Конструкционная сталь 40хн2ма

Алан-э-Дейл       01.05.2022 г.

Содержание

Влияние легирующих элементов и примесей на свойства стали

Хром используется в качестве одного из главных компонентов состава. Его основная функция – увеличение прокаливаемости металла. В данном случае речь идет о глубине закаленной зоны, которая исчисляется от поверхности детали до слоя, представленного на 50% мартенситом и на 50% трооститом. Полная прокаливаемость легированной стали 40ХН обеспечивает улучшение механических характеристик, в том числе снижение склонности к хрупкому разрушению, уменьшению порога хладноломкости, повышение работоспособности при появлении трещин по сравнению с обычной сталью. Полоса прокаливаемости после нормализации и закалке (t = 850 С) представлена на рисунке:

При повышении количества Cr обеспечивается рост твердости, что обусловлено стойкостью переохлажденного аустенита к распаду.

Никель и феррум способны растворяться друг в друге, они имеют близкое расположение кристаллических решеток. Никель не относится к группе карбидообразующих элементов, а присутствует в твердом растворе в феррите или аустените, что повышает прочность и вязкость феррита. Он предназначен для снижения хладноломкости легированной стали 40ХН, при содержании в составе всего 1% Ni обеспечивается уменьшение данного показателя в 20 тысяч раз. При этом повышается упругость, уменьшается размер зерна, улучшается прокаливаемость и технические характеристики, снижается коррозионная активность. Никель является раскислителем, поэтому увеличивает плотность стали. При взаимодействии с хромом улучшается термическое упрочнение, повышается ударная вязкость и усталостная прочность. При дальнейшем увеличении концентрации химического элемента снижаются магнитные свойства, повышается устойчивость к коррозии и действию высоких температур.

Сера появляется в составе металла из-за содержания ее в руде. При нормальных условиях она практически не растворяется в феррите, поэтому встречается в соединениях с железом, марганцем или легирующими элементами. При нагревании материала происходит распространение ее в феррите и аустените в допустимых количествах: при температуре 913 градусов – 0,02%, при 1365 градусах – 0,05% соответственно. Если сера присутствует в металле в составе сульфида железа, то это может привести к красноломкости и горячеломкости. Химический элемент не оказывает действия на прочностные характеристики стали 40ХН, но сказывается на анизотропии в обоих направлениях при прокатке. Ударная вязкость понижается в поперечном направлении, но повышается вдоль. Это обусловлено увеличением полосчатости ферритно-перлитного строения в результате вытянутой формы серосодержащих соединений.

Железная руда содержит фосфор, который после обработки переходит в сталь. Его растворимость в феррите и аустените достаточно высокая, поэтому он присутствует в твердом растворе и оказывает влияние на качества данных состояний. Негативное воздействие компонента усиливается за счет подверженности ликвации, что приводит к увеличению прочности в ущерб хладноломкости. Предел текучести при небольшом содержании химического элемента повышается на 20-30 МПа, а хладноломкость – на 20-25 градусов.

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

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.

Рассмотрим закалку 40хнма(40хн2ма).

Критические
температуры для 40ХНМА(40ХН2МА):

Ас3
= 820С

Ас1
= 730С

При нагреве до температуры 730С
структура сплава остается постоянной
перлит. Как только пройдена точка
Ас1на границах зерен перлита
начинает зарождаться аустенит. В нашем
случае мы имеем полную закалку, т.к.
температура превышает Ас3, то
весь перлит переходит в аустенит. Таким
образом, нагрев до 820С
мы получили однофазную структуру=
аустенит
, при этом при повышении
температуры после 800С
зерно растет.

Для получения мартенситной структуры
необходимо переохладить аустенит до
температуры мартенситного превращения,
следовательно, скорость охлаждения
должна превышать критическую. Такое
охлаждение наиболее просто осуществляется
погружением закаливаемой детали в
жидкую среду (вода или масло), имеющую
температуру 20-25С.
В результате такой обработки получается
теплостойкиймартенсит, с некоторым
количествомостаточного аустенита.

2)

Отпуск при 620С 1,5
часа в воде.

Отпуск – термическая обработка, в
результате которой в предварительно
закаленных сталях происходят фазовые
превращения, приближающие их структуру
к равновесной.

40ХНМА(40ХН2МА)подвергается отпуску
приt= 620С
— высокий отпуск. При этом надо учитывать,
что при температурах отпуска более
500С охлаждение
производят в воде.

При высоких нагревах в углеродистых
сталях происходят изменения структуры,
не связанные с фазовыми превращениями:
изменяются форма, размер карбидови структураферрита. Происходиткоагуляция: кристаллы цементита
укрупняются и приближаются к сферической
форме. Изменения структуры феррита
обнаруживаются, начиная с температуры
400С: уменьшается
плотность дислокаций, устраняются
границы между пластинчатыми кристаллами
феррита (их форма приближается к
равноосной).

Итак, снимается фазовый наклеп, возникший
при мартенситном превращении.
Ферритно-карбидную смесь, которая
образуется после такого отпуска, называют
сорбитом отпуска.

3)

После этого провести закалку током
высокой частоты (ТВЧ) – закалка
поверхности: при большой частоте тока,
плотность тока в наружных слоях проводника
оказывается во много раз больше, чем в
сердцевине. В результате почти вся
тепловая энергия выделяется на поверхности
и нагревает поверхностный слой до
температуры закалки. Охлаждение
осуществляется водой, подающейся через
спрейер.

При этом поверхностные слои упрочняются,
в них возникают значительные сжимающие
напряжения.

Структурные изменения

Комплексную термическую обработку состоящую из полной закалки и высокого отпуска конструкционных сталей называют улучшением.

Сталь 40ХН2МА относится к сталям перлитного класса. Для нее характерны два критических температурных перехода: Ас1 = 730˚С и Ас3 = 820˚С. Доэвтектоидная сталь, как правило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 + ( 30-50˚С ). Такая температура обеспечивает получение при нагреве мелкозернистого аустенита и соответственно после охлаждения – мелкозернистого мартенсита. Зерна аустенита образуются на границе фаз феррита и цементита. При этом помимо растворения цементита в аустените происходит еще и аллотропное модифицирование раствора железа α в раствор железа γ. Поскольку процесс растворения цементита происходит медленнее, нежели образование аустенитных кристаллов, то по достижению закалочных температур необходима некоторая выдержка.

Читать также: Чем заменить масло для смазки цепи бензопилы

При дальнейшем охлаждении в воде, благодаря очень высокой скорости охлаждения (превышающей Vкр) происходит образование структуры мелкозернистого мартенсита. Это не что иное, как пересыщенный твердый раствор углерода в железе α.

Поскольку мартенсит представляет собой очень твердую структуру, то как правило на поверхности закаленной детали образуются очень сильные остаточные напряжения. Это может привести к образованию трещин, сколов и прочих хрупких разрушений. Во избежании этого после закалки проводят процедуру отпуска. Именно после закалки и отпуска при 450-650˚С. Исходная структура–мартенсит закалки, температура отпуска

tотп = 450–650°C. При повышении температуры активизируется диффузия. Диффузия углерода при такой температуре достаточна для превращения мартенсита в перлитную структуру, но не достаточна для перемещения углерода на большие расстояния. В итоге образуется смесь феррита и цементита.

3 этапа отпуска:

1) Из мартенсита выделяется часть углерода в виде метастабильного ε-карбида. Первое превращение идет с очень маленькой скоростью и без нагрева.

2) Продолжается распад мартенсита, распадается остаточный аустенит и начинается карбидное превращение. Распад мартенсита распространяется на весь объем. Начинается превращение ε-карбида в цементит.

3) Завершаются распад мартенсита и карбидное превращение. Мартенсит переходит в феррит. Далее при дальнейшем нагреве ферритно-карбидная смесь меняет форму, размер карбидов и структуру феррита. Диффузия происходит интенсивнее, чем в случае среднетемпературного отпуска, атомы углерода смещаются на большее расстояние, увеличиваются размеры кристаллов феррита и цементита. Такая структура называется сорбит отпуска.

Продолжительность выдержки при отпуске устанавливают таким расчетом, чтобы обеспечить стабильность свойств стали. Продолжительность среднего и высокого отпуска обычно составляет 1-2 часа для деталей небольшого сечения.

Основные сведения о стали.

стали: 40ХГТ, 40ХГР, 30Х3МФ, 45ХН2МФА.

Сотовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70. Валки ОСТ 24.013.04.-83, ОСТ 24.013.20-85.

Коленчатые валы, клапаны, шатуны, крышки шатунов, ответственные болты, шестерни, кулачковые муфты, диски и другие тяжелонагруженные детали. Валки для холодной прокатки металлов.

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 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

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.

Использование

Начнем наш экскурс с самого простого, а именно с ответа на довольно важный вопрос. Где же применяется эта сталь или, если немного перефразировать, для какой отрасли характеристики стали 40ХН будут наиболее востребованы?

Если обращаться к документации, а именно к ГОСТу 4543-71, то нам станет ясно, что сталь 40ХН – конструкционная, легированная, хромоникелевая. Такое название четко дает понять, что данный сорт стали применяется преимущественно для изготовления чего-либо. В большинстве случаев применение стали 40ХН тесно связано с изготовлением деталей для различных механизмов.

К примеру, из 40ХН часто изготавливают оси и валы двигателей, шестерни, валики, шатуны, рычаги и многое другое. Все вышеперечисленные детали в течение всей своей эксплуатации подвержены высоким нагрузкам, из чего мы можем сделать вывод, что характеристики и механические свойства стали 40ХН не столь уж и плохи.

Однако не стоит думать, что сталь этой марки выпускают уже в виде готовых деталей. Как и любую другую сталь, 40ХН поставляют на рынок в виде привычных всем полос, прутков, шестигранников, квадратов.

свойства, характеристики, применение сплава 40хн2м

Рассматривая химический состав этой стали, стоит отметить относительное большое количество легирующих добавок, которые в данном случае повышают не только коррозионную стойкость материала, но и прочность, значительно снижая вероятность хрупкого разрушения металла под воздействием каких-либо сред или механических нагрузок. Уникальные свойства, которыми обладает высокопрочная хромоникельмолибденовая легированная конструкционная сталь 40хн2ма, находят применение в изготовлении наиболее ответственных деталей промышленных машин и агрегатов: шатунов, клапанов, коленчатых валов и прочих тяжелонагруженных деталей.

Набор химических элементов в данном сплаве подобран следующим образом:

  • Ni – 1,25-1,65%
  • Cr – 0,60-0,90%
  • Mn – 0,50-0,80%
  • Si – 0,17-0,37%
  • Cu – до 0.30%
  • Mo – 0,15-0,25%
  • P – до 0,025%
  • S – до 0,025%

Сталь 40хн2ма принадлежит к числу трудносвариваемых, т.е. перед сварными работами она требует предварительного подогрева (200-300оС), а также подвергается отжигу после сварки.

Технологические свойства стали 40хн2ма и ГОСТы выпуска

Помимо трудносвариваемости этой легированной стали присуща флокеночувствительность: при нарушении технологии изготовления сплава в материале часто возникают дефекты внутреннего строения, сильно снижающие вязкость и пластичность стали. Температура ковки этого высокопрочного материала – 1200оС (начало процесса) и 800оС (конец процесса). При этом финишным этапом данной обработки будет включать отжиг с перекристаллизацией, 2 переохлаждения и последующий отпуск.

Хромоникельмолибденовый конструкционный сплав 40хн2ма может выпускаться в виде фасонного и сортового проката. В своей работе производители пользуются следующими ГОСТами:

  • ГОСТ 8479-70 и ГОСТ 1133-71 – изготовление поковок и прочих кованых заготовок
  • ГОСТ 103-76 – изготовление полос
  • ГОСТ 14955-77 – производство серебрянки и шлифованного прутка
  • ГОСТ 7417-75, ГОСТ 1051-73, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78 – изготовление калиброванного прутка
  • ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71 – фасонный прокат

Иностранные аналоги данной марки стали представлены в следующей таблице:

Сферы применения легированного сплава 40хн2ма

Благодаря относительно высокому содержанию молибдена, этот материал характеризуется полным отсутствием обратимой отпускной хрупкости. Высокая прочность улучшенной хромоникелевой конструкционной стали 40хн2ма позволяет применять данный сплав для изготовления высокоответственных тяжелонагруженных деталей промышленного оборудования.

Из материала марки 40ХН2МА производят цельнокатаные кольца, ответственные болты, кулачковые муфты, крепежные детали, диски, валки. Материал находит применение и в производстве трубопроводной арматуры, и в изготовлении деталей для авиастроительной промышленности, которые должны выдерживать рабочие температуры до +500оС.

fx-commodities.ru

Характеристика стали марки 14ХН3МА

14ХН3МА — конструкционная аустенитная легированная сталь. Свариваемость удовлетворительная. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой. Рекомендуется подогрев при сварке жестких конструкций.

Нашла свое применение для изготовления в цементованном и улучшенном состоянии ответственных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, вязкости и износостойкости; деталей, подвергающихся высоким вибрационным и динамическим нагрузкам; лап и шарошек буровых долот всех типоразмеров с продувкой воздухом, а также долот от 151 мм и менее, бурголовок методом горячей обработки давлением, производством долот диаметром 320 мм и более. Сталь может применяться при температуре от —70 до +450 °С.

Прутки горячекатаные по ТУ 3-850-80 поставляются в термически обработанном состоянии (отожженном или высокоотпущенном) с твердостью не более 269 НВ (диаметр отпечатка не менее 3,7 мм). Прокаливаемость стали (после нормализации при 920±10 °С или закалки с 890±10 °С) — Твердость HRС должна быть на расстоянии 4,5 мм от торца 37,5÷43,5, а на расстоянии 30 мм от торца — 32,0÷41,5.

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 %.

Стандарты

Название Код Стандарты
Сортовой и фасонный прокат В32 ГОСТ 1051-73, ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 14955-77, ГОСТ В 5160-89, ОСТ 1 92049-76, TУ 14-1-5414-2001, TУ 3-1053-86, TУ 108.11-927-87, TУ 14-1-1237-75, TУ 14-1-2118-77, TУ 14-1-2218-77, TУ 14-1-2995-80, TУ 14-1-3563-83, TУ 14-1-5167-92, TУ 14-11-245-88, TУ 14-1-3011-80, TУ 14-1-4032-85, TУ 14-1-1271-75, TУ 14-1-5228-93, TУ 14-136-367-2008
Листы и полосы В33 ГОСТ 1577-93, TУ 14-1-1409-75, TУ 14-1-1579-75, TУ 14-1-2506-78, TУ 14-1-4043-85, TУ 14-1-4118-86, TУ 14-1-5036-91, TУ 14-1-4118-2004
Трубы стальные и соединительные части к ним В62 ГОСТ 7909-56, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 9567-75, ГОСТ 23270-89, ГОСТ 24950-81, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 8731-87, ГОСТ Р 53383-2009, TУ 14-3-1443-86, TУ 14-3-439-76, TУ 14-3-473-76, TУ 14-3Р-51-2001, TУ 14-3Р-50-2001, TУ 14-3-1654-89
Листы и полосы В23 ГОСТ 82-70, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 19903-90
Сортовой и фасонный прокат В22 ГОСТ 8278-83, ГОСТ 8281-80, ГОСТ 8282-83, ГОСТ 8283-93, ГОСТ 8319.0-75, ГОСТ 9234-74, ГОСТ 11474-76, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006
Обработка металлов давлением. Поковки В03 ГОСТ 8479-70, ОСТ 5Р.9125-84, TУ 108-1028-81, TУ 108-1029-81, TУ НЗЛ 342-89, TУ 0306.018-80, СТ ЦКБА 010-2004
Болванки. Заготовки. Слябы В31 ОСТ 3-1686-90, TУ 108.1154-84, TУ 14-1-1672-76, TУ 14-1-2022-77, TУ 14-1-4944-90
Термическая и термохимическая обработка металлов В04 СТ ЦКБА 026-2005

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%.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.