Температура плавления стали 40х

Сталь марки 40Х

Марка: 40Х (заменители 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР)
Класс: Сталь конструкционная легированная
Вид поставки: сортовой прокат: в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 10702-78.Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74. Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 82-70. Поковки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 13663-86.
Использование в промышленности: оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.
Зарубежные аналоги марки стали 40Х
США 5135, 5140, 5140H, 5140RH, G51350, G51400, H51350, H51400
Германия 1.7034, 1.7035, 1.7045, 37Cr4, 41Cr4, 41CrS4, 42Cr4
Япония SCr435, SCr435H, SCr440, SCr440H
Франция 37Cr4, 38C4, 38C4FF, 41Cr4, 42C4, 42C4TS
Англия 37Cr4, 41Cr4, 530A36, 530A40, 530H36, 530H40, 530M40
Евросоюз 37Cr4, 37Cr4KD, 41Cr4, 41Cr4KD, 41CrS4
Италия 36CrMn4, 36CrMn5, 37Cr4, 38Cr4KB, 38CrMn4KB, 41Cr4, 41Cr4KB
Бельгия 37Cr4, 41Cr4, 45C4
Испания 37Cr4, 38Cr4, 38Cr4DF, 41Cr4, 41Cr4DF, 42Cr4, F.1201, F.1202, F.1210, F.1211
Китай 35Cr, 38CrA, 40Cr, 40CrA, 40CrH, 45Cr, 45CrH, ML38CrA, ML40Cr
Швеция 2245
Болгария 37Cr4, 40Ch, 41Cr4
Венгрия 37Cr4, 41Cr4, Cr2Z, Cr3Z
Польша 38HA, 40H
Румыния 40Cr10, 40Cr10q
Чехия 14140
Австралия 5132H, 5140
Юж.Корея SCr435, SCr435H, SCr440, SCr440H
Свойства и полезная информация:
Удельный вес: 7820 кг/м 3
Твердость материала:
HB 10 -1 = 217 МПа
Температура критических точек: Ac1 = 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730 , Ar1 = 693
Флокеночувствительность: чувствительна
Свариваемость: трудносвариваема. Способы сварки: РДС, ЭШС, необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС – необходима последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σв=610 МПа, К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=0,95
Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
Склонность к отпускной хрупкости: склонна
Механические свойства стали 40Х
ГОСТ Состояние поставки, режим термообработки Сечение, мм КП σ0,2 (МПа)
σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (кДж / м 2 ) НВ, не более
4543-71 Пруток. Закалка 860 °С, масло. Отпуск 500 °С, вода или масло 25 780 980 10 45 59
8479-70 Поковки:
нормализация
500-800
300-500
245
275
245
275
470
530
15
15
30
32
34
29
143-179
156-197
закалка, отпуск 500-800 275 275 530 13 30 29 156-197
нормализация до 100
100-300
315 315 570 17
14
38
35
39
34
167-207
закалка, отпуск 300-500
500-800
315 315 570 12
11
30
30
29
29
167-207
нормализация до 100
100-300
300-500
345 345
345
590 18
17
14
45
40
38
59
54
49
174-217
закалка, отпуск до 100
100-300
300-500
395 395 615 17
15
13
45
40
35
59
54
49
187-229
Механические свойства стали 40Х в зависимости от сечения
Сечение, мм σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ4 (%) ψ % KCU (кДж / м 2 ) HB
Закалка 840-860 °С, вода, масло. Отпуск 580-650 °С, вода, воздух.
101-200 490 655 15 45 59 212-248
201-300 440 635 14 40 54 197-235
301-500 345 590 14 38 49 174-217
Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (кДж / м 2 ) HB
200 1560 1760 8 35 29 552
300 1390 1610 8 35 20 498
400 1180 1320 9 40 49 417
500 910 1150 11 49 69 326
600 720 860 14 60 147 265
Прокаливаемость стали 40Х (ГОСТ 4543-71)
Расстояние от торца, мм Примечание
1,5 4,5 6 7,5 10,5 13,5 16,5 19,5 24 30 Закалка 860 °С
20,5-60,5 48-59 45-57,5 39,5-57 35-53,5 31,5-50,5 28,5-46 27-42,5 24,5-39,5 22-37,5 Твердость для полос прокаливаемости, HRC
Физические свойства стали 40Х
T (Град) E 10 – 5 (МПа) a 10 6 (1/Град) l (Вт/(м·град)) r (кг/м 3 ) C (Дж/(кг·град)) R 10 9 (Ом·м)
20 2.14 7820 210
100 2.11 11.9 46 7800 466 285
200 2.06 12.5 42.7 7770 508 346
300 2.03 13.2 42.3 7740 529 425
400 1.85 13.8 38.5 7700 563 528
500 1.76 14.1 35.6 7670 592 642
600 1.64 14.4 31.9 7630 622 780
700 1.43 14.6 28.8 7590 634 936
800 1.32 26 7610 664 1100
900 26.7 7560 1140
1000 28 7510 1170
1100 28.8 7470 120
1200 7430 1230
Читайте также:
Сварочный аппарат для начинающих какой выбрать

Расшифровка марки стали 40Х: эта марка означает, что в стали содержится 0,40% углерода и менее 1,5% хрома.

Преимущества термообработки изделий из стали 40Х в кипящем слое по сравнению с традиционными способами: был исследован нагрев под закалку высокопрочных болтов из сталей 40Х и 38ХС. Из опытов следует, что при горизонтальном положении болта М24 в кипящем слое частиц корунда диаметром 0,32 мм, отапливаемом природным газом, медленнее всего температура повышается на оси болта в месте стыка его тела и головки. Скорость нагрева в этой точке почти вдвое меньше, чем на поверхности в середине болта, так что во избежание перегрева температура кипящего слоя не должна заметно превышать конечную температуру нагрева. В слое с температурой 900° С болт прогревается до 860° С примерно за 3 мин (термопара зачеканена на оси под головкой), в то время как в применяемых в настоящее время электропечах К-160 нагрев до 860° С длится, по нашим экспериментальным данным, 40 мин. За это время в электропечах образуется значительный слой отслаивающейся окалины, в то время как при нагреве в кипящем слое с двухступенчатым сжиганием поверхность получается чистой. Эксперименты показали, что для аустенизации достаточна выдержка болтов из обеих сталей при температуре слоя 860-870° С в течение 10-15 мин. Поскольку скорость охлаждения этих изделий в кипящем слое оказалась недостаточной, закалку осуществляли в масле. Отпущенные после закалки (410° С, 80 мин) болты отличались высокими показателями прочности при достаточной пластичности:

Сталь 40Х: σв=147-150 кгс/мм 2 , ан=3,84-3,27 кгс*м/см 2 , HB 345-360

Сталь 38ХС: σв=165-173,5 кгс/мм 2 , ан=3,18-4,41 кгс*м/см 2 , HB 400-430

(ударную вязкость ан определяли на образцах, предел прочности σв на целых болтах).

Параллельно болты М24 из стали 38ХС после выдержки в кипящем слое с температурой 910° С (15 мин) охлаждали в соляной ванне при 360° С (20 мин) с целью получения структуры нижнего бейнита. При достаточно высокой прочности (σв = 163 кгс/мм 2 ) была получена значительно большая ударная вязкость (8,65- 10,6 кгс-м/см 2 ). Наконец, часть болтов из стали 38ХС после такого же нагрева выдерживали в масле в течение 42 с, а затем переносили в кипящий слой температурой 360° С. Такой режим позволил повысить предел прочности до 171,5-173 кгс/мм 2 , но несколько снизил ударную вязкость (ан = 6,25-6,72 кгс.м/см 2 ). Как показали исследования, нагрев в течение 8-10 мин в слое температурой 910° С обеспечивает превращение исходной ферритокарбидной смеси в аустенит и получение достаточно однородных свойств.

Краткие обозначения:
σв – временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа ε – относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05 – предел упругости, МПа Jк – предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2 – предел текучести условный, МПа σизг – предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10 – относительное удлинение после разрыва, % σ-1 – предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж – предел текучести при сжатии, МПа J-1 – предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν – относительный сдвиг, % n – количество циклов нагружения
s в – предел кратковременной прочности, МПа R и ρ – удельное электросопротивление, Ом·м
ψ – относительное сужение, % E – модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV – ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 T – температура, при которой получены свойства, Град
s T – предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и λ – коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB – твердость по Бринеллю C – удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o – T ), [Дж/(кг·град)]
HV – твердость по Виккерсу pn и r – плотность кг/м 3
HRCэ – твердость по Роквеллу, шкала С а – коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o – T ), 1/°С
HRB – твердость по Роквеллу, шкала В σ t Т – предел длительной прочности, МПа
HSD – твердость по Шору G – модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Характеристики, особенности термообработки и применение стали 40Х

Машиностроение, приборостроение, станкостроение и другие области промышленности в процессе производства используют огромное количество материалов как классических, известных десятки и сотни лет, так и совершенно новых, современных. К числу классических и широко распространенных материалов относится сталь. Классификация сталей по химическому составу предусматривает их разделение на легированные (с введением легирующих элементов, обеспечивающих сплаву необходимые механические и физические свойства) и углеродистые.

  • Химический состав
  • Физические характеристики
  • Влияние термической обработки на качество
    • Критические точки
    • Предел текучести
  • Технологические характеристики
  • Ассортимент металлопроката
  • Область применения

Сталь 40х относится к конструкционным легированным сплавам. Слово «конструкционная» указывает на то, что материал используется для изготовления разнообразных механизмов, конструкций и деталей, применяемых в машиностроении и строительстве, и обладает определенным набором химических, физических и механических свойств.

Химический состав

Цифра 40 в маркировке свидетельствует о том, что процентное содержание углерода в сплаве колеблется в пределах от 0.36 до 0.44, а буквенное обозначение х указывает на наличие легирующего элемента хрома в количестве не менее 0.8 и не более 1.1 процента. Легирование стали хромом придает ей свойство устойчивости к коррозии в окислительной среде и атмосфере. Говоря другими словами, сталь приобретает нержавеющие свойства. Кроме того, хром определяет структуру сплава, его технологические и механические характеристики.

Остальные химические элементы входят в состав стали х 40 в следующем количестве:

  • не более 97% железа;
  • 0,5 – 0,8% марганца;
  • 0,17 – 0,37% кремния;
  • не более 0,3% меди;
  • не более 0,3% никеля;
  • не более 0,035% фосфора;
  • не более 0,035% серы.

Физические характеристики

Почти все физические свойства металлов прямо или обратно пропорционально зависят от температуры. Такие показатели, как удельное сопротивление, коэффициент линейного расширения и удельная теплоемкость возрастают с ростом температуры, а плотность стали, ее модуль упругости и коэффициент теплопроводности, наоборот, падают при увеличении температуры.

Еще одна физическая характеристика, называемая массой, не зависит практически ни от чего. Образец можно подвергать термической обработке, охлаждать, обрабатывать, придавать ему различную форму, а масса при этом будет оставаться величиной неизменной.

Физические показатели всех известных марок отечественных сталей и сплавов, в том числе и описываемой марки, сведены в таблицы и размещены в справочниках по металловедению.

Влияние термической обработки на качество

Сталь в исходном состоянии представляет собой довольно пластичную массу и поддается обработке путём деформирования. Ее можно ковать, штамповать, вальцевать.

Для изменения механических свойств и достижения необходимых качеств применяется термическая обработка металла. Суть термической или тепловой обработки заключается в применении совокупности операций по нагреву, выдержке и охлаждению твердых металлических сплавов. В результате такой обработки сплав изменяет свою внутреннюю структуру и приобретает определенные, необходимые производителю и потребителю, свойства.

Критические точки

Критические точки — это температуры, при которых изменяется структура стали и ее фазовое состояние. Вычислены в 1868 году русским металлургом и изобретателем Дмитрием Константиновичем Черновым, поэтому иногда их называют точками Чернова.

Обозначают такие точки буквой А. Нижняя точка А1 соответствует температуре, при которой аустенит превращается в перлит при охлаждении или перлит в аустенит при нагреве. Точка А3 — верхняя критическая точка, соответствующая температуре, при которой начинается выделение феррита при охлаждении или заканчивается его растворение при нагреве.

Если критическая точка определяется при нагреве, то к букве «А» добавляется индекс «с», а при охлаждении — индекс «r».

Для данной стали определена следующая температура критических точек:

  • 743*С — Ас1;
  • 815*С — Ас3;
  • 730*C — Аr3;
  • 693*C — Ar1.

Алгоритм термообработки стали и сплавов:

  • отжиг:
  • закалка;
  • отпуск;
  • нормализация;
  • старение;
  • криогенная обработка.

Термообработка для стали 40х. Характеристика температурного режима в соответствии с требованиями ГОСТ 4543–71:

  • закалка стали 40х в масляной среде при температуре 860*С;
  • отпуск в воде или масле при температуре 500*С.

В результате такой термической обработки данная сталь приобретает повышенную твердость (число твердости НВ не более 217), высокий предел прочности при разрыве (980 Н/м2) и ударную вязкость 59 Дж/см2.

Предел текучести

Говоря о механических свойствах, нужно обязательно упомянуть о такой важной характеристике, как предел текучести. Если приложенная нагрузка слишком велика, то конструкция или ее детали начинают деформироваться и в металле возникают не упругие (полностью исчезающие, обратимые), а пластические (необратимые остаточные) деформации. Говоря другими словами, металл «течет».

Предел текучести — это граница между упругими и упругопластическими деформациями. Значение предела текучести зависит от множества факторов: режима термической обработки, наличия примесей и легирующих элементов в стали, микроструктуры и типа кристаллической решетки, температуры.

В металловедении различают понятия физического и условного предела текучести.

Физический предел текучести — это такое значение напряжения, при котором деформация испытываемого образца увеличивается без увеличения приложенной нагрузки. В справочниках эта величина обозначается σт и для марки 40х ее значение не менее 785 Н/мм2 или 80 КГС/мм2.

Следует отметить, что пластические (необратимые) деформации появляются в металле не мгновенно, а нарастают постепенно, с увеличением приложенной нагрузки. Поэтому, с точки зрения технологии, уместнее применение термина «условный (технический) предел текучести».

Условным (или техническим) пределом текучести называется напряжение, при котором опытный образец получает пластическое (необратимое) удлинение своей расчетной длины на 0.2%. В таблицах эта величина обозначается как σ 0,2 и для стали 40х составляет:

  • при температуре от 101 до 200*С — 490 МПа;
  • при температуре от 201 до 300*С — 440 МПа;
  • при температуре от 301 до 500*С — 345 МПа.

Технологические характеристики

Подводя итог, можно охарактеризовать сталь 40х как твердый и прочный материал, выдерживающий большие нагрузки без разрушений. ПК числе положительных свойств относятся:

  • устойчивость к температурным колебаниям;
  • отличные коррозионные свойства;
  • высокие показатели прочности.

Наряду с этими качествами, у данного материала есть, к сожалению, и недостатки. К ним относятся:

  • трудности при сваривании;
  • склонность к отпускной хрупкости;
  • чувствительность к образованию флокенов.

После подогрева с последующей термообработкой описываемая сталь поддается ручной дуговой сварке (РДС) и электрошлаковой сварке (ЭШС). Если применяется контактная точечная сварка (КТС), то необходима последующая термическая обработка.

Медленное охлаждение конструкционной легированной стали 40х после отпуска приводит к ее хрупкости. Этот недостаток отсутствует при быстром охлаждении, но в этом случае могут возникнуть внутренние напряжения, вызывающие деформацию.

Флокеночувствительность — это склонность металла к образованию внутренних дефектов (полостей и трещин), так называемых флокенов. Для устранения этого недостатка сплав вакуумируют в ковше с одновременной продувкой аргоном и электродуговым подогревом.

Ассортимент металлопроката

Сталь 40х производится и поставляется на рынок в следующем виде:

  • сортовой прокат (в том числе фасонный) по ГОСТам 4543−71, 2591−2006, 2590−2006, 10702−78 и 2879−2006;
  • серебрянка и шлифованный пруток по ГОСТу 14955−77;
  • пруток калиброванный по ГОСТам 8559−75, 7417−75, 1051−73 и 8560−78;
  • полоса по ГОСТам 82−70, 103−2006 и 1577−93;
  • трубы по ГОСТам 13663−86, 8731−74, 8733−74;
  • поковки по ГОСТу 8479−70;
  • лист толстый по ГОСТам 19903−74и1577−93.

Известно достаточное количество отечественных (40ХР, 40ХС, 40ХН, 40ХФ, 38ХА, 45Х) и зарубежных аналогов описываемой марки стали.

Область применения

Благодаря своим свойствам сталь 40х широко применяется в различных областях промышленности. Ее используют при изготовлении кулачковых и коленчатых валов, осей и полуосей, штоков, плунжеров, вал-шестерней, шпинделей, колец, оправок, болтов, реек, втулок и других деталей, к прочности которых предъявляются повышенные требования. Также используется эта сталь для изготовления конструкций, эксплуатируемых в условиях низких температур внешней среды, например, при сооружении авто- и железнодорожных мостов в северных широтах.

Технические характеристики стали 40Х

  • Total: 2
  • 2

Расшифровка маркировки

Сталь марки 40Х изготавливается в соответствии с требованиями, представленными ГОСТ 4543-71. Именно этот документ регламентирует химический состав материала и его эксплуатационные качества.

Обозначение 40Х указывает на следующее:

  • цифра 40 свидетельствует о процентном содержании углерода, присутствующего в сплаве;
  • буквенное обозначение «Х» — о присутствии в составе хрома.

Следует заметить, что углерод является неотъемлемой частью любого стального сплава. В стали этой марки его содержится 0,44%. Именно углерод предопределяет основные эксплуатационные характеристики металла.

Хром является легирующим компонентом, придающим металлу коррозийную стойкость. Здесь его концентрация не превышает 1,1%, поэтому в маркировке его цифровое значение отсутствует.

Согласно ГОСТ 4543-71, характеристики стали 40Х не отличаются высокими антикоррозийными качествами. Но в данный сплав входит множество других легирующих компонентов, улучшающих его эксплуатационные характеристики.

Описание состава

Свойства стали 40Х определяются входящими в ее состав компонентами. К их числу относится следующее:

  • C (углерод) – 0,36%-0,44%;
  • Si (кремний) – 0,17%-0,37%;
  • Mn (магний) – 0,5%-0,8%;
  • Ni (никель) – не более 0,3%;
  • Cr (хром) – 0,8%-1,1%;
  • Cu (медь) – не более 0,3%.

Основными составляющими любого сплава являются железо и углерод. Учитывая, что в данной марке концентрация углерода варьируется от 0,36% до 0,44%, количество железа составляет порядка 96%-97%.

Также в незначительных концентрациях в сплаве присутствуют фосфор и сера. Это вредные добавки, попадающие в металл в процессе производства. Согласно ГОСТ, концентрация каждого из этих веществ не должна превышать 0,035%.

Основные физико-механические свойства

Под физико-механическими свойствами стали 40Х подразумеваются твердость и прочность материала. Благодаря значительному содержанию углерода показатель твердости металла составляет 217 МПа.

За счет введения легирующих компонентов удается достичь высоких показателей коррозийной стойкости и прочности. Поэтому изделия, изготовленные из стали этой марки, не поддаются разрушению даже при очень высоких нагрузках.

Химические свойства стали 40Х позволяют эксплуатировать готовые детали во влажной среде и при незначительном воздействии агрессивных веществ. Но следует помнить, что этот материал не относится к классу нержавеющих сталей. Поэтому в условиях постоянного воздействия влаги его эксплуатировать нельзя.

Плотность данной марки составляет 7820 кг/м3. Модуль упругости варьируется в широком диапазоне и зависит от температурного режима. Повышение температуры приводит к значительному снижению модуля упругости.

Металл является трудносвариваемым. Получение сварных соединений возможно при обработке ручной дуговой и электрошлаковой видов сварки после предварительного подогрева.

Температура плавления стали 40Х составляет 1420°С.

Вид поставки

Марка стали 40Х является конструкционной и поставляется в следующих видах:

  • сортовой и фасонный прокат;
  • калиброванный и шлифованный пруток;
  • серебрянка;
  • толстые листы;

полосы;

Металлопрокат востребован в машиностроении и используется в качестве заготовок при изготовлении различных деталей. Листы используют при обшивке каркасных конструкций, а также при штамповке. Наибольшее распространение получили поковки, служащие основой при производстве различных изделий.

Сферы применения

Благодаря высоким механическим свойствам, сталь 40Х используют для изготовления деталей повышенной прочности. К их числу относятся:

  • оси и полуоси;
  • валы;
  • валы-шестерни;
  • плунжеры;
  • штоки;
  • коленвалы;
  • кольца;
  • щпиндели;
  • рейки;
  • болты;
  • губчатые венцы;
  • втулки и пр.

Проведение термической обработки позволяет значительно повысить прочность и другие характеристики металла. После термообработки материал может применяться для изготовления разверток, насадок и корпусов метчиков. Также из такого сплава производят конструкции, эксплуатируемые при экстремально низких температурах, к примеру, элементы железнодорожных мостов.

Магнитные свойства стали 40Х делают ее незаменимой при производстве столовых приборов, кастрюль, сковородок и другой посуды. Ее можно использовать для приготовления пищи на индукционных плитах.

Особенности проведения термообработки

Термообработка подразумевает выполнение следующих действий:

  • отжига;
  • закалки;
  • отпуска;
  • нормализации;
  • старения;
  • криогенной обработки.

Для закалки изделия на 4 часа помещают в масло, нагретое до 860°С. Отпуск производят на воздухе при температуре 500°С. После такой обработки сталь приобретает высокую твердость, прочность на разрыв и ударную вязкость.

Преимущества и недостатки

Ознакомившись с характеристиками стали 40Х, применением и основными качествами, можно приступать к рассмотрению ее преимуществ и недостатков. К числу первых относится следующее:

  • высокие антикоррозийные свойства;
  • устойчивость к температурным перепадам;
  • отличные показатели прочности.

Изделия, изготовленные из стали этой марки, очень твердые и прочные. Поэтому в процессе эксплуатации они способны выдерживать значительные нагрузки без структурных разрушений.

Как и любой другой сплав, 40Х имеет и свои недостатки. Это трудносвариваемый металл, отличающийся чувствительностью к образованию флокенов и склонностью к отпускной хрупкости.

Зарубежные аналоги

Аналоги сплава марки 40Х выпускаются и в других странах. Их маркировка отличается от российской, но состав практически идентичен. К числу таких сплавов относятся:

  • 41Cr4, 41Cr54 (Германия);
  • S140, S140H (Америка);
  • 41Cr4, 42C4 (Франция);
  • S30A40, S30H40, S30M40 (Великобритания);
  • SS2245 (Швеция);
  • 41Cr4, 41Cr4KB (Италия);
  • SCr435-H, SCr440 (Япония);
  • 40H (Польша).

Среди ассортимента сталей, представленного российскими производителями, полных аналогов марки 40Х нет. Но есть металлы, схожие по составу и по своим эксплуатационным характеристикам. К их числу относятся:

  • 45Х;
  • 38ХА;
  • 40ХН;
  • 40ХС;
  • 40ХФ;
  • 40ХР.

Возможность выполнения замены должна определяться только после проведения оценки, и сравнения свойств разных марок сталей.

Технические характеристики легированной стали 40Х

Автор: Игорь

Дата: 09.09.2019

  • Статья
  • Фото
  • Видео

Широкое распространение в промышленности получила конструкционная сталь 40Х, характеристики которой обусловлены легирующими элементами. Они могут быть значительно улучшены при помощи разных режимов термической обработки.

Химический состав

На всей территории СНГ характеристики и применение стали 40Х определяются ГОСТом 4543-2016. Он указывает на химический состав и основные эксплуатационные свойства. Расшифровка стали свидетельствует о содержании главных компонентов – углерода и хрома.

Первые два знака обозначают концентрацию основного легирующего элемента – углерода, она находится в диапазоне 0,36-0,40%. Сложно выдержать более точную концентрацию в процессе выплавки металла.

Буква «Х» указывает на присутствие хрома, который улучшает коррозионную стойкость материала. Однако его концентрация не превышает показателя 0,8-1,1% и недостаточна для придания стали достаточной сопротивляемости коррозии.

В состав сплава входят и другие легирующие добавки, не отмеченные в маркировке, но придающие определенные свойства стали 40Х:

  • никель – до 0,3%;
  • марганец – 0,5-0,8%;
  • кремний – 0,17-0,37%;
  • медь присутствует в очень небольших количествах, около 0,035%, и не оказывает существенного влияния на механические свойства сплава;
  • строго регламентируются концентрации вредных примесей – серы и фосфора, их содержание не превышает 0,035%.

Аналоги и номенклатура

Марку стали 40Х можно заменить отечественными аналогами:

  • 45Х;
  • 38ХА;
  • 40ХН;
  • 40ХС;
  • 40ХФ;
  • 40ХР.

Зарубежные аналоги имеют другую маркировку, однако составы этих сплавов приблизительно совпадают:

  • G51400 и H51350 – Соединенные Штаты;
  • 37Cr4, 41Cr4, 41CrS4 – Германия;
  • 35Cr, 38CrA, 40Cr и 40CrA – КНР;
  • SCr435, SCr440 – Япония;
  • 37Cr4, 41Cr4 – Франция;
  • 36CrMn4 – Италия;
  • 2245 – Швеция;
  • 14140 – Чехия.

Классификация конструкционных легированных сталей регламентируется ГОСТом 4543-71. В нем прописаны технические условия на разные виды проката. По характеристикам стали 40Х ГОСТ 4543-71 относит ее к классу хромистых сплавов и устанавливает:

  • предельное содержание примесей, негативно влияющих на технологические свойства материала, например, серы и фосфора;
  • режимы термообработки.

Сталь поставляется в виде:

  • сортового проката по нескольким стандартам;
  • калиброванного прутка;
  • прутка шлифованного и серебрянки по ГОСТу 14955-77;
  • толстого листа и полос;
  • поковок, согласно ГОСТу 8479-70;
  • труб и соединительных частей к ним.

Свойства сплава

Физико-механические свойства стали 40Х позволяют выдерживать высокие нагрузки без разрушения ее структуры:

  • плотность – 7820 кг/м3; модуль упругости – 2,14Х10-5;
  • коэффициент линейного расширения – 11,9Х106 1/град.;
  • удельное электросопротивление – 210Х109 Ом*м;
  • ударная вязкость – 160 Дж/см2;
  • температура ковки – от 1250 до 800 градусов.

Почти все показатели изменяются в зависимости от температуры. С ее повышением, увеличиваются:

  • удельное сопротивление;
  • коэффициент линейного расширения;
  • удельная теплоемкость.

Обратную зависимость от температуры демонстрируют:

  • модуль упругости;
  • плотность металла;
  • коэффициент теплопроводности.

Важной характеристикой является показатель предела текучести. Он определяется величиной нагрузки, при которой в изделии возникают необратимые деформации. Показатель зависит от нескольких факторов: режима термообработки; типа легирующих добавок и количества вредных примесей; структуры кристаллической решетки.

Для стали 40Х предел текучести уменьшается в диапазоне температур 100-500 градусов от 490 до 345 МПа. Негативное влияние на качество сплава оказывают отпускная хрупкость и флокеночувствительность. Сталь трудносвариваема, требует предварительного подогрева и последующей термообработки.

Особенности термообработки

Термическая обработка проводится с целью улучшения механических свойств стали 40., в основном, для повышения прочности и поверхностной твердости. Она состоит из комплекса операций, в результате которых изменяется внутренняя структура сплава. Материал подвергается сильному нагреву, поэтому технология термообработки должна учитывать особенности сплава, например:

  • температуру плавления стали 40Х;
  • ее химический состав;
  • содержание примесей, влияющих на твердость металла;
  • критические точки, при которых изменяется структура сплава.

ГОСТ определяет оптимальные режимы:

  • закалки стали – масляная среда с температурой 860 градусов;
  • отпуска – вода или масло при 500 градусах;
  • если отпуск проводить при 200 градусах, твердость увеличивается до 552 МПа.

В итоге улучшаются характеристики:

  • твердости – до 217 МПа;
  • предела прочности на разрыв – 980 Н/м2;
  • ударной вязкости – до 59 Дж/см2.

Медленное охлаждение после отпуска ведет к хрупкости стали. Избежать ее можно быстрым охлаждением, однако при этом возможно появление внутренних напряжений, вызывающих деформацию металла. Флокеночувствительность, то есть образование внутренних трещин и полостей, можно уменьшить вакуумированием процесса нагрева и совмещением его с продувкой аргоном.

Особого внимания требует процесс закалки стали 40Х, так как она идет на изготовление деталей, испытывающих постоянные нагрузки, например, втулок, шестерен, болтов. После процедуры увеличивается твердость металла, но снижаются пластичность и устойчивость к ударным нагрузкам. Соотношение этих параметров зависит:

  • от времени, в течение которого происходит нагрев до заданной температуры;
  • интервала выдержки, определяющего равномерность прогрева;
  • скорости охлаждения.

Преимущества и недостатки

Плюсы и минусы материала определяются его свойствами. Среди характеристик стали 40Х особое значение имеют показатели твердости и выносливости. Благодаря наличию хрома в составе сплава, детали, изготовленные из нее:

  • имеют высокий запас прочности и устойчивости к коррозии;
  • рассчитаны на высокие и длительные нагрузки;
  • устойчивы к действию экстремальных температур в диапазоне от -40 до +425 градусов;
  • выдерживают резкие перепады температур; магнитные свойства стали 40Х не влияют на ее эксплуатационные характеристики;
  • могут эксплуатироваться практически при любых внешних условиях;
  • не требуют очищения и обработки поверхностей;
  • обладают высоким пределом выносливости и стойкости к короблению.

После закалки карбид, содержащийся в сплаве, полностью растворяется, и металл приобретает более высокую коррозионную устойчивость. Химические свойства стали 40Х позволяют использовать ее в агрессивных влажных средах. Материал также хорошо поддается операциям резки. По свариваемости сплав относится к 4 группе. Чтобы избежать трещин на сварочном шве, его следует предварительно разогреть до 200-300 градусов.

Среди недостатков стали отпускная хрупкость и флокеночувствительность, однако технологии термообработки позволяют уменьшить эти свойства до минимальных значений.

Область применения

Металлопрокат стали 40Х получил широкое применение в машиностроительных отраслях для производства изделий повышенной прочности и выносливости при воздействии интенсивных нагрузок:

  • труб для отопительных систем;
  • дисков, роторов для паровых турбин;
  • коленчатых и кулачковых валов;
  • крепежных деталей.

Листовую сталь используют:

  • для холодной и горячей штамповки;
  • обшивки каркасных конструкций.

Из прутков, изготовленных по ГОСТу 5950-2000, производят инструменты, применяющиеся в условиях небольших скоростей и температур, не превышающих 2 тыс. градусов.

Состав и характеристики стали марки 40х

Марка стали 40х — материал, применяемый для сборки металлоконструкций, производства деталей для промышленного оборудования, машин. Популярность объясняется улучшенными характеристиками, но материал не лишен и некоторых недостатков.

Сталь марки 40 х

Расшифровка стали марки 40х

  1. Число 40 обозначает количество углерода в составе. Основа сплава — железо. Углерод занимает 0,44%. От его количества зависят эксплуатационные характеристики.
  2. Буква после числа — указание на наличие легирующей добавке. В данном случае буква Х, указывает на наличие хрома. Если других цифр после этой буквы нет, процентное содержание легирующей добавки достигает 1,1%. Хром нужен для повышения коррозийной стойкости сплава.
  3. Сталь содержит марганец, кремний, никель. Их добавляют для изменения технических характеристик сплава, но в маркировке они не указываются.

Основную информацию можно узнать из ГОСТ 4543-2016.

Состав и структура стали марки 40х

Химический состав можно узнать путем расшифровки маркировки, но там могут указываться не все компоненты. Точный состав:

  1. Углерод. Содержание — 0,36%–0,44%. Из-за определенных сложностей, связанных с производством металла, производители не могут получить более точный процент содержания углерода.
  2. Основной легирующий компонент — хром. Содержание — от 0,8 до 1,1%.
  3. Другие легирующие компоненты, которые не указываются в маркировке, — марганец, кремний, никель. Общее процентное содержание — до 1%. Влияют на технические характеристики сплава.
  4. Побочные элементы, которые ухудшают эксплуатационные качества материала, — сера, фосфор.
  5. Медь. Содержание не более 0,035%. Не влияет на технические характеристики.

Если появляется другой элемент, который изменяет эксплуатационные качества стали, он занимает место в маркировке. Чтобы рафинировать структуру сплава разными легирующими добавками, на производстве применяются сильные раскислители. Шлак, который получается на выходе, обрабатывается углеродом, кремнием.

Характеристики и свойства стали марки 40х

  1. Высокая прочность.
  2. Повышенная твердость — 271 Мпа.
  3. Сохранение структуры при больших нагрузках.
  4. Устойчивость к образованию ржавчины.
  5. Плотность — 7820 кг/м3.
  6. Предел текучести, модуль упругости высокие. Изменяются при повышении или понижении температуры. Средний предел текучести — 785 Мпа.
  7. Временное сопротивление — 980 Мпа.
  8. Минимальное относительное удлинение — 10%.
  9. Относительное сужение — 45%.

Производство стали марки 40х

  1. Подготовка и плавка шихты. Нагревание жидкого металла в специальной ванне. На этом этапе происходит окисление железа, образуется его оксид. Одновременно с этим окисляются основные примеси — фосфор, марганец, кремний. Одна из главных задач этапа — удаление фосфора из состава. Для снижения его процентного содержания нужна небольшая температура ванны со шлаком, металлом. В ней должно содержаться определенное количество оксида железа.
  2. Кипение металлической ванны. Температура повышается постепенно. Если нагрев будет происходить быстро, начнется окисление углерода. На этом этапе снижается содержание серы в сплаве.
  3. Раскисление стали. Выполняется двумя способами. Первый — диффузионный. Осуществляется с помощью шлака. На его поверхность погружается измельченный алюминий, ферросилиций, ферромарганец. С помощью раскислителей оксид железа восстанавливается, его процентное содержание в сплаве уменьшается. Второй способ — осаждение. В жидкую сталь вводятся растворимые раскислители — алюминий, ферросилиций, ферромарганец. Железо восстанавливается, образуются сторонние оксиды, которые уходят в шлак.

Последний этап производства — легирование стали. В расплавленный металл вводятся определенные компоненты, которые нужны для изменения его технических характеристик.

Стальной медальон для кошки (Фото: Instagram / gravceh)

Где применяют сталь марки 40х?

Свойства материала определяют сферы его применения. Она используется для изготовления:

  1. Труб. Применяются при сборке трубопроводов для транспортировки разных жидкостей, обустройстве систем отопления.
  2. Поковок. Нужны для изготовления других металлических изделий.
  3. Листов. Применяются для горячей, холодной штамповки. Другие области применения — сборка металлоконструкций, обшивка каркасов.
  4. Металлопроката. Нужен для сборки промышленного оборудования, машин, судов, разных деталей.

Поскольку материал имеет ряд недостатков, для их устранения применяется термическая обработка. После ее проведения сплав используется при изготовлении деталей повышенной прочности — плунжеров, кулачковых и коленчатых валов, колец для промышленного оборудования, губчатых венцов, реек, полуосей, болтов, втулок, подвижных вало

Достоинства и недостатки стали марки 40х

  1. Высокая прочность, твердость.
  2. Устойчивость к образованию ржавчины.
  3. Высокий предел текучести.
  4. Устойчивость к механическим воздействиям.
  1. Возможность образования флокенов. Этот недостаток свойственен многим видам сталей.
  2. Высокая отпускная хрупкость. После выполнения процесса закалки структура становится уязвимой к механическим нагрузкам.
  3. Плохая свариваемость. Из-за этого возникает сложности в изготовлении металлоконструкций из данного сплава.
  4. Высокий риск образования трещин, пустот внутри структуры при изготовлении отливок из стали.

Чтобы сделать сплав более восприимчивым к разным видам обработки, промышленными предприятиями проводится вакуумизация. Она позволяет снизить количество вредных компонентов состава. Готовые детали подходят для применения при низких температурах, на открытом воздухе.

Стальные листы (Фото: Instagram / polezhaeva999)

Способы обработки стали марки 40х

Материал плохо сваривается. Для устранения этого недостатка применяется термическая обработка. С ее помощью можно получить более универсальный сплав, улучшить его технические характеристики. Термическая обработка проводится в несколько этапов:

  1. Закалка. Проводится в масляной среде. Нужная для улучшения качества поверхностей структуры.
  2. Охлаждение детали. Осуществляется с помощью масла или на воздухе. Лучше использовать масло, поскольку оно повышает качество обработанной заготовки. Если применять воду, могут появиться дефекты.
  3. Отпуск. С его помощью устраняется внутреннее напряжение металла. Проводится на воздухе или с помощью масла.

Если термическая обработка была проведена правильно, твердость повышается до 217 НВ. При этом снижается внутреннее напряжение. Закалку проводят при температуре 860 °C, отпуск — при 200 °C. Если температурный режим не был нарушен, срок эксплуатации сплава увеличивается.

Поле проведения термической обработки улучшается свариваемость металла, для получения качественного шва до применения сварки места соединения нужно разогреть.

Сталь 40х имеет высокую себестоимость из-за сложностей производства, дополнительной термической обработки. Легированный металл чаще применяется для производства деталей, которые длительное время подвергаются большой нагрузке.

Сталь 40Х

Среди всех различных материалов, которые применяются в машиностроительной и других областях, наибольшее распространение получила сталь. Она выпускается в самых различных вариантах исполнения, эксплуатационные качества во многом зависят от химического состава. Процесс легирования позволяет придать материалу определенные эксплуатационные качества. К примеру, высокая концентрация хрома приводит к повышению коррозионной стойкости. Довольно большое распространение получила сталь 40Х. Она представлена легированной структурой, которая может выдерживать несущественное воздействие влаги и некоторых химических веществ. Сталь 40Х, характеристики которой могут быть улучшены при проведении термической обработки, имеет ряд особенностей, о которых далее поговорим подробнее.

Расшифровка стали 40Х

На территории СНГ применяется стандарт ГОСТ 4543-2016, который позволяет определить не только химический состав, но и различные эксплуатационные качества материала.

Сталь 40Х ГОСТ определяет следующие вещества в составе:

  1. Первая цифра 40 применяется для обозначения основного элемента в составе, которым является углерод. Как правило, большая часть состава приходится на железо, а углерод, концентрация которого составляет 0,44%, определяет основные эксплуатационные характеристики.
  2. Следующая буква Х указывает на то, что в составе есть легирующий элемент, представленный хромом. Отсутствие цифры после буквы указывает на то, что концентрация элемента составляет 1,1%. Как ранее было отмечено, хром повышает коррозионную стойкость структуры. Однако, рассматриваемая марка стали 40Х не характеризуется высокими антикоррозионными качествами.
  3. Рассматривая 40Х ГОСТ отметим, что в состав входит довольно большое количество никеля, кремния и марганца. Они определяют некоторые эксплуатационные характеристики металла, но они не отмечаются в маркировке.

Расшифровка позволяет определить химический состав и основные эксплуатационные качества материала. Стоит учитывать, что зарубежные производители применяют иные стандарты при маркировке материалов, но химический состав у аналогов примерно схожий.

Химический состав стали

Как ранее было отмечено, химический состав стали 40Х определяется маркировкой. Однако, она не отображает весь состав. Сталь марки 40Х характеризуется следующими особенностями:

  1. Показатель концентрации углерода в составе находится в пределе от 0,36% до 0,44%. Отметим, что более точный показатель выдержать производители не могут по причине сложности процесса получения металла.
  2. Хром является основным легирующим элементом, его в металле содержится 0,8-1,1%.
  3. Процесс производства сплава определяет то, что в металл включается никель, кремний и марганец. Их концентрация не больше 1%, но даже незначительное количество приводит к изменению эксплуатационных характеристик.
  4. В составе есть вредные элементы, к примеру, фосфор и сера. Их концентрация строго регламентирована.
  5. Также в состав включается медь, но ее около 0,035%. Именно поэтому концентрация этого элемента не изменяет основные эксплуатационные характеристики.

Химический состав стали 40х по ГОСТ

Рафинирование структуры различными легирующими элементами проводится при применении сильных раскислителей, после чего вводится шлак, обрабатываемый кремнием и углеродом.

Физические и механические свойства

Рассматривая механические свойства стали 40Х следует учитывать, что она обладает высокой твердостью и прочностью, структура может выдерживать существенную нагрузку и во время эксплуатации не подвергаться разрушению. Сталь 40Х характеризуется следующими положительными качествами:

  1. Достаточно высокая коррозионная стойкость, которая достигается при включении в состав хрома.
  2. Высокие прочностные показатели. Твердость измеряется в различных показателях, часто применяется HRC и HB. Показатель твердости соответствует значению 217 МПа.
  3. При выборе более подходящего материала уделяется внимание и удельному весу. Плотность стали 40Х составляет 7820 кг/м 3 .

Свойства Ст 40х

Модуль упругости и предел текучести могут варьироваться в достаточно большом диапазоне, что зависит от температуры. К примеру, при существенном повышении температуры модуль упругости падает. Предел текучести определяет то, насколько применим сплав при получении заготовок методом литья.

Есть и несколько существенных недостатков у сплава:

  1. Отпускная хрупкость. После закалки структура становится весьма восприимчивой к ударной нагрузке. Снизить вероятность повышения хрупкости можно при соблюдении технологии термической обработки.
  2. Высокая степень склонности к образованию флокенов. Она свойственна довольно большому количеству различных сплавов.
  3. Плохая свариваемость усложняет процесс изготовления различных изделий. При желании могут применяться самые различные технологии сварки. Процесс существенно упрощается за счет предварительного нагрева структуры. Кроме этого, структура сложна в резке при применении сварочного оборудования.
  4. Флокеночувствительность – свойство, которое определяет высокую вероятность появления внутренних трещин после отливки различных изделий. Подобные дефекты часто возникают при горячей деформации легированной стали. Подобные дефекты становятся причиной высокой концентрации водорода во время термической обработки. Снизить вероятность появления дефектов можно за счет строгого соблюдения температурного режима.

В последнее время достаточно часто применяется метод вакуумизации сплава, за счет чего снижается концентрация водорода. Именно поэтому качество полученной структуры существенно увеличивается.

Область применения

По степени свариваемости структуры она относится к 4 группе. Сварочный шов может стать причиной образования различных трещин. Именно поэтому материал 40Х перед выполнением сварочных работ предварительно разогревается, что позволяет избежать просто огромного количества проблем с эксплуатацией полученного изделия.

Кроме этого, требуется проводить предварительную подготовку кромок к выполнению дуговой сварки. При применении контактно-точечной технологии требуется термическая обработка.

Другие свойства рассматриваемого материала определяют его широкое применение. На производственные площадки поставляются заготовки следующего типа:

  1. Листы. Листвой металл получил широкое распространение, к примеру, при холодной или горячей штамповке. Кроме этого, листы металл используются при обшивке каркасных конструкций.
  2. Поковки используются в качестве основы при создании различных изделий.
  3. Трубы сегодня весьма распространены, к примеру, при создании отопительной системы или для транспортировки различной жидкости.
  4. Металлопрокат применяется в машиностроительной области в качестве заготовки для различных деталей.

Круг ф 160 ст 40Х с обточкой

После проведения термической обработки Сталь 40 может применяться для получения насадок, разверток и корпусов метчиков. Аналог стали 40Х может использоваться для получения различных ответственных конструкций, к примеру, осей, валов, зубчатых колес, болтов или плунжеров. Аналоги зарубежные могут использоваться для изготовления деталей, которые будут эксплуатироваться на открытом воздухе при низкой температуре. Примером назовем элементы мостов и железнодорожных конструкций.

Для существенного увеличения эксплуатационных характеристик получаемых изделий проводится различная термическая обработка.

Закалка приводит к существенному повышению твердости поверхности, однако хрупкость снизить можно только при отпуске. Достигнуть требуемых показателей можно только при соблюдении особенностей технологии.

Термическая обработка

Во многих случаях термическая обработка позволяет существенно повысить эксплуатационные качества металла. Термическая обработка стали 40Х проводится с учетом особенностей структуры. Рекомендации по выполнению подобной процедуры следующие:

  1. Закалка стали 40Х проводится в масляной среде. Это позволяет существенно повысить качество поверхностного слоя структуры.
  2. Проводимая закалка 40Х проводится с последующим охлаждением заготовки. Для этого может применяться обычная воздушная или масляная среда. Масло позволяет существенно повысить качество получаемого изделия, в то время как на воздухе охлаждение происходит при больших размерах. Применение водной среды может привести к появлению окалины и других дефектов.
  3. Обязательно проводится отпуск, который позволяет снизить внутренние напряжения. Отпуск проводится в масле или на воздухе.

Термообработка стали 40Х проводится в зависимости от нагрузок, на которые рассчитаны изделий. Расчет проводится в зависимости от трех критических точек. Закалка проводится при температуре 860 градусов Цельсия. Показатель часового интервала составляет 4 часа. Отпуск на воздухе может проводиться при температуре 200 градусов Цельсия, при применении масляной ванны показатель повышается до 500 градусов Цельсия. В некоторых случаях проводится нормализация стали 40Х.

При правильном проведении термической обработки твердость после закалки составляет около 217 HB. При этом внутренние напряжения существенно снижаются, за счет чего существенно продлевается срок эксплуатации получаемого изделия.

Свойства Ст 40х при повышенных температурах

В заключение отметим, что рассматриваемая сталь довольно сложна в изготовлении, за счет чего существенно повышается себестоимость. Именно поэтому легированный сплав применяется при изготовлении ответственных изделий, которые должны обладать исключительной прочностью. Поверхность характеризуется достаточно высокой устойчивостью к воздействию влаги, но при этом показатель не соответствует нержавейке. Это связано с тем, что нержавейка имеет в составе хром с концентрацией около 18%. Включение других химических элементов позволяет расширить область применения сплавов.

Основные характеристики стали марки 40х, ее применение и аналоги

Сталь 40х используется для изготовления деталей сложных механизмов, участвующих в добыче газа, нефти и атомной энергии. Конечный продукт представлен в виде составляющих стальных балок для эстакад и железных дорог. И, поскольку в состав марки «40х» входит хром, такая сталь становится термически более прочной и устойчивой к коррозии.

Её применение в промышленности многообразно — кулачковые и коленчатые валы, оси/полуоси, штоки, кольца, рейки, болты, втулки и многое другое.

Характеристики

К числу характеристик стали 40х относят:

  • твёрдость;
  • плотность;
  • предел текучести/прочности;
  • ударную вязкость и пр.

Твердость

Твёрдость стали (hb – hrc) может выражаться в разных числовых значениях, в зависимости от шкалы измерения:

  • По Роквеллу — методика основана на измерении глубины проникновения индентора (твёрдого наконечника) в исследуемый материал. Твёрдость по этой шкале составляет 217 МПа.
  • По Бринеллю — индентор вдавливают в образец металла в течение 2-8 секунд (нагрузка — плавно нарастающая) и измеряют диаметр получившегося отпечатка. В качестве инденторов применяют шарики из прочных сплавов диаметром от 1 до 10 мм. Твёрдость стали 40х по Бринеллю равна 187 МПа.
  • В состоянии плавки — твёрдость в период плавления колеблется в пределах 18 МПа.

Плотность

Плотность стали 40х равна 7820 кг/м³. Плотность вещества является постоянной величиной, и измеряется при помощи гидростатического метода — образец взвешивают в воздухе, а потом в воде, и вычисляют его плотность (отношение массы тела к объёму). Жидкость, используемая в качестве измерения, должна хорошо смачивать материал, но при этом не вступать с ним в реакцию. Поэтому для взвешивания применяют дистиллированную воду.

Марка

Возможные заменители — 45Х, 38ХА, 40ХС и др. Класс: конструкционная легированная. Вид и состояние поставки:

  • сортовой прокат (в т. ч. фасонный);
  • пруток и серебрянка;
  • лист толстый;
  • трубы и т. д.

Термин «конструкционная» указывает на то, что металл используется для изготовления различных конструкций, механизмов и деталей, например, в сфере строительства и машиностроения.

Химический состав

Цифра «40» присутствует в марочнике неслучайно, указывая на процентное содержание углерода в сплаве (от 0,36 до 0,44). А буква «Х» свидетельствует о наличии хрома (от 0,8 до 1,1%). Также в химсоставе присутствуют и другие химические элементы:

  • железо — около 97%;
  • кремний — не более 0,37%;
  • марганец — до 0,8%;
  • никель — 0,3;
  • сера — всего 0,035%;
  • фосфор — 0,035%;
  • медь — около 0,3%.

Предел прочности

Под пределом прочности понимают такое механическое напряжение, выше которого материал разрушается или деформируется. Максимальная прочность стали в момент сгиба составляет 509 МПа, а при временном сопротивлении — 960 МПа.

Этот показатель измеряется с помощью испытаний на растяжение и деформацию. При этом устанавливают не только предел прочности, но и удлинение, временное сопротивление и др.

Предел текучести

Физический предел текучести — это значение напряжения, при котором деформация испытываемого материала увеличивается без дополнительной нагрузки. Предел текучести стали 40х равен 785 Н/мм2. На конечный результат влияют различные факторы:

  • толщина металла;
  • режим термообработки;
  • наличие примесей в составе продукта;
  • дефекты кристаллической решётки и т. д.

Прочность

Прочность — это стойкость металла к воздействию внешних нагрузок. Чтобы узнать, какая прочность стали, проводят испытания на специальных машинах с разной мощностью. Последние состоят из нагружающего механизма, создающего усилие, и бывают механическими и гидравлическими.

Ударная вязкость

Ударная вязкость данной марки составляет 400 – 850 кДж/кв. м. Предел прочности на разрыв равен 980 Н/м2. Под ударной вязкостью понимают способность металла поглощать механическую энергию, образующуюся в процессе разрушения и деформации.

Температура эксплуатации

Средняя температура эксплуатации стали 40х — минус 40 градусов. Максимально допустимая температура — плюс 425 градусов. Это важные показатели характеристики применения материала в комфортных для металлических изделий условиях. Значения выше или ниже могут привести к процессам разрушения и деформации.

Механические свойства

Вот механические свойства стали 40х в зависимости от закалки при температуре 860 градусов в масле и температурой отпуска, равной 500 градусов:

  • Предел текучести — в пределах 785 МПа.
  • Временное сопротивление — 980 МПа.
  • Минимальное относительное удлинение — не более 10%.
  • Относительное сужение — 45%.

Отпускная хрупкость

Отпускная хрупкость — это особое состояние сплава, характеризующееся небольшим значением ударной вязкости. При нормальных условиях этот показатель на оказывает влияния на механические свойства стали.

Специалисты дают описание 2 видов отпускной хрупкости:

  • Первая — подразумевает температуры 250-35- градусов.
  • Вторая — отпуск при температурах выше 500 градусов.

Следовательно, в первом случае материал будет более прочным, во втором — более хрупким.

Средняя цена по России в 2021 году

Стоимость стали 40х зависит от размера горячекатаного круга:

  • От 52-100 мм — 36 руб. за 1 кг.
  • От 105-200 мм — 35 руб. за 1 кг.
  • От 210-290 мм — 34 руб. за 1 кг.
  • От 310-500 мм — 55 руб. за 1 кг.

Расшифровка

Название «Сталь 40х» расшифровывается очень просто. Цифры означают содержание углерода в составе продукта (в процентном соотношении до 0,40%). Тогда как буква «Х» говорит о присутствии хрома (используется как дополнительное легирующее вещество) — его содержание не превышает 1,1%.

Где применяется?

Сталь 40х широко используется в машиностроительных отраслях для производства высокопрочных металлических изделий/деталей. Вот несколько наглядных примеров области применения:

  • трубы для отопительных систем;
  • роторы/диски для паровых турбин;
  • крепежные элементы;
  • кулачковые/коленчатые валы и др.

Листовую сталь применяют для горячей и холодной штамповки, а также обшивки каркаса. А ещё, эту марку используют для изготовления кухонной утвари, например, ножей для резки фруктов/овощей/мяса, и в области медицины (хирургические скальпели и пр.). Материал считается безопасным для человеческого организма.

Свойства

Различают технологические и физические свойства стали 40х. Подробнее см. ниже.

Технологические

Технологические свойства подразумевают применение и эксплуатацию стальных изделий при соответствующей температуре:

  • Шайбы и гайки — от -40 до +450 градусов.
  • Шпильки — от -40 до +425 градусов.

К отпускной хрупкости металл не склонен.

Физические

Физические свойства определяются согласно ГОСТу 4543-2016. По государственным стандартам регламентированная плотность составляет 7,85 г/см³, и представляет собой типичную величину для конкретной марки.

Зарубежные аналоги

Помимо российских аналогов стали 40х (45Х, 40ХС, 40ХР и др.), существуют также и зарубежные, например:

  • В Германии — 41CrS4, 37Cr4.
  • В США — H51350, G51400.
  • В Китае — 38CrA, 40CrA и др.

Сталь 40х — высокопрочный, выдерживающий практически любые нагрузки и температуры, материал. Его используют для изготовления мелких и крупных металлических деталей/готовых изделий в разных сферах производства:

  • автомобилестроение;
  • медицина;
  • домашний быт и др.

В случае необходимости марку можно заменить отечественными или зарубежными аналогами.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
gmnu-nazarovo.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: