски на шлифование упрочненных зон (ориентир 0,10–0,30 мм/сторона для D≤50 мм) и сетку точек контроля твердости.
При сварке требуйте предварительный подогрев и последующее снятие напряжений (внесите в ТУ).

9. Ответы на частые возражения

«Давайте отпустим при 300–400 °C, так и прочность выше?» В этом диапазоне растет риск отпускной хрупкости; для ресурса при переменных нагрузках надежнее 520–600 °C с ускоренным охлаждением.
«Почему нельзя воду при закалке крупных сечений?» Резкие градиенты температур провоцируют трещины и коробление; для 30ХГСА предпочтительно масло/полимер и направленный обмыв.
«Можно обойтись без подогрева при сварке?» Риск холодных трещин и закалочных структур в ЗТВ; положите в маршрут подогрев 200–300 °C и отпуск/снятие напряжений.

10. Дисклеймер

Все температуры и выдержки — производственные ориентиры. Точные параметры выбираются по фактическим критическим точкам партии, массе/геометрии детали, термоагрегату, среде охлаждения, допускаемой деформации и требованиям КД/ТУ. Обязательны протоколы: графики T–t, среда, твердость, металлография.