. Сталь 40х. Ее описание и сфера применения
Сталь 40х. Ее описание и сфера применения

Сталь 40х. Ее описание и сфера применения

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.

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.

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:

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:

  • G51400, H51350 — США;
  • 37Cr4, 41Cr4, 41CrS4 — Германия;
  • 35Cr, 38CrA, 40Cr, 40CrA — КНР.

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.

Конструкционная легированная сталь 40Х

Стали заменители
  • 45Х,
  • 38ХА,
  • 40ХН,
  • 40ХС,
  • 40ХФ,
  • 40ХР.
Иностранные аналоги Германия DINМарка41 Cr 4, 41 Cr S4Номер1.7035, 1.7039США (AISI, SAE, ASTM)5140, 5140HФранция (AFNOR)41Cr4, 42С4Великобритания (BS)530A40, 530H40, 530M40Швеция (SS)2245Италия UNI41Cr4, 41Cr4KBЯпония JISSCr435-H, Scr440Польша (PN/H)40H

ВАЖНО. Возможность замены определяется в каждом конкретном случае после оценки и сравнения свойств сталей

Вид поставки
  • Cортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543—71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, 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 103-76, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 82-70.
  • Поковки ГОСТ 8479-70.
  • Трубы ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 13663-86
Описание и применение

Сталь 40Х относится к конструкционным легированным сталям и применяется для изготовления следующих деталей:

  • оси,
  • валы,
  • вал-шестерни,
  • плунжеры,
  • штоки,
  • коленчатые и кулачковые валы,
  • кольца,
  • шпиндели,
  • оправки,
  • рейки,
  • зубчатые венцы, болты,
  • полуоси,
  • втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.
Расшифровка стали 40Х

Число 40 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 40Х равно 0,4%. Буква Х указывает среднее содержания хрома до 1,5%.

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71) C, углеродMn, марганецSi, кремнийP, фосфорS, сераCr, хромNi, никельCu, медьAs, мышьяк0,36-0,440,5-0,80,17-0,37не более 0,25не более 0,04не более 0,035не более 0,25не более 0,25не более 0,08 Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016) Марка сталиМассовая доля элементов, %CSiMnCrNiMoAlTiVB40Х0,36-0,440,17-0,370,50-0,800,80-1,10——————
  1. В стали 40Х допускается массовая доля остаточных элементов, не более: вольфрама — 0,20 %, молибдена — 0,11 %, ванадия — 0,05 % и остаточного или преднамеренно введенного титана (за исключением стали марок, перечисленных в примечании 1 настоящей таблицы) — не более 0,03 %.
  2. Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 ГОСТ 4543-2016.
Твердость по Бринелю ГОСТ 4543-2016

Твердость по Бринеллю металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), диаметром или толщиной свыше 5 мм должна соответствовать нормам, указанным в таблице

Марка сталиТвердость НВ, не более40Х217

Примечание: Согласно ГОСТ 4543-71 твердость калиброванного проката в отожженном или высокоотпущенном состоянии, а также горячекатаного проката в нормализованном с последующим высоким отпуском состоянии может быть на 15 единиц НВ больше.

Свариваемость

Трудносвариваемая. Способы сварки:

  • РДС (ручная дуговая сварка), ЭШС (электрошлаковая сварка). Необходимы подогрев и последующая термообработка.
  • КТС (контактная сварка) — необходима последующая термообработка.
Применение стали 40Х для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015) Марка сталиНД на поставкуТемпература рабочей среды (стенки), °СДополнительные указания по применению40Х ГОСТ 4543Поковки ГОСТ 8479. Сортовой прокат ГОСТ 4543От -40 до 450Для несварных узлов арматуры с обязательным проведением термообработки (закалка и высокий отпуск) при температуре рабочей среды (стенки) ниже минус 30°С до минус 40°С Применение стали 40Х для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)

Допускается применять крепежные изделия из сталей марки 40Х при температурах ниже минус 40°С до минус 60°С, если при испытании на ударный изгиб образцов типа 11 по ГОСТ 9454 при рабочих отрицательных температурах ударная вязкость не будет ниже 300 кДж/м (3 кгс·м/см ) ни на одном из испытуемых образцов.

Применение стали для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015) Марка сталиНД на поставкуТемпература рабочей среды, °СДополнительные указания по применению40Х ГОСТ 4543Сортовой прокат ГОСТ 4543, ГОСТ 1051От -40 до 450Применяются после улучшающей термообработки (закалка и высокий отпуск) Применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур Марка сталиЗакалка + отпуск при температуре, °СПримерный уровень прочности, Н/мм (кгс/мм2)Температура применения не ниже, °СИспользование в толщине не более, мм40Х5001000(100)-6030 Стойкость стали 40Х против щелевой эрозии Группа стойкостиБаллЭрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10TПониженной стойкости40,15-0,25 Применение стали 40Х для изготовления основных деталей арматуры атомных станций Марка сталиВид полуфабриката или изделияМаксимально допустимая температура применения, °С40Х ГОСТ 4543Поковки. Крепеж500 Технологические свойства
  • Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
  • Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,2 иKv б.ст = 0,95 в горячекатаном состоянии приHB163-168 и σв = 610 МПа.
  • Флокеночувствительность — чувствительна.
  • Склонность к отпускной хрупкости — склонна.
Механические свойства стали 40Х по ГОСТ 4543-2516

Механические свойства металлопродукции, определяемые при температуре 20°С (-10/+15°С) на продольных термически обработанных образцах или образцах, изготовленных из термически обработанных заготовок, должны соответствовать нормам, указанным в таблице

Режим термической обработкиЗакалкаТемпература, °С860Среда охлажденияМаслоОтпускТемпература, °С500Среда охлажденияВода или маслоМеханические свойства, не менееПредел текучести σт, Н/мм2785Временное сопротивление σв, Н/мм2980Относительное удлинение δ5, %10Относительное сужение Ψ, %45Ударная вязкость KCU, Дж/см259Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм25 Механические свойства по ГОСТ 4543-71 при нормальной температуре

Предел текучести σт, Н/мм2 (кгс/мм2), не менее — 785(80); Временное сопротивление σв, Н/мм2 (кгс/мм2), не менее — 980(100); Относительное удлинение δ5, %, не менее — 10; Относительное сужение Ψ, %, не менее- 45; Ударная вязкость KCU, Дж/см2 (кгс*м/см2), не менее — 59(6);

Ударная вязкость KCU ТермообработкаKCU , Дж/см2, при температуре, °С+20-20-40-70Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 650 °С16014810785Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 580 °С9182—54 Механические свойства ГОСТСостояние поставкиСечение, ммКПσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %KCU, Дж/см2Твердость HB, не болеене менееГОСТ 4543-71Пруток. Закалка с 860 °С в масле, отпуск при 500 °С, охл. в воде или в масле25—780980104559—ГОСТ 8479-70Поковка:нормализация500-800245245470153034143-179300-500275275530153229156-197закалка+отпуск500-800275275530133029156-197нормализацияДо 100315315570173839167-207100-300143534закалка+отпуск300-500315315570123029167-207500-800113029нормализацияДо 100345345590184559174-217100-300345174054закалка+отпуск300-500143849До 100395395615174559187-229100-300154054300-500133549До 100440440635164559197-235100-300144054До 100490490655164559212-248100-300134054 Механические свойства в зависимости от сечения Сечение, ммσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %KCU, Дж/см2Твердость НВ101-200490655154559212-248201-300440635144054197-235301-500345590143849174-217

Примечание: Закалка с 840-860 °С в масле; отпуск при 580-650 °С, охл. на воздухе.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска tотп. °Сσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %KCU, Дж/см2Твердость HB20015601760835295523001390161083520498400118013209404941750091011501149693266007208601460147265

Примечание: Закалка с 850 °С в воде.

Механические свойств при повышенных температурах tисп. °Сσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %KCU, Дж/см2Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 550 °С20070088015421183006808701758—400610690186898500430490218078Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, кованый и отожженный; скорость деформирования 5 мм/мин; скорость деформации 0,002 1/с7001401753378—80054985998—900416965100—1000244368100—1100112668100—1200112470100— Термообработка ГОСТ 4543-71

Примечание: Размер сечения заготовки для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм, не менее — 25.

Критический диаметр d после закалки в различных средах Критическая твердость HRC3Количество мартенсита, %d, мм, после закалкив водев масле43-465038-7616-4849-539023-586-35 Температура критических точек, °С Ас1Ас3Аr3Аr1Mн743815730693325 Предел выносливости Характеристики прочностиσ-1, МПа?-1, МПаnσв = 690 МПа363—106σв = 940 МПа470—106σв = 960 МПа,σ0,2 = 870 МПа509——σв = 690 МПа3332405 * 106Закалка с 860 °С в масле, отпуск при 550 °С372—— Физические свойства Плотность ρ кг/см3 при температуре испытаний, °С Сталь2020050040Х785078007650 Удельное электросопротивление ρ нОм*м, при температуре испытаний °С Сталь2010020030040050060070080090040Х27832440555571788011001330—— Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С Сталь2010020030040050060070080090040Х414038363433313027— Коэффициент линейного расширения α*106, К-1, при температуре испытаний, °С 20-10020-20020-30020-40020-50020-60020-70020-80020-90020-100011,812,213,213,714,114,614,812,0—— Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С 20-10020-20020-30020-40020-50020-60020-70020-80020-90020-1000466508529563592622634664—— Модуль нормальной упругости Е, ГПа, при температуре испытаний, °С Сталь2010020030040050060070080090040Х214211206203185176164143132— Модуль упругости при сдвиге на кручением G, ГПа, при температуре испытаний °С Сталь2010020030040050060070080090040Х858381787168635550— Узнать еще

Рессорно-пружинная сталь 65

Сталь 30ХГСА — конструкционная легированная…

Сталь 50(50А) — конструкционная углеродистая…

Сталь 35Х конструкционная легированная…

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.

Сталь 40х. Ее описание и сфера применения

Сталь является одним из самых важных конструкционных металлов. Она нашла широчайшее применение в строительстве, машиностроении, а также многих других отраслях. У этого металла много самых разных марок, и все они отличаются друг от друга характеристиками. Сталь 40х – конструкционная легированная марка этого материала. И здесь мы о ней поговорим подробнее.

Кроме обычных примесей, в марке 40х содержится определенное количество элементов, которые специально вводятся. Благодаря этому обеспечиваются особенные свойства. Здесь, как легирующий элемент, применяется хром. Именно из-за него в маркировке стали присутствует буква Х.

В данной стали есть особенность – это трудная свариваемость. В связи с этим сталь 40х в процессе сварки подвергается нагреву до 300оС, а после нее – термической обработке. Кроме этой особенности, имеется склонность к отпускной способности, а еще флокеночувствиетльность.

Сталь 40х характеристики имеет следующие:

– удлинение относительное – 13-17%;

– ударная вязкость – до 800 кДж/кв. метр;

– предел прочности – до 900 МПа.

Есть и другие особенности, характерные для этой марки стали:

– предел выносливости достаточно высокий;

– возможность проводить обработку способом резания, путем сваривания или под давлением;

– стойкость к короблению и обезуглероживанию при термовоздействии.

Для всех подобных материалов это самые важные свойства. Именно они позволяют применять сталь 40х в машиностроительной отрасли.

При ковке стали этой марки температура в начале процесса составляет 1250 оС, а в конце – 800 оС.

Очень часто эта сталь находит применение при изготовлении улучшаемых деталей, которые отличаются повышенной прочностью. Это такие изделия, как плунжеры, шпиндели, оси, валы, кольца, вал-шестерни, коленчатые и кулачковые валы, болты, полуоси, рейки, втулки, губчатые венцы, оправки и другие нужные детали.

Сталь 40 широко применяется для изготовления метчиков, сверл, напильников. Как видите, это все инструменты, которыми приходится работать при небольшой скорости, а температура нагрева составляет не больше 2000 градусов. Эти изделия представляют собой прутки, у которых круговое поперечное сечение. Изготавливаются они согласно ГОСТу 5950-2000.

В случае если нужна сталь, обладающая устойчивостью к коррозии, нужно обратить внимание на марку 40х13. Это нержавеющая коррозийно-стойкая сталь. Устойчивость к коррозии она приобретает после закалки, ведь при этом полностью растворяется карбид. Сталь 40х13 производится в индукционных печах, а также открытого дугового типа. Полученный материал прекрасно деформируется при температуре 850-1100 оС. А чтобы не было трещин, нагрев и последующее охлаждение нужно проводить медленно.

Напоследок стоит дать рекомендацию покупателям. Лучше всего сталь 40х, а также изделия из нее покупать у заводов-изготовителей напрямую. Здесь всегда стоимость будет без наценок, ведь вы «обходите» посредников. Также изделия могут быть изготовлены по заказанным вами параметрам. Кроме того, заводы часто предлагают скидки оптовым покупателям, а также есть гарантия качественности товара. А в случае брака вы будете знать, к кому обращаться.

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.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎