Сталь 40х характеристики применение

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.

Сталь 40х характеристики применение

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%.

Сталь 40х характеристики применение

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.

  Технические характеристики конструкционной стали Ст3

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.

Сталь 40х характеристики применение

Вид поставки

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

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

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.

  Что такое крафт бумага

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.

Сталь марки 40х: характеристики, закалка, госты и применение в промышленности — Станок

18.12.2019

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

Сталь 40х характеристики применение

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%.

Сталь 40х характеристики применение

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.

  Технические характеристики стали 14Х17Н2

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.
Читайте также:  Шиномонтаж дома своими руками

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.

Сталь 40х характеристики применение

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.

  Технические характеристики углеродистой стали 45

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.

Игорь

Дата: 09.09.2019

  • Рейтинг статьи:

Характеристики стали 40Х

По своим характеристикам сталь 40Х относится к группе среднеуглеродистых конструкционных легированных сталей. Выделяется среди других хорошей способностью к термической обработке.

Входит в число наиболее популярных марок металла, используемых в различных узлах машиностроительного оборудования, где необходима повышенная износостойкость.

Обладает высокой стойкостью к коррозии благодаря повышенному содержанию хрома.

Сталь 40х характеристики применение

Характеристики

Эксплуатационные параметры для стали 40Х определяются в странах СНГ требованиями межгосударственного ГОСТ 4543-2016. В указанном стандарте также представлен состав химических элементов других её модифицированных разновидностей: 40ХПМА, 40ХМФА, 40ХФР, 40XHМА, 40XH2МА, 40ХПНМ, 40ХГТР. Данные справы очень похожи и незначительно отличаются между собой по химическому составу.

Химический состав

Рассмотрим, из чего состоит 40Х. Перечень её компонентов, можно сказать, является основой для создания других подобных сплавов. Вместе с тем, в стандарте ГОСТ 4543-2016 чётко определено следующее процентное содержание химических элементов:

  • углерод, % — от 0.36 до 0.44;
  • кремний, % — от 0.17 до 0.37;
  • марганец, % — от 0.50 до 0.60;
  • хром, % — от 0.80 до 1.10.

Хром здесь является главным легирующим элементом. Он наделяет сплав антикоррозийными свойствами, соответствующей прочностью и твёрдостью. Как видно из состава, его доля вирируется от 0.8 до 1.1 %, от общей массы.

Cстандартом допускается небольшое количество: вольфрама (до 0.20 %), молибден (до 0.11 %) и ванадий (до 0.05 %), которые не считаются легирующими металлами, так как не влияют на основные эксплуатационные характеристики. Также в ней может находиться в виде остаточных примесей до 0.03 % титана.

В приведённый выше состав также могут входить следующие остаточные элементы, наличие которых вызвано особенностями металлургического производства (данные, приведённые ниже, соответствуют стали обыкновенного качества):

  • cера, %  – не более 0.035;
  • фосфор, % – не выше 0.025;
  • медь, % – не более 0.30;
  • никель, % – не выше 0.30.

По согласованию с заказчиком процентное содержание никеля и меди допускается не указывать.

Физико-механические характеристики

Соответствуют образцам после горячей прокатки или ковки (при комнатной температуре):

  • плотность, кг/м3 – 7850:
  • предел прочности при растяжении, МПа – 610;
  • предел текучести, МПа – 480;
  • относительное удлинение при растяжении – 0,30…0,45  (диапазон показателей связан с ассортиментом прокатной продукции: меньшие значения соответствуют образцам после листовой прокатки);
  • модуль упругости (Юнга), ГПа – 2140;
  • ударная вязкость, Дж/см2 – 160;
  • твёрдость по Бринеллю, НВ – не более 217 МПа;
  • коэффициент температурного расширения (при 20 до 2000С) — 11,8×10-6 град -1.

При использовании готовых изделий в условиях знакопеременных и пульсирующих нагрузок определяется также предел выносливости стали, который составляет 240 МПа.

Условия производства

40Х доступна для массовой выплавки следующими способами: кислородно-конвертерным, мартеновским, а также в электрических дуговых или индукционных печах.

При небольших партиях выпуска металла повышенного качества используют методы электрошлакового или плазменно-дугового переплава.

Изготовленный таким образом металл характеризуется боле жёсткими допусками на содержание вредных металлургических примесей.

Термообработка

40Х отличается хорошей прокаливаемостью, которая полностью определяется режимами термической обработки. В зависимости от последующего применения готовых изделий используют:

  • закалку при 850 0С в масле, с последующим высоким отпуском (конечная твёрдость – до 240…250 НВ);
  • закалку при 850 0С в масле или воде, с последующим низким отпуском (конечная твёрдость – до 510…520 НВ);
  • Нормализацию на твёрдость 170…220 НВ.

Для изготовления деталей зубчатых передач может быть применена закалка ТВЧ на твёрдость 58…60 HRC, однако после струйной закалки в воде или солевых растворах хрупкость металла резко возрастает, поэтому далее проводят отпуск до 53…56 HRC.

Технологические свойства

40Х считается относительно хрупкой, поэтому рекомендуется строго придерживаться температурно-временного диапазона отпуска. Хорошо поддаётся ковке на прессах или молотах, нагрев заготовок под ковку составляет 720…7600С. При этом, перегрев сопровождается ростом размера зёрна и увеличением вероятности появления трещин при деформации.

Теплостойкость неудовлетворительна, при 150…2000С на поверхности начинает формироваться тонкая плёнка окалины из окиси железа. В результате изделия быстро ржавеют, а их применение в движущихся частях и деталях машин сопровождается резким ростом коэффициента трения.

Читайте также:  Кузнечные молоты: пневматические, гидравлические, устройство, схемы

Дополнительная обработка

Полученная при производстве сталь поступает на продажу в виде сортового проката, листов, прутов и. др. Изделия из неё, для повышения соответствующих качеств, подвергаются последующей обработке. Таким образом, при производстве готовой продукции, увеличивают её прочность и износостойкость.

Например, в зависимости от сферы дальнейшего применения, изделия из 40Х могут проходить дополнительную химико-термическую обработку (цементацию) и поверхностную закалку. С помощью процедур имплантации ионов азота на поверхностности металла получают азотированный слой толщиной до 200 мкм, благодаря которому износостойкость изготовленной продукции увеличивается в разы.

Требования к дальнейшей обработке, в этом случае, многократно возрастают, а стоимость производства увеличивается.

Маркировка

В соответствии с ГОСТ 4543-2016 в начале обозначения марки стали приводят среднее количество углерода (в десятых долях процента, т.е., 40), а затем буквенное обозначение хрома Х – единственного легирующего элемента. Дополнительно, по требованию заказчика, в конце маркировки может быть указан способ выплавки.

Аналоги

40Х – весьма распространённая по своим характеристикам. Наиболее известны следующие её зарубежные аналоги:

  • США, Канада – 5140, G51400$
  • Евросоюз – 1.7035, 37Cr4, 41Cr4;
  • Япония – SCr440;
  • КНР – 40Cr, 40CrA.

Технические требования устанавливаются национальными стандартами и стандартами DIN.

Сталь 40х характеристики применение

Применение

Из-за низкой теплостойкости и твёрдости в качестве охотничьих или бытовых ножей 40Х не используется. Однако находит широкое применение при изготовлении метательных ножей и дротиков.

Поскольку этот вид инструмента характеризуется особенной формой заточки кромки, имеет значение высокая прочность материала и его способность хорошо противостоять ударным нагрузкам.

Кроме того, она легко полируется, поэтому изделия могут быть оперативно восстановлены до своего прежнего состояния.

На предприятиях российской промышленности из данной стали производят валы, оси, зубчатые колёса и шестерни, и другую продукцию аналогичного назначения.

Сталь 40х: характеристики, применение, таблица с маркировкой и расшифровкой

Согласно нормативным документам в обозначение стали входят буквы и цифры, которые указывают примерный химический состав сплава.

Первые цифры в записи у низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей показывают количество углерода в сотых долях процента. Буквы обозначают легирующие добавки, входящие в материал. Их содержание указывается числом, следующим за буквенным обозначением.

При концентрации элемента менее 1 % число отсутствует. Так, в стали 40Х содержится 0,4 % углерода и менее 1 % хрома.

Химический состав стали

Сталью называют сплав железа с углеродом концентрацией не более 2,14 %. 40Х относится к качественным углеродистым конструкционным сталям. Кроме углерода в сплав входят легирующие добавки и вредные примеси.

Fe, % C, % Si, % Mn, % Ni, % S, % P, % Cr, % Cu, %
Около 97 0,36 – 0,44 0,17 – 0,37 0,50 – 0,80 Не более 0,30 Не более 0,035 Не более 0,035 0,80 – 1,10 Не более 0,30

Химические элементы в стали по-разному влияют на её свойства:

  • Железо является основой любой стали и образует кристаллическую решетку, в которой растворяется углерод и другие химические элементы;
  • Углерод проникает между атомами решетки железа и повышает прочностные свойства стали (твёрдость, предел текучести, предел прочности), понижая пластичность;
  • Кремний и марганец вводятся при выплавке для раскисления стали. Они связывают атомы кислорода и образуют лёгкие оксиды, всплывающие на поверхность расплава в виде шлака;
  • Никель способствует росту прочности и вязкости стали, снижает склонность к хрупкому разрушению;
  • Сера и фосфор являются вредными примесями, попадающими в расплав из руды. Они повышают хрупкость металла и снижают сопротивление коррозии;
  • Хром в составе стали образует твёрдые карбидные частицы, в результате чего улучшаются её прочностные свойства, но ухудшается пластичность;
  • Медь попадает в сплав из руды и стального лома. Она не образует химических соединений и твёрдых растворов с железом, поэтому присутствие более 1 % этого элемента нежелательно.

Все легирующие добавки повышают прокаливаемость стали, то есть максимальную глубину проникновения упрочнённой зоны при закалке.

Физические и механические свойства сплава

40Х является среднеуглеродистой сталью и чаще всего применяется после закалки и высокого отпуска. В этом состоянии структура стали состоит из мелких однородных частиц.

Такая термическая обработка называется улучшением, так как обеспечивает сочетание высоких прочностных свойств с вязкостью и пластичностью.

После закалки в масло с температуры 860 ℃ и отпуска при 500 – 800 ℃ поковки из стали 40Х обладают следующими свойствами.

Прочностные характеристика
Временное сопротивление σв, МПа 655
Предел текучести σ0,2, МПа 490
Твёрдость по Бринеллю HB 212 – 248
Пластические характеристики
Относительное удлинение δ, % 15
Ударная вязкость KCU, Дж/см2 59

Для повышения прочностных свойств уменьшают температуру отпуска стали. Отпуск при 200 ℃ позволяет увеличить предел текучести до 1560 МПа, предел прочности до 1760 МПа, твёрдость до 552 HB, при этом произойдёт снижение ударной вязкости до 29 Дж/см2. 

Сталь трудно поддаётся сварке, склонна к образованию хрупких мартенситных структур в зоне термического влияния сварного шва.

Получение качественного соединения при ручной электродуговой и электрошлаковой сварке возможно при использовании дополнительного источника нагрева.

Для снижения остаточных напряжений требуется термическая обработка швов. Точечная контактная сварка может производиться без подогрева.

Области применения стали 40Х

40Х относится к конструкционным сталям и применяется в производстве деталей машин и станков, крепежных элементов.

Высокая прочность в сочетании с достаточной пластичностью позволяют изготавливать детали сложной конфигурации, подвергающиеся повышенным нагрузкам: шестерни, коленчатые валы, зубчатые рейки.

Сталь 40Х целесообразно применять для изготовления цилиндрических деталей (валов, шпинделей, штоков, плунжеров, болтов, осей) с диаметром не более 20 мм. Этот параметр ограничивается глубиной прокаливаемости сплава.

Сталь 40Х показывает хорошие свойства при обработке давлением, поэтому её применяют для изготовления деталей штамповкой, ковкой, прокаткой. ГОСТ регламентирует трубы и различный листовой и фасонный прокат из 40Х.

Сталь 40Х — характеристики и применение

По данным различных инженерных справочников, в мире существуют несколько сотен марок сталей. Стальной сплав — это материал в основе которого лежит сплав железа и углерода. Для формирования различных свойств в состав сплава добавляют различные химические вещества.

Одни добавки усиливают прочностные характеристики, другие стойкость к износу или коррозии. Благодаря хрому добавленному в расплав характеристики 40Х увеличивают способность стали к термическому упрочнению, стойкость к воздействию корродирующих факторов и абразивному износу.

Расшифровка стали 40Х

Марку 40Х, относят к конструкционным, легированным. В результате того, что в состав стали может входить от 0.36 и 0.44% углерода и от 0.8 и до 1.1% хрома, она становится трудно свариваемой.

То есть, для получения качественного шва необходимо выполнить ряд дополнительных технологических операций. Перед тем как начать сварку, кромки деталей необходимо подогреть до 300 ºC.

После того как шов получен, надо выполнить отжиг.

Полный состав 40Х:

С(углерод) Si(кремний) Mn(марганец) Ni(никель) S(сера) P(фосфор) Cr(хром) Cu(медь)
0,36-0,44 0,17-0,37 0,5-0,8 до 0,3 до 0,035 до 0,035 0,8-1,1 до 0,3

Химический состав стали 40Х позволяет ее применять для производства деталей с высокими параметрами прочности. К этим деталям относят:

Аналоги

Кстати, при выборе прутка из стали 40Х в качестве основного материала, проектировщик должен помнить о том, что существует возможность применения отечественных аналогов, таких как — 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР. Среди сталей, производимых за рубежом, существуют следующие аналоги как:

  • 37Cr4, 41Cr4, 41CrS4 — Германия;
  • 35Cr, 38CrA, 40Cr, 40CrA — КНР.

Гост 4543-71

При производстве стали изготовители руководствуются нормами ГОСТ 4543-71. Он определяет технические условия на прокат из легированной конструкционной стали. Его нормы распространяются на такие виды проката, как слитки, поковки и пр.

ГОСТ 4543-71 даёт чёткую классификацию конструкционных легированных сталей. В соответствии с ней сталь марки 40Х относится к группе хромистых сталей.

В этом же документе определены параметры качества, то есть, определяет максимально допустимое количество примесей, которые влияют на технические характеристики конструкционной легированной стали. К таким примесям относят серу, фосфор, медь и некоторые другие.

Читайте также:  Нагрузочный трансформатор своими руками

Кстати, в этом же документе определены режимы термической обработки проката.

Термическая обработка стали 40Х

Одной из ключевых характеристик металла является твёрдость, то есть, способность сопротивляться внедрению в него других, более твёрдых материалов. От уровня твердости зависит возможность применения металла при производстве тех или иных деталей машин и механизмов.

Твердость металла оказывает непосредственное влияние на:

  • Стойкость к износу и ряда других.

Инженер-технолог, подбирая режимы обработки металла из стали 40Х, руководствуется, в том числе и параметрами твёрдости. Для изменения параметра твердости используют термическую обработку.

Кроме того, она необходима для улучшения механических свойств как отдельных деталей, так и конструкции в целом. В состоянии поставки твердость стали 40Х составляет 217 Мпа — по Бринелю. Для её повышения, применяют разные методы термической обработки.

В частности, для 40Х используют следующие способы закалки с применением:

  • единственного хладагента;

Первый способ подразумевает под собой то, что будет использоваться один тип охладителя (вода, масло и пр.).

Второй, предполагает, то, что после охлаждения заготовки в воде, ее отправляют в масло.

Третий метод основан на том, что на разогретую часть детали, направляют струю охладителя (масло, вода). Этот способ применяют в том случае, если возникает потребность в закалке определённой части детали, например, венца зубчатого колеса. Кроме того, такая технология отличается тем, что в процессе обработки не возникает «паровая» рубашка и это положительно сказывается на качестве закалки.

В процессе термической обработки возникают проблемы защиты детали от дефектов, которые могут появиться после того, как появилась окалина (следствие воздействия кислорода) или выгорания углерода.

Для предотвращения этого камеру, в которой происходит нагрев заготовки, насыщают газом, являющейся продуктом сгорания метана.

На самом деле защита заготовки от воздействия атмосферного кислорода — это важная задача.

Кстати, термическую обработку изделий, выполненных из стали марки 40Х, лучше всего проводить в герметически закрытой печи. Иногда, для изоляции детали от воздействия посторонних факторов во время обработки в печи применяют чугунную стружку. То есть заготовку обкладывают чугунной стружкой или крошкой.

Применение стали 40Х в промышленности и быту

Как уже отмечалось выше, 40Х относят к легированным, конструкционным материалам. Именно это позволяет её использовать в автомобильной промышленности, так из неё производят карбюраторные иглы, пружинные изделия и пр.

Кроме того, из этого материала производят поковки и детали трубопроводной арматуры. Но необходимо помнить о том, что все эти детали должны пройти термическую обработку. В частности, их закаливают в масле, и в нем же отпускают.

В машиностроении сталь 40Х применяют для производства технологической оснастки, в том числе и измерительной, детали компрессоров и многое другое.

Сталь 40Х и её заменители нашли своё применение в быту. В частности, из неё производят кухонную утварь, в частности, ножи. Они легко затачиваются, не подвержены коррозии. Ножи, выполненные из этого материала, могут быть использованы при разделке любых продуктов — мяса, птицы, овощей, фруктов. Можно смело утверждать, что сталь 40Х безвредна для человеческого организма.

Именно это позволяет применять сталь марки 40Х и её производные для изготовления медицинского инструмента, к примеру, медицинских скальпелей и прочего хирургического инструмента.

Но, кроме ряда неоспоримых достоинств, сталь 40Х обладает и рядом технологических недостатков. Так, этот материал обладает невысокой стойкостью к воздействию агрессивных сред и высоким температурам.

Для получения деталей разной формы применяют различные методы металлообработки, в том числе — точение, фрезерование, шлифование. Сталь 40Х можно отнести к материалам, которые не требуют для обработки какого-либо специального инструмента.

Марка стали 40х: состав, характеристики, свойства, производство, изготовление

Расшифровка:

  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.

Обозначения

Название Значение
Обозначение ГОСТ кириллица 40
Обозначение ГОСТ латиница 40
Транслит 40
По химическим элементам 40
Название Значение
Обозначение ГОСТ кириллица 40А
Обозначение ГОСТ латиница 40A
Транслит 40A
По химическим элементам 40

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.

Медь ( Instagram / an_drei8047)

Химический состав

Стандарт C S P Mn Si Fe
TУ 1333-003-76886532-2014 0.37-0.45 ≤0.04 ≤0.04 0.45-0.9 0.2-0.52 Остаток

Fe — основа. Массовая доля содержания S и P указана для 1 группы отливок из основной стали. Содержание серы и фосфора в отливках 2 и 3 групп, в кислой и основной мартеновской стали — см.

таблицу 4а в ГОСТ 977-88.

Характеристики и свойства стали марки 40х

Механические свойства:

  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%.

Механические характеристики

Сечение, мм sТ|s0,2, МПа σB, МПа d5, % y, % кДж/м2, кДж/м2 Твёрдость по Бринеллю, МПа
Отливки. Закалка с 860-880 °С + отпуск при 600-630 °С
100 ≥343 ≥540 ≥14 ≥20 ≥294
Отливки. Нормализация при 860-880 °C + отпуск при 600-630 °C
100 ≥294 ≥520 ≥14 ≥25 ≥294 146-173

Производство стали марки 40х

Этапы:

  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 ( Instagram / gravceh)

Стандарты

Название Код Стандарты
Отливки стальные В82
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector