Характеристика стали 40хн

Алан-э-Дейл       02.05.2022 г.

Механические свойства стали 40ХНМА

Механические свойства при 20°С

Состояние поставки Сечение ,мм tисп. ,°C tотпуск ,°C St|S0,2 ,МПа sB ,МПа d5 ,% d4 d d10 y ,% KCU, кДж/м2 HB HRC HRB HV HSh
Градация показателей свойств готовых термообработанных деталей по ОСТ 1 90005-91
980-1130 285-331 30,0-36,0
1080-1270 311-363 34,0-39,0
285-341 27,0-37,0
Заготовки деталей трубопроводной арматуры. Закалка в масло от 840-860 °C (выдержка 2,5-4,5 ч в зависимости от толщины и массы заготовки) + Отпуск, охлаждение в воде или масле
≤100 550-620 735-835 ≥880 ≥13 ≥40 ≥600 277-321
≤80 550-560 785-930 ≥930 ≥12 ≥40 ≥600 293-331
Заготовки деталей трубопроводной арматуры. Закалка в масло от 840-860 °C (выдержка 2,5-4,5 ч в зависимости от толщины и массы заготовки) + Отпуск, охлаждение в масле или на воздухе
≤20 200-250 ≥1470 ≥1617 ≥9 ≥45 ≥490 49,3-54,2
≤240 570-600 ≥590 ≥735 ≥13 ≥40 ≥490 235-277
≤500 580-620 ≥490 ≥655 ≥12 ≥35 ≥490 212-248
Прутки и полосы г/к и кованые. Закалка в масло с 835-865 °C + отпуск при 570-670 °C, охлаждение в воде или в масле
Образец ≥835 ≥980 ≥12 ≥55 ≥980 294-341
Прутки и полосы г/к и кованые. Закалка в масло с 835-865 °C + Отпуск при 570-670 °C, охлаждение в масле
Образец 25 мм ≥932 ≥1080 ≥12 ≥50 ≥785 321-376
Сортовой прокат. Закалка в масло от 835-865 °C + Отпуск при 540-570 °C, охлаждение в воде или масле
поперечный ≥930 ≥1080 ≥7 ≥32 ≥490 321-375
продольный ≥930 ≥1080 ≥12 ≥50 ≥780 321-375
Сортовой прокат. Закалка в масло от 835-865 °C + Отпуск при 570-620 °C, охлаждение на воздухе
поперечный ≥830 ≥980 ≥7 ≥35 ≥590 293-341
продольный ≥830 ≥980 ≥12 ≥50 ≥980 293-341

Механические свойства в зависимости от сечения

Состояние поставки Сечение ,мм tисп. ,°C tотпуск ,°C St|S0,2 ,МПа sB ,МПа d5 ,% d4 d d10 y ,% KCU, кДж/м2 HB HRC HRB HV HSh
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + Отпуск при 540-660 °С (указано место вырезки образца)
центр 100-160 ≥700 900-1100 ≥12
центр 16-40 ≥900 1100-1300 ≥10
центр 160-250 ≥650 850-1000 ≥12
центр 40-100 ≥800 1000-1200 ≥11
центр ≥1000 1200-1400 ≥9
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + Отпуск при 620 °С (указано место вырезки образца)
1/2R 60-80 ≥730 ≥880 ≥17 ≥61 ≥29
1/2R 80-100 ≥670 ≥850 ≥19 ≥61 ≥26
1/3R 100-120 ≥630 ≥830 ≥20 ≥62 ≥25
центр 25-40 ≥880 ≥1030 ≥14 ≥57 ≥33
центр 40-60 ≥830 ≥980 ≥16 ≥60 ≥32
Механические свойства прутка
Состояние поставки Сечение ,мм tисп. ,°C tотпуск ,°C St|S0,2 ,МПа sB ,МПа d5 ,% d4 d d10 y ,% KCU, кДж/м2 HB HRC HRB HV HSh
Сталь горячекатаная и горячекатаная со специальной отделкой поверхности. Термообработанная (отжиг)
Образец ≤269
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой поверхности. После сфероидезирующего отжига
Образец ≤640 ≥50 ≤269
Механические свойства в зависимости от сечения поковки и режима термообработки
Состояние поставки Сечение ,мм tисп. ,°C tотпуск ,°C St|S0,2 ,МПа sB ,МПа d5 ,% d4 d d10 y ,% KCU, кДж/м2 HB HRC HRB HV HSh
Поковки. Закалка + Отпуск
КП 440 500-800 ≥440 ≥635 ≥11 ≥30 ≥390 197-235
КП 490 300-500 ≥490 ≥655 ≥12 ≥35 ≥490 212-248
КП 490 500-800 ≥490 ≥655 ≥11 ≥30 ≥390 212-248
КП 540 100-300 ≥540 ≥685 ≥13 ≥40 ≥490 223-262
КП 540 300-500 ≥540 ≥685 ≥12 ≥35 ≥440 223-262
КП 590 100-300 ≥590 ≥735 ≥13 ≥40 ≥490 235-277
КП 590 300-500 ≥590 ≥735 ≥12 ≥35 ≥440 235-277
КП 590 500-800 ≥590 ≥735 ≥10 ≥30 ≥390 235-277
КП 640 100-300 ≥640 ≥785 ≥13 ≥38 ≥490 248-293
КП 640 300-500 ≥640 ≥785 ≥11 ≥33 ≥440 248-293
КП 685 100-300 ≥685 ≥835 ≥12 ≥33 ≥490 262-311
КП 735 ≤100 ≥735 ≥880 ≥13 ≥40 ≥590 277-321
КП 735 100-300 ≥735 ≥880 ≥12 ≥35 ≥490 277-321
КП 785 ≤100 ≥785 ≥885 ≥12 ≥40 ≥590 293-331
КП 785 100-300 ≥785 ≥885 ≥11 ≥35 ≥490 293-331
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
Состояние поставки Сечение ,мм tисп. ,°C tотпуск ,°C St|S0,2 ,МПа sB ,МПа d5 ,% d4 d d10 y ,% KCU, кДж/м2 HB HRC HRB HV HSh
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + Отпуск
200 ≥1600 ≥1750 ≥10 ≥50 ≥590 ≥525
300 ≥1470 ≥1600 ≥10 ≥50 ≥490 ≥475
400 ≥1240 ≥1370 ≥12 ≥52 ≥590 ≥420
500 ≥1080 ≥1180 ≥15 ≥59 ≥880 ≥350
600 ≥860 ≥960 ≥20 ≥62 ≥1450 ≥275
Механические свойства при повышенных температурах
Состояние поставки Сечение ,мм tисп. ,°C tотпуск ,°C St|S0,2 ,МПа sB ,МПа d5 ,% d4 d d10 y ,% KCU, кДж/м2 HB HRC HRB HV HSh
Образец диаметром 5 мм, длиной 25 мм, прокатанный. Скорость деформирования 2 мм/мин. Скорость деформации 0,001 1/с
700 ≥185 ≥17 ≥32
800 ≥89 ≥66 ≥90
900 ≥50 ≥69 ≥90
1000 ≥35 ≥75 ≥90
1100 ≥24 ≥72 ≥90
1200 ≥14 ≥62 ≥90
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + Отпуск при 580 °С
20 ≥950 ≥1070 ≥16 ≥58
250 ≥830 ≥1010 ≥13 ≥47
400 ≥770 ≥950 ≥17 ≥63
500 ≥680 ≥700 ≥18 ≥80
Дополнительная информация
Рекомендуемый режим термообработки поковок и штамповок по ТУ 1-92-156-90: Нормализация при 840-880 °С или Нормализация + Отпуск.

Способы обработки

Рассматриваемая сталь подвергается двум основным видам обработки: термической и механической. Термообработка стали 40х13 применяется для придания ей соответствующих технологических свойств. Механическая – для создания требуемой формы, решения поставленных технических задач.

Подобный металл специалисты относят к той категории материалов, которые при проведении термической обработки требуют определённого специфического подхода. Именно этот вид обработки придаёт требуемые свойства.

Сталь 40х13 в печи для закаливания

Основными видами термической обработки являются:

  • последовательная закалка;
  • медленный отпуск после нагрева;
  • горячая и холодная пластическая деформация;
  • отжиг.

После проведения закалки в структуре образуются следующие компоненты:

  • карбиды;
  • мартенситы;
  • некоторые остатки так называемых аустенитов.

Первые два способа обработки позволяют придать стали хорошую коррозийную стойкость и отличные механические свойства. Это удаётся за счёт того, что она обладает хорошей пластической деформацией. Закалка такой стали происходит с помощью постепенного нагрева до температуры более 950 °С, но не более 1100 °С. Последовательный нагрев необходим потому, что эта марка стали обладает повышенной чувствительностью к трещинам. Чтобы избежать проявления негативных последствий металлическую деталь (особенно с толщиной более 100 миллиметров необходимо нагревать более 10 минут).

Чтобы избежать появления трещин, в том числе и в глубине металла, образец подвергают так называемому отпуску. То есть, постепенному понижению температуры и выдерживанию образца при температуре до 300 °С. В этом случае сталь приобретает свои максимальные прочностные характеристики. Если температурный режим не будет выдержан, и процесс произойдёт при 450 °С, сталь потеряет свои характеристики по ударной вязкости. Наилучшие коррозийные свойства и хорошую пластичность она приобретает при соблюдении следующих параметров. Последовательный нагрев до температуры 700 °С, последующая выдержка в течение 20 минут, охлаждение в ёмкости с маслом.

В качестве смягчающей термической обработки используется так называемый отжиг. Деталь нагревается до температуры 800 °С. Далее проводят медленное охлаждение в самой печи до температуры около 500 °С.

Температура закалки и отпуска стали 40х13

В качестве альтернативы стандартному виду нагрева, для проведения термической обработки применяют нагрев токами высокой частоты. Особенно этот метод используется при необходимости проведения закалки поверхностного слоя детали. Это детали, которые входят в механизмы с узлами трения и качения, в элементы трубопроводной арматуры. Обычно такая закалка применяется только к деталям, толщина которых превышает 15 миллиметров. С её помощью удаётся добиться показателя твердости после закалки равного 36,5 HRC единиц.

Она подвергается следующим видам механической обработки:

  • сверление отверстий;
  • заточка;
  • фрезерование;
  • ковка.

Проведение этих операций связано с определёнными трудностями:

  • Упрочнение поверхностного слоя (это связано с дополнительным нагревом заготовки в момент резания или сверления).
  • Проблемы с удалением отходов металлообработки (получаемая металлическая стружка образует длину узкую закрученную полоску). Это вызывает определённые неудобства при длительной обработке. Эту проблему решают с помощью установки специальных приспособлений на металлорежущий инструмент. Они производят периодический облом стружки.
  • Повышенный износ режущей кромки. Это связано с повышением температуры детали в месте соприкосновения с кромкой режущего инструмента. В этом случае наличие в этой марке кристаллических соединений (карбидов и мартенситов) создаёт эффект наличия в ней абразивных элементов что приводит к быстрому износу режущей кромки.

https://youtube.com/watch?v=u262HjEbaEY

Кроме этого возникают трудности при заточке режущих инструментов, сделанных из этой стали. В момент заточки повышается температура затачиваемой кромки и образуется так называемый металлический наплыв. Это приводит к появлению неравномерного упрочнения края затачиваемой поверхности.

После проведение этой операции (горячей деформации) допускается только медленное охлаждение с последующим низкотемпературным отжигом.

В доступный перечень механической обработки, к сожалению, не попадает сварка. Дело в том, эта марка металла относится к категории трудносвариваемых материалов. Поэтому этот метод обработки не применяется для соединения конструкций, изготовленных из этого материала.

Обработка и закалка

После сварочных работ готовая деталь охлаждается за счет понижения температуры при отключении печи, при этом находясь под чутким контролем. В результате таких манипуляций полученный на изделии шов при рентгеновском облучении покажет отсутствие дефектов. Наличие поверхностных трещин проверяется зачисткой и шлифовкой швов с последующим нанесением слоя кислоты.

Изготовленные с применением подобной технологии изделия успешно проходят макроисследования при котором выявляются плотность строения наплавленного металла в зоне сварочного шва и ближайших к нему зон. Микроструктура в этих местах изменяется от ферритно-перлитной до сербитообразной перлитной. Также образцы деталей из стали 40ХН проходят испытание на твердость, смысл которой в том, чтобы подтвердить неизменность структуры стали в зоне шва после сварки.

Закалка изделий из данного материала происходит в процессе погружения в масло, однако детали крупных габаритов иногда закаливают в воде после чего, как можно скорее, перемещаются в масло или подвергаются воздействию низкий отпуска. Не редкостью является и процесс закаливания высокочастотными токами, после нагрева которыми производится отпуск. В конечном итоге, такие манипуляции повышают твердость поверхности изделия.

Трудности сварочных работ

Сталь 40Х относится к четвертой группе по свариваемости. Выполнение сварочных швов может приводить к образованию трещин. Снизить проявление этих дефектов можно с помощью предварительного подогрева. Также требуется предварительная подготовка кромок. Выполнять сварочные работы этой марки можно дуговой сваркой: ручной или электрошлаковой, также можно применить контактную сварку. После контактно-точечной потребуется дополнительная термообработка. Для ручной сварки применяются специальные электроды для легированных сталей Э85 УОНИ-13/85. Тип и положение свариваемого шва могут быть любые.

Состав

Уверены: для читателей не секрет, что сплав железа с углеродом – это и есть сталь. Чистая сталь, если быть точным. Однако такой материал далеко не всегда оказывается пригодным для использования. Именно для того, чтобы улучшить исходные свойства стали, в ее состав добавляются различные элементы из всем известной таблицы Менделеева, присутствие которых в составе в определенной пропорции наделяет сплав некими свойствами вроде повышенной износостойкости и устойчивости к окислению.

Исключением не стала и сталь 40ХН, характеристики которой напрямую вытекают из лигатурного состава, который выглядит следующим образом:

  • 0,4% углерода;
  • 0,6% хрома;
  • 0,65% марганца;
  • 0,27% кремния;
  • 1,2% никеля;
  • 0,3% меди.

Увы, технология выплавки не может гарантировать полное отсутствие вредных примесей в составе стали 40ХН. Характеристики же из-за их присутствия значительно не ухудшаются, так как процентное содержание подобных примесей не превышает 0,035%.

Химический состав

Стандарт C S P Mn Cr Si Ni Fe Cu V Ti Mo W
TУ 14-1-1885-85 0.37-0.44 ≤0.015 ≤0.025 0.5-0.8 0.6-0.9 0.17-0.37 1.25-1.65 Остаток ≤0.25 0.15-0.25
TУ 14-1-2765-79 0.37-0.44 ≤0.012 ≤0.016 0.5-0.8 0.6-0.9 0.17-0.37 1.25-1.65 Остаток ≤0.25 ≤0.05 ≤0.03 0.15-0.25 ≤0.2
TУ 14-1-950-74 0.37-0.44 ≤0.025 ≤0.025 0.5-0.8 0.6-0.9 0.17-0.37 1.25-1.65 Остаток ≤0.25 ≤0.05 ≤0.03 0.15-0.25 ≤0.2
TУ 14-4-95-72 0.37-0.44 ≤0.04 ≤0.04 0.5-0.8 0.6-0.9 0.15-0.4 1.6-1.9 Остаток 0.2-0.35
ОСТ 1 90225-76 0.37-0.44 ≤0.025 ≤0.025 0.5-0.8 0.6-0.9 0.17-0.37 1.25-1.65 Остаток ≤0.3 ≤0.05 ≤0.03 0.15-0.25 ≤0.2

Fe — основа.
По ГОСТ 4543-71 регламентировано содержание в особовысококачественной стали: P≤0,025%; S≤0,015%; Сu≤0,25%.
По ТУ 14-1-2765-79 химический состав приведен для стали марки 40ХН2МА-Ш.
По ТУ 14-1-950-86 химический состав приведен для стали марки 40ХН2МА.
ТУ 14-4-95-72 химический состав приведен для стали марки 40ХНМ.
По ТУ 14-1-1885-85 химический состав приведен для стали марки 40ХН2МА-ВД. Для обеспечения требуемой величины зерна разрешается при выплавке стали вводить ванадий из расчета содержания его в стали не более 0,10 %, содержание которого в стали не определяется. Наличие вольфрама до 0,20 %, титана до 0,030 % не является браковочным признаком. В стали допускается частичная замена молибдена вольфрамом. Суммарное содержание молибдена и вольфрама пересчитанного на молибден из расчета: три весовые части вольфрама заменяют одну весовую часть молибдена, должно соответствовать указанному в таблице содержанию молибдена. При этом содержание вольфрама в стали не должно превышать 0,30 %. Допустимое отклонение по содержанию марганца в стали +0,010/-0,020 %.

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.

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.

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.

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.

https://youtube.com/watch?v=CUV4o6sd6VY

Процесс сварки

Сварочная деятельность с легированными сталями довольно трудна, в связи с особенностями, вызывающими образования хрупких элементов в околошовной зоне из-за закалки (то есть сварка должна исполняться по определенной технологии). В лучшем случае проводить сварочные работы лучше перед отпуском изделия при прогреве или перед отжигом, но исключительно после сварки. Температурное воздействие на сплав 40ХН заключается в закаливание сплава, сопровождающееся дальнейшим отпуском изделия. После таких манипуляций свойства стали приобретают удвоенную выносливость к образованию трещин по сравнению с состоянием до сварочных работ. Предел выносливости стали же возрастает в 6 раз.

Для сварки элементов, изготовленных из этой стали, требуется первоначально добиться твердости Н=2860-3020 МПа. В этом помогает термообработка стали 40ХН, с последующим отпуском в температурах от 550 до 860 градусов Цельсия. Далее изделие подвергается повторному нагреву в электропечи при температурах от 350 до 400 градусов Цельсия.

Лист стали 40ХН

Затем производится сам процесс сварки в два слоя с обязательной зачисткой от шлака швов в режиме силы сварочного тока от 160 до 200 А

Не мало важно чтобы ток был постоянным с обратной полярностью. Для сварки обычно применяются высококачественные электроды с маркировкой УОНИ 13/55 типа Э50А с диаметром в 4 миллиметра и катетом шва в 8 миллиметров

Технологические свойства

Название Значение
Свариваемость Трудносвариваемая. Способ сварки: РДС. Необходим подогрев и последующая термообработка.
Склонность к отпускной хрупкости Не склонна.
Температура ковки Начала — 1220 °С, конца — 800 °С. Сечения до 80 мм — рекомендован отжиг с перекристаллизацией, два переохлаждения, отпуск.
Флокеночувствительность Чувствительна.
Обрабатываемость резаньем В горячекатаном состоянии при НВ 228-235 и sВ=560 МПа Kn тв.спл.=0,7 Kn б.ст.=0,4.
Макроструктура и загрязненность Макроструктура стали при проверке на изломах в продольном направлении и поперечных темплетах, отобранных от готового проката, не должна иметь усадочной раковины, рыхлости, пузырей, трещин, расслоений, шлаковых включений и флокенов, а также дефектов излома, перечисленных в приложении 3 ГОСТ 10243. Центральная пористость, точечная неоднородность и ликвационный квадрат не должны превышать 1 балла; послойная кристаллизация и светлый контур — 3 балла эталонных шкал ГОСТ 10243. Все другие дефекты, предусмотренные ГОСТ 10243, не допускаются. Загрязненность стали неметаллическими включениями должна быть по среднему баллу не выше (в баллах): по оксидам точечным 1,5, по оксидам строчечным 2,0, по силикатам хрупким 1,0, по силикатам пластичным 1,0, по силикатам недеформирующимся 2,5, по сульфидам 2,5, по нитридам строчечным и точечным 1,0.

40ХН2МА сталь свойства

σ4551/10000=686 МПа, σ4551/1000=137 МПа, σ5901/10000=13 МПа, σ5901/1000=29 МПа.

Механические свойства стали 40ХН2МА
ГОСТ Состояние поставки, режим термообработки Сечение, мм КП σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (Дж / см2) НВ, не более
ГОСТ 4543-71 Пруток. Закалка 850 °С, масло. Отпуск 620 °С, вода 25 930 1080 12 50 78
Пруток. Закалка 850 °С, масло. Отпуск 620 °С, масло. 25 835 980 12 55 98
ГОСТ 8479-70 Поковки. Закалка. Отпуск 500-800 440 440 635 11 30 39 197-235
300-500 500-800 490 490 655 12 11 35 30 49 39 212-248
100-300 300-500 540 540 685 13 12 40 35 49 44 223-362
100-300 300-500 500-800 590 590 735 13 12 10 40 35 30 49 44 39 235-277
100-300 300-500 640 640 785 12 11 38 33 49 44 248-293
100-300 685 685 835 12 38 49 262-311
До 100 100-300 735 735 880 13 12 40 35 59 49 277-321
До 100 100-300 785 785 930 12 11 40

35

59 49 293-331
Механические свойства стали 40ХН2МА в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (Дж / см2) HB
Закалка 850 °С, масло
200 300 400 500 600 1600 1470 1240 1080 860 1750 1600 1370 1170 960 10 10 12 15 20 50 50 52 59 62 59 49 59 88 147 525 475 420 350 275
Механические свойства стали 40ХН2МА при повышенных температурах
Температура испытаний, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (Дж / см2)
Закалка 850 °С, масло. Отпуск 580 °С.
20 250 400 500 950 830 770 680 1070 1010 950 700 16 13 17 18 58 47 63 80 78 109 84 54
Образец диаметром 5 мм, длиной 25 мм, прокатанный. Скорость деформирования 2 мм/мин. Скорость деформации 0,001 1/с
700 800 900 100 1100 1200 — — — — —

185 89 50 35 24 14 17 66 69 75 72 62 32 90 90 90 90 90 — — — — — —
Предел выносливости стали 40ХН2МА
σ-1, МПА J-1, ÌÏÀ n Термообработка
447 392 519 274 235 106 Сечение 100 мм. Закалка 850 °C, масло. Отпуск 580 °C, σв=880 МПа. Сечение 400 мм. Закалка 850 °C, масло. Отпуск 610 °C, σв=790 МПа, σ0,2=880 МПа, σв=1080 МПа
Ударная вязкость стали 40ХН2МА KCU

, (Дж/см2)

Т= +20 °С Т= -40 °С Т= -60 °С Термообработка
103 93 59 Закалка 860 °С, масло. Отпуск 580 °С
Механические свойства стали 40ХН2МА в зависимости от сечения
Сечение, мм Место вырезки образца σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ4 (%) ψ % KCU (Дж / см2) HRCЭ
Пруток. Закалка 850 °С, масло. Отпуск 620 °С
40 60 80 100 120 Ц Ц 1/2R 1/2R 1/3R 880 830 730 670 630 1030 980 880 850 830 14 16 17 19 20 57 60 61 61 62 118 127 127 127 127 33 32 29 26 25
Закалка 850 °С, масло. Отпуск 540-660 °С
до 16 16-40 40-100 100-160 160-250 Ц Ц Ц Ц Ц 1000 900 800 700 650 1200-1400 1100-1300 1000-1200 900-1100 850-1000 9 10 11 12 12 — — — — — 90 50 60 60 60 — — — — —
Прокаливаемость стали 40ХН2МА
Расстояние от торца, мм Примечание
1,5 3 6 9 12 15 21 27 33 42 Закалка 840 °С
49-59,5 40,5-60 50-60 50-59,5 49-59 48-59 45-56 41,5-53 41-50,5 36,5-48,5 Твердость для полос прокаливаемости, HRC
Количество мартенсита, % Критическая твердость, HRCэ Критический диаметр в воде Критический диаметр в масле
50 90 44-47 49-53 153 137-150 114 100-114
Физические свойства стали 40ХН2МА
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 2.15 39 7850 331
100 2.11 11.6 38 490
200 2.01 12.1 37 506
300 1.9 12.7 37 522
400 1.77 13.2 35 536
500 1.73 13.6 33 565
600 13.9 31
700 29
800 27
Краткие обозначения:
σв — временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа å — относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05 — предел упругости, МПа — предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2 — предел текучести условный, МПа σизг — предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10 — относительное удлинение после разрыва, % σ-1 — предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж — предел текучести при сжатии, МПа J-1 — предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν — относительный сдвиг, % n — количество циклов нагружения
— предел кратковременной прочности, МПа R и ρ — удельное электросопротивление, Ом·м
ψ — относительное сужение, % E — модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV — ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2 T — температура, при которой получены свойства, Град
sT — предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и ë — коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB — твердость по Бринеллю C — удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
HV — твердость по Виккерсу pn и r — плотность кг/м3
HRCэ — твердость по Роквеллу, шкала С а — коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ), 1/°С
HRB — твердость по Роквеллу, шкала В σtТ — предел длительной прочности, МПа
HSD — твердость по Шору G — модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

xn--402-8cd3de9c.xn--p1ai

Марка стали 40ХН — Стали и сплавы

Общие сведения

Вид поставки
Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 259071, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 4543-71. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77.Лист толстый ТУ 14-1-1930-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70, ГОСТ 4543-71. Валки ОСТ 24.013.21-85. Трубы ОСТ 14-21-77.
Назначение
Оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Химический состав

Химический элемент %
Кремний (Si) 0.17-0.37
Медь (Cu), не более 0.30
Марганец (Mn) 0.50-0.80
Никель (Ni) 1.00-1.40
Фосфор (P), не более 0.035
Хром (Cr) 0.45-0.75
Сера (S), не более 0.035

Механические свойства

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки Сечение, мм s 0,2 , МПа s B , МПа d 5 , % y , % KCU, Дж/м 2 HB
Пруток. Закалка 820 °С, вода или масло. Отпуск 500 °С, вода или масло.
25 785 980 11 45 69
Поковки. Нормализация
КП 315 100-300 315 570 14 35 34 167-207
КП 315 300-500 315 570 12 30 29 167-207
КП 315 500-800 315 570 11 30 29 167-207
Поковки. Закалка. Отпуск.
КП 345 300-500 345 590 14 38 49 174-217
КП 395 <100 395 615 17 45 59 187-229
КП 395 100-300 395 615 15 40 54 187-229
КП 395 300-500 395 615 13 35 49 187-229
КП 395 500-800 395 615 11 30 39 187-229
КП 440 <100 440 635 16 45 59 197-235
КП 440 100-300 440 635 14 40 54 197-235
КП 440 300-500 440 635 13 35 49 197-235
КП 440 500-800 440 635 11 30 39 197-235
КП 490 <100 490 655 16 45 59 212-248
КП 490 100-300 490 655 13 40 54 212-248
КП 540 <100 540 685 15 45 59 223-262
КП 540 100-300 540 685 13 40 49 223-262
КП 590 <100 590 735 14 45 59 235-277
КП 590 100-300 590 735 13 40 49 235-277

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C s B , МПа d 5 , % y , %
Нормализация 850 °С.
20 790 18 48
200 750 50
300 690 20
400 540 25 65
500 480 25 79
600 350 27 85
Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 50 мм/мин, скорость деформации 0,03 1/с.
700 225 36 92
800 130 57 96
900 91 71 100
1000 62 75 100
1100 45 76 100
1200 31 100

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С s 0,2 , МПа s B , МПа d 5 , % y , % KCU, Дж/м 2 HB
Закалка 820 °С, масло.
400 1220 1370 10 41 32 387
500 1080 1160 14 51 46 302
600 760 910 20 60 83 241

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм s 0,2 , МПа s B , МПа d 5 , % y , % HB
Нормализация 870-925 °С, закалка 790 °С, масло. Отпуск 540 °С.
40 780 960 18 58 325
80 730 920 20 54 302
120 710 910 50 300

Технологические свойства

Температура ковки
Начала 1250, конца 830. Сечения до 50 мм охлаждаются на воздухе, 50-200 мм — в мульде, 201-300 мм — с печью.
Свариваемость
трудносвариваемая. РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием
В горячекатаном состоянии при НВ 166-170 и s B = 690 МПа K u тв.спл. = 1.0, K u б.ст. = 0.9.
Склонность к отпускной способности
склонна
Флокеночувствительность
повышенно чувствительна

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см 2

Состояние поставки, термообработка +20 -20 -40 -60
Поковка 200X30 мм. Закалка. Отпуск. 116 116 93 80

Предел выносливости

s -1 , МПа t -1 , МПа n s B , МПа s 0,2 , МПа Термообработка, состояние стали
490 294 980 780 НВ 300-320
441 274 880 690 НВ 270-300
392 235 780 570 НВ 200-240
314-392 1Е+7 790 Нормализация. НВ 197.

Прокаливаемость

Твердость HRCэ.

Расстояние от торца, мм / HRC э
1.5 3 4.5 6 9 12 15 21 27 33
52.5-58.5 51.5-58.0 49.5-57 48-56 41.5-54.5 35.5-49 32.5-43.5 28-37.5 26.5-33.5 26-31.5
Кол-во мартенсита, % Крит.диам. в воде, мм Крит.диам. в масле, мм Крит. твердость, HRCэ
50 60-112 37-76 44-47
90 40-89 18-56 50-53

Физические свойства

Температура испытания, °С 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа 200
Плотность, pn, кг/см3 7820 7800 7710 7840 7700
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С) 44 43 41 39 37
Температура испытания, °С 20- 100 20- 200 20- 300 20- 400 20- 500 20- 600 20- 700 20- 800 20- 900 20- 1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С) 11.8 12.3 13.4 14.0
Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.