«Суровый металл»- сталь 40-х

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:

  • 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.

Это интересно: Сталь С245 — ГОСТ, аналоги, характеристики, расшифровка

Характеристика материала сталь 40Х

Марка стали сталь 40Х
Заменитель стали сталь 45Х, сталь 38ХА, сталь 40ХН,
сталь 40ХС, сталь 40ХФ, сталь 40ХР
Классификация стали Сталь конструкционная легированная ГОСТ 4543-71
В Компании ГП «Стальмаш» Вы можете купить сталь 40Х в следующих видах металлопроката:
круг ст 40Х ГОСТ 2590-2006 (ГОСТ 2590-88) круг (пруток) стальной горячекатаный
круг ст 40Х ГОСТ 7417-75 круг (пруток) калиброванный
шестигранник ст 40Х ГОСТ 2879-2006 (ГОСТ 2879-88) шестигранник горячекатаный
шестигранник ст 40Х ГОСТ 8560-78 шестигранник калиброванный
лист ст 40Х ГОСТ 19903-74 прокат листовой горячекатаный
Применение стали 40Х 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.

Химический состав в % материала сталь 40Х

C Si Mn Ni S P Cr Cu
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

Температура критических точек материала сталь 40Х

Ac1 = 743 , Ac3(Acm) = 782 , Ar3(Arcm) = 730 , Ar1 = 693

Механические свойства при Т=20oС материала сталь 40Х

Сортамент Размер Напр. sT d5 y KCU Термообр.
мм МПа МПа % % кДж / м2
Диск Танг. 570 320 17 35 400
Пруток Ж 28 — 55 Прод. 940 800 13 55 850
Пруток Ж 25 980 785 10 45 590 Закалка 860oC, масло, Отпуск 500oC, вода,
Твердость материала сталь 40Х после отжига , HB 10 -1 = 217 МПа

Физические свойства материала сталь 40Х

T E 10- 5 a 10 6 l r C R 10 9
Град МПа 1/Град Вт/(м·град) кг/м3 Дж/(кг·град) 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
T E 10- 5 a 10 6 l r C R 10 9

Технологические свойства материала сталь 40Х

Свариваемость: трудносвариваемая.
Флокеночувствительность: чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: склонна.

Зарубежные аналоги материала сталь 40ХВнимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.

США Германия Япония Франция Англия Евросоюз Италия Бельгия Испания Китай Швеция Болгария Венгрия Польша Румыния Чехия Австралия Юж.Корея
DIN,WNr JIS AFNOR BS EN UNI NBN UNE GB SS BDS MSZ PN STAS CSN AS KS
5135
5140
5140H
5140RH
G51350
G51400
H51350
H51400
1.7034
1.7035
1.7045
37Cr4
41Cr4
41CrS4
42Cr4
SCr435
SCr435H
SCr440
SCr440H
37Cr4
38C4
38C4FF
41Cr4
42C4
42C4TS
37Cr4
41Cr4
530A36
530A40
530H36
530H40
530M40
37Cr4
37Cr4KD
41Cr4
41Cr4KD
41CrS4
36CrMn4
36CrMn5
37Cr4
38Cr4KB
38CrMn4KB
41Cr4
41Cr4KB
37Cr4
38Cr4
38Cr4DF
41Cr4
41Cr4DF
42Cr4
F.1201
F.1202
F.1210
F.1211
35Cr
38CrA
40Cr
40CrA
40CrH
45Cr
45CrH
ML38CrA
ML40Cr
SCr435
SCr435H
SCr440
SCr440H

Обозначения:

Механические свойства :
— Предел кратковременной прочности ,
sT — Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации),
d5 — Относительное удлинение при разрыве ,
y — Относительное сужение ,
KCU — Ударная вязкость ,
HB — Твердость по Бринеллю ,
Физические свойства :
T — Температура, при которой получены данные свойства ,
E — Модуль упругости первого рода ,
a — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) ,
l — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) ,
r — Плотность материала ,
C — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ),
R — Удельное электросопротивление,
Свариваемость :
без ограничений — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая — сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая — для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг

Марочник стали и сплавов

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.

Химический состав стали

Основные показатели химического состава Стали 40Х оговорены в её маркировке – от 0,36 до 0,44%, а буква Х означает присутствие легирующего элемента – хрома, доля которого в составе от 0,8 до 1,1%. Ниже приведён полный состав:

  • железо (Fe) – до 97%;
  • кремний (Si) – от 0,17 до 0,37%;
  • марганец (Mn) – от 0,5 до 0,8%;
  • никель (Ni) – до 0,3%;
  • сера (S) – до 0,035%;
  • фосфор (P) – до 0,035%;
  • хром (Cr) – от 0,8 до 1,1%;
  • медь (Cu) – lдо 0,3%;

Существующие ГОСТы на Сталь 40Х

Ввиду большого разнообразия существующего проката и заготовок из Стали 40Х, качество и характеристики всего выпускаемого ассортимента регламентируются следующими ГОСТами:

  • круг Саль 40Х ГОСТ 2590-2006 (ГОСТ 2590-88) круг (пруток) стальной горячекатаный;
  • круг Сталь 40Х ГОСТ 7417-75 круг (пруток) калиброванный;
  • круг Сталь 40Х ГОСТ 14955-77 круг (пруток) со специальной отделкой поверхности (серебрянка);
  • шестигранник Сталь 40Х ГОСТ 2879-2006 (ГОСТ 2879-88) шестигранник горячекатаный;
  • шестигранник Сталь 40Х ГОСТ 8560-78 шестигранник калиброванный;
  • лист Сталь 40Х ГОСТ 19903-74 прокат листовой горячекатаный;

Сталь 40Х. Механические свойства

ГОСТ Состояние поставки, режим термообработки Сечение, мм КП σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (кДж / м2) 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: 500-800 245 245 470 15 30 34 143-179
нормализация 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
300-500 14 38 49
закалка, отпуск до 100 395 395 615 17 45 59 187-229
100-300 15 40 54
300-500 13 35 49

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ4 (%) ψ % KCU (кДж / м2) 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 / м2) 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

Механические свойства при повышенных температурах

Температура испытаний, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (кДж / м2)
Закалка 830 °С, масло. Отпуск 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 отожжённый. 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

Предел выносливости

σ-1, МПА J-1, мПа n Состояние стали
363 240 106 σв=690 МПа
470 106 σв=690 МПа
509 5*106 σ0,2=690 МПа, σв=690 МПа
333 σв=690 МПа
372 Закалка 860 °С, масло, отпуск 550 °С

Ударная вязкость Стали 40Х KCU (Дж/см.кв.)

 Т= +20 °С Т= -25 °С Т= -40 °С Т= -70 °С Термообработка
 160 148 107 85 Закалка 850 °С, масло, отпуск 650 °С
91 82 54 Закалка 850 °С, масло, отпуск 580 °С

Прокаливаемость стали по 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/м3) 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

Расшифровка сокращённых обозначений

σв временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа
σ0,05 предел упругости, МПа
σ0,2 предел текучести условный, МПа
δ5, δ4, δ10 относительное удлинение после разрыва, %
σсж0,05 сж предел текучести при сжатии, МПа
ν относительный сдвиг, %
предел кратковременной прочности, МПа
ψ относительное сужение, %
KCU ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2
sT предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа
HB твердость по Бринеллю
HV твердость по Виккерсу
HRCэ твердость по Роквеллу, шкала С
HRB твердость по Роквеллу, шкала В
HSD твердость по Шору
ε относительная осадка при появлении первой трещины, %
предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σизг предел прочности при изгибе, МПа

Образцы продукции из стали 40Х

Ниже приводим образцы некоторой продукции, изготавливаемой нашей организацией из стали 40Х.

Входной вал-шестерня редуктора РМ-650</a>»>

Зубчатые колёса редуктора Ц2У-315Н</a>»>

Выходной вал в виде зубчатой полумуфты редуктора РМ-350</a>»>

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.

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.

Это интересно: Сталь 40х13 — состав, свойства, способы обработки, 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.

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.

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.

:

/5 — голосов

Кол-во блоков: 9 | Общее кол-во символов: 23344
Количество использованных доноров: 6
Информация по каждому донору:

  1. https://www.PromBirga.ru/informaciya/novosti/primenenie-stali-40h-pri-proizvodstve-reduktorov._299.html: использовано 1 блоков из 3, кол-во символов 7207 (31%)
  2. https://tokar.guru/metally/stal/harakteristiki-osobennosti-termoobrabotki-i-primenenie-stali-40h.html: использовано 1 блоков из 7, кол-во символов 542 (2%)
  3. http://yaruse.ru/posts/show/id/406: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 4170 (18%)
  4. http://www.ProfProkat.ru/content/view/203: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 1431 (6%)
  5. https://prompriem.ru/stati/stal-40x.html: использовано 4 блоков из 5, кол-во символов 4223 (18%)
  6. https://svarkaipayka.ru/material/stal/tehnicheskie-harakteristiki-legirovannoy-stali-40h.html: использовано 1 блоков из 3, кол-во символов 5771 (25%)

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка…

Источники: https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/stal-40h.html, http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stk/40X, http://splav-kharkov.com/mat_start.php?name_id=32, https://vse-stali.ru/stal-konstruktsionnaya/legirovannaya-stal-konstruktsionnaya/stal-40h/, http://enginiger.ru/materials/legirovannaya/konstruktsionnaya-legirovannaya-stal-40h/, https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/ctal-40h.html

Елена Алексеева
Елена Алексеева
/ автор статьи
Журналист не только по призванию, но и по специальности. Сила мысли, острое перо, гибкая логика - основные инструменты, используемые в работе.
Написано статей
4
Ссылка на основную публикацию

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: