Який гостин стали 40х
Зміст:
- 1 Сталь 40Х – характеристики и применение
- 2 Конструкционная легированная сталь 40Х
- 2.0.1 Расшифровка стали 40Х
- 2.0.2 Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)
- 2.0.3 Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)
- 2.0.4 Твердость по Бринелю ГОСТ 4543-2016
- 2.0.5 Свариваемость
- 2.0.6 Применение стали 40Х для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)
- 2.0.7 Применение стали 40Х для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)
- 2.0.8 Применение стали для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)
- 2.0.9 Применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур
- 2.0.10 Стойкость стали 40Х против щелевой эрозии
- 2.0.11 Применение стали 40Х для изготовления основных деталей арматуры атомных станций
- 2.0.12 Технологические свойства
- 2.0.13 Механические свойства стали 40Х по ГОСТ 4543-2516
- 2.0.14 Механические свойства по ГОСТ 4543-71 при нормальной температуре
- 2.0.15 Ударная вязкость KCU
- 2.0.16 Механические свойства
- 2.0.17 Механические свойства в зависимости от сечения
- 2.0.18 Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
- 2.0.19 Механические свойств при повышенных температурах
- 2.0.20 Термообработка ГОСТ 4543-71
- 2.0.21 Критический диаметр d после закалки в различных средах
- 2.0.22 Температура критических точек, °С
- 2.0.23 Предел выносливости
- 2.0.24 Физические свойства
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:
Химический состав стали 40Х позволяет ее применять для производства деталей с высокими параметрами прочности. К этим деталям относят:
- валы механизмов;
- оси;
- шпиндели;
- зубчатые венцы и пр.
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.
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.
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:
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;
- двух хладагентов;
- струи охладителя;
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.
Конструкционная легированная сталь 40Х
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, углерод | Mn, марганец | Si, кремний | P, фосфор | S, сера | Cr, хром | Ni, никель | Cu, медь | As, мышьяк |
0,36-0,44 | 0,5-0,8 | 0,17-0,37 | не более 0,25 | не более 0,04 | не более 0,035 | не более 0,25 | не более 0,25 | не более 0,08 |
Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)
Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||||||
C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Al | Ti | V | B | |
40Х | 0,36-0,44 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,80-1,10 | — | — | — | — | — | — |
- 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 %. - 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
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 стали | НД на поставку | Температура рабочей среды (стенки), °С | Дополнительные указания по применению |
40Х ГОСТ 4543 | Поковки ГОСТ 8479. Сортовой прокат ГОСТ 4543 | От -40 до 450 | Для 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 стали | НД на поставку | Температура рабочей среды, °С | Дополнительные указания по применению |
40Х ГОСТ 4543 | Сортовой прокат ГОСТ 4543, ГОСТ 1051 | От -40 до 450 | Применяются 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 стали | Закалка + отпуск при температуре, °С | Примерный уровень прочности, Н/мм (кгс/мм 2 ) | Температура применения не ниже, °С | Использование в толщине не более, мм |
40Х | 500 | 1000(100) | -60 | 30 |
Стойкость стали 40Х против щелевой эрозии
Группа стойкости | Балл | Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T |
Пониженной стойкости | 4 | 0,15-0,25 |
Применение стали 40Х для изготовления основных деталей арматуры атомных станций
Марка стали | Вид полуфабриката или изделия | Максимально допустимая температура применения, °С |
40Х ГОСТ 4543 | Поковки. Крепеж | 500 |
Технологические свойства
- Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
- Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,2 и Kv б.ст = 0,95 в горячекатаном состоянии при HB 163-168 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 обработки | Закалка | Температура, °С | 860 |
Среда охлаждения | Масло | ||
Отпуск | Температура, °С | 500 | |
Среда охлаждения | Вода или масло | ||
Механические свойства, не менее | Предел текучести σт, Н/мм 2 | 785 | |
Временное сопротивление σв, Н/мм 2 | 980 | ||
Относительное удлинение δ5, % | 10 | ||
Относительное сужение Ψ, % | 45 | ||
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 | 59 | ||
Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм | 25 |
Механические свойства по ГОСТ 4543-71 при нормальной температуре
- Предел текучести σт, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 785(80);
- Временное сопротивление σв, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 980(100);
- Относительное удлинение δ5, %, не менее — 10;
- Относительное сужение Ψ, %, не менее- 45;
- Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 (кгс*м/см 2 ), не менее — 59(6);
Ударная вязкость KCU
Термообработка | KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С | |||
+20 | -20 | -40 | -70 | |
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 650 °С | 160 | 148 | 107 | 85 |
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 580 °С | 91 | 82 | — | 54 |
Механические свойства
ГОСТ | Состояние поставки | Сечение, мм | КП | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB, не более |
не менее | |||||||||
ГОСТ 4543-71 | Пруток. Закалка с 860 °С в масле, отпуск при 500 °С, охл. в воде или в масле | 25 | — | 780 | 980 | 10 | 45 | 59 | — |
ГОСТ 8479-70 | Поковка: | ||||||||
нормализация | 500-800 | 245 | 245 | 470 | 15 | 30 | 34 | 143-179 | |
300-500 | 275 | 275 | 530 | 15 | 32 | 29 | 156-197 | ||
закалка+отпуск | 500-800 | 275 | 275 | 530 | 13 | 30 | 29 | 156-197 | |
нормализация | До 100 | 315 | 315 | 570 | 17 | 38 | 39 | 167-207 | |
100-300 | 14 | 35 | 34 | ||||||
закалка+отпуск | 300-500 | 315 | 315 | 570 | 12 | 30 | 29 | 167-207 | |
500-800 | 11 | 30 | 29 | ||||||
нормализация | До 100 | 345 | 345 | 590 | 18 | 45 | 59 | 174-217 | |
100-300 | 345 | 17 | 40 | 54 | |||||
закалка+отпуск | 300-500 | 14 | 38 | 49 | |||||
До 100 | 395 | 395 | 615 | 17 | 45 | 59 | 187-229 | ||
100-300 | 15 | 40 | 54 | ||||||
300-500 | 13 | 35 | 49 | ||||||
До 100 | 440 | 440 | 635 | 16 | 45 | 59 | 197-235 | ||
100-300 | 14 | 40 | 54 | ||||||
До 100 | 490 | 490 | 655 | 16 | 45 | 59 | 212-248 | ||
100-300 | 13 | 40 | 54 |
Механические свойства в зависимости от сечения
Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость НВ |
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 |
Примечание: Закалка с 840-860 °С в масле; отпуск при 580-650 °С, охл. на воздухе.
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
tотп. °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость 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 |
Примечание: Закалка с 850 °С в воде.
Механические свойств при повышенных температурах
tисп. °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 |
Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 550 °С | |||||
200 | 700 | 880 | 15 | 42 | 118 |
300 | 680 | 870 | 17 | 58 | — |
400 | 610 | 690 | 18 | 68 | 98 |
500 | 430 | 490 | 21 | 80 | 78 |
Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, кованый и отожженный; скорость деформирования 5 мм/мин; скорость деформации 0,002 1/с | |||||
700 | 140 | 175 | 33 | 78 | — |
800 | 54 | 98 | 59 | 98 | — |
900 | 41 | 69 | 65 | 100 | — |
1000 | 24 | 43 | 68 | 100 | — |
1100 | 11 | 26 | 68 | 100 | — |
1200 | 11 | 24 | 70 | 100 | — |
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 HRC3 | Количество мартенсита, % | d, мм, после закалки | |
в воде | в масле | ||
43-46 | 50 | 38-76 | 16-48 |
49-53 | 90 | 23-58 | 6-35 |
Температура критических точек, °С
Предел выносливости
Характеристики прочности | σ-1, МПа | ?-1, МПа | n |
σв = 690 МПа | 363 | — | 10 6 |
σв = 940 МПа | 470 | — | 10 6 |
σв = 960 МПа,σ0,2 = 870 МПа | 509 | — | — |
σв = 690 МПа | 333 | 240 | 5 * 10 6 |
Закалка с 860 °С в масле, отпуск при 550 °С | 372 | — | — |
Физические свойства
Плотность ρ кг/см 3 при температуре испытаний, °С
Удельное электросопротивление ρ нОм*м, при температуре испытаний °С
Сталь | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
40Х | 278 | 324 | 405 | 555 | 717 | 880 | 1100 | 1330 | — | — |
Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С
Сталь | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
40Х | 41 | 40 | 38 | 36 | 34 | 33 | 31 | 30 | 27 | — |
Коэффициент линейного расширения α*10 6 , К -1 , при температуре испытаний, °С
20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 |
11,8 | 12,2 | 13,2 | 13,7 | 14,1 | 14,6 | 14,8 | 12,0 | — | — |
Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 |
466 | 508 | 529 | 563 | 592 | 622 | 634 | 664 | — | — |
Модуль нормальной упругости Е, ГПа, при температуре испытаний, °С
Сталь | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
40Х | 214 | 211 | 206 | 203 | 185 | 176 | 164 | 143 | 132 | — |
Модуль упругости при сдвиге на кручением G, ГПа, при температуре испытаний °С
Сталь | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
40Х | 85 | 83 | 81 | 78 | 71 | 68 | 63 | 55 | 50 | — |