Описание стали 40Х

Сталь 40Х необходима для изготовления частей механизмов, первыми принимающих на себя нагрузку в работе, включая компоненты для заводов по добыче нефти, газа и атомной энергии. Конечный продукт — ведущие составляющие стальных балок для железных дорог и эстакад.

Листы стали
Стальные листы для изготовления механизмов.
Содержание

Общее описание стали 40Х

Основа стали 40Х — железоуглерод с примесью хрома, с запасом сопротивления окислению и действию воды, поверхностному трению и изнашиванию.

Расшифровка стали 40Х

Сокращение представляет собой обозначение главного легирующего вещества — углерода в процентном соотношении от 0,36 до 0,40%. Число 40 берется по верхнему порогу — 0,40%.

Знак «Х» после числа показывает добавление хрома (дополнительного легирующего вещества).

Так как после него цифры отсутствуют, его содержание составляет до 1,1% от общего состава.

Виды поставки материала 40Х

По форме поставки металлопроката покупателю для данной стали различают:

  • поковки;
  • прокат (сортовой и фасон), полосы, листы;
  • трубы и стыковочные части для них;
  • стальную проволоку низкоуглеродистую;
  • пруток шлифованный или калиброванный, серебрянка;

Это могут быть как плоские полотна всевозможных размеров, так и полые изделия заданной длины с круглым профилем поперечного сечения. Наиболее удобным для транспортировки и хранения считается прокат. Перед его эксплуатацией требуется выравнивание на стане.

Трубы из стали
Один из вариантов поставки стали — трубы.

Химический состав стали 40Х по ГОСТ 4543-71

Кроме стали и хрома в составе сплава присутствуют марганец и кремний (содержание до 0,80%). Допускается концентрация сопутствующих примесей до 0,25% для фосфора, никеля и меди, до 0,05% для серы и мышьяка.

Вид примеси и объемная концентрация в стали зависят от местонахождения рудника и в минимальных количествах не влияют на полезные свойства сплава.

Химический состав стали 40Х по ГОСТ 4543-2016

Документ регламентирует содержание в расплаве кремния и марганца (до 0,40%), хрома (до 0,80%) и никеля (до 1,10%). Примеси могут быть представлены вольфрамом и молибденом (до 0,20%), ванадием и титаном (до 0,05%), что напрямую зависит от типа руды.

Следовые количества бора и алюминия не запрещены стандартом, допустимое содержание не указывается.

Твердость по Бриннелю ГОСТ 4543-2016

В тесте на вдавливание индентора сталь показывает результат в 217 единиц при применении стального шарика для сплавов с твердостью более 450 условных единиц.

В стандарте используется продукция, подвергшаяся отжигу и высокому отжигу, а также прокат после горячей обработки, ковки и отпуска. Срез изделия — от 5 мм и более.

Применение стали 40Х

Этот вид стали используется для изготовления различных комплектующих.

Для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок

Форма поставки — кусковой металл, прошедший горячее штампование или прокатные заготовки. Сплав сохраняет структуру и свойства при температуре окружающей среды -40…+450°С.

При использовании для блоков и стволов арматуры, нижний температурный порог составляет -30°С. Допускаются к применению заготовки, улучшенные прокаливанием и высоким отпуском, не подвергавшиеся сварке.

Фланец
Фланец из стали.

Для крепежных деталей арматуры

Нижняя граница допустимой температуры среды составляет -60…-40°С. Каждый образец продукции подвергается испытанию по Шарпи на удар маятникового копра в месте напротив надреза. Результат считается положительным, если показатель вязкости к действию ударной нагрузки равен или превышает 300 кДж/м.

Крепежные детали
Крепежные детали из стали.

Для изготовления шпинделей и штоков

Материал поставляется в форме сортового проката. Конечный продукт допускается к использованию в температурных пределах -40…+450°С при условии прокаливания.

Шпиндель
Шпиндель, изготовленный из стали.

Для деталей арматуры и пневмоприводов, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур

Металл деталей теряет свои свойства и не рекомендован к применению при температуре ниже -60°С. Не допускается использовать детали сечением более 30 мм и прочностью менее 1000 Н. Требуются два этапа обработки — прокаливание и отпуск.

Детали арматуры
Детали арматуры, изготавливаемые из стали.

Для изготовления основных деталей арматуры атомных станций

Сплав поставляется в виде кускового металла, обработанного горячим штампованием или в форме крепежных изделий. Применение конечного продукта при температуре свыше +500°С не допускается.

Арматура атомных станций
Арматура для атомных станций также изготавливается из стали.

Стойкость стали 40Х против щелевой эрозии

Отношение скорости износа структуры стали 40Х под воздействием эрозии к стали вида 12X18H10T (принятой за единицу) составляет 4 балла, что характеризует ее как сталь группы сниженной стойкости.

Механические свойства по ГОСТ 4543-2016

Документ устанавливает требования к измеряемым свойствам железоуглеродных компонентов при +10…+35°С. Образцы должны быть подвергнуты термообработке (возможно ее проведение на этапе заготовки с диаметром в 25 мм).

Сталь прокаливается при +860°С, для охлаждения используется масляная среда. Требуется отпуск (на второй стадии охлаждение производится как в воде, так и в масле).

Для конечного продукта устанавливаются следующие показатели:

  • максимальный уровень текучести — 785 Н/мм²;
  • временное сопротивление — 980 Н/мм²;
  • среднее удлинение (приращение длины после разрыва) — 10%;
  • среднее сужение (приращение площади) — 45%;
  • поглощаемая механическая энергия при ударных нагрузках — 59 Дж/см².

ГОСТ регулирует применение продукции только в случае отделки поверхности легированной хромом сталью. Использование изделия возможно лишь в конструкциях общего назначения.

Механические свойства по ГОСТ 4543-71 при нормальной температуре

В нормальных температурных условиях пределы составляют:

  • максимальный уровень текучести — 785 Н/мм²;
  • временное сопротивление — 980 Н/мм²;
  • среднее удлинение — 10%;
  • среднее сужение — 45%;
  • поглощаемая механическая энергия при ударных нагрузках — 59 Дж/см².

Документ регламентирует требования к продукции, прошедшей ковку и горячий прокат, с диаметром или толщиной сечения не более 250 мм. Прокат заранее калибруется, его поверхность подвергается обработке легированной сталью, свойства улучшаются обработкой высокими температурами.

Механические свойства в зависимости от сечения

Минимальное сечение изделия от 101 до 200 мм показывает 655 МПа сопротивления давлению до момента разрушения образца, 15% удлинения и 45% сужения при кручении до появления трещин в материале. Максимальная твердость — 248 условных единиц.

При увеличении объема детали до 500 мм в сечении, сопротивление составляет 590 МПа, относительные показатели удлинения и сужения изменяются незначительно (14% и 38% соответственно), твердость снижается до 215 единиц.

Сталь
Горячекатаные рулоны сталь 40х.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Минимальная температура отпуска равна +200°С, максимальная +600°С.

Максимальные значения проявляются при меньшей температуре: сопротивление нагрузке на образец 1760 МПа, относительное удлинение и сужение — 8% и 35% соответственно. Твердость составляет 552 единиц.

При увеличении температуры отпуска до +600°С, сопротивление — 860 МПа, удлинение до разрушения — 14%, сужение — 60% от первоначального объема.

Показатели рассмотрены для образцов после прохождения прокаливания при +850°С.

Механические свойства при повышенных температурах

При температуре использования, равной +200°С, свойства образцов составляют: 880 МПа сопротивления в условиях повышенной нагрузки, 15% удлинения и 42% — сужения. До деформации металл способен поглотить 118 Дж механической энергии на 1 см².

В температуре применения деталей, равной +500°С, показатели составляют: 490 МПа сопротивления давлению и нагрузке, 21% возможного удлинения и 80% сужения образца до разрушения структуры и появления внутренних трещин. Вязкость при деформации — 78 Дж на 1 см².

Для образца, прошедшего ковку и отжиг, с диаметром 10 мм при длине 50 мм, скорость деформирования принимается равной 5 мм в минуту, деформации — 0,002 единицы обратного времени.

В таких условиях при температуре среды +700°С временное сопротивление образца воздействию нагрузки составит 175 МПа, удлинение и сужение — 33% и 78% соответственно.

При увеличении температуры до +1200°С сопротивление составит 24 МПа, относительное удлинение и сужение до разрушения — 70% и 100%.

В условиях деформирования и деформации способность структуры поглощать механическую энергию ударной нагрузки не устанавливается стандартом.

Ударная вязкость KCU

Способность структуры стали 40Х сопротивляться ударным нагрузкам после прокаливания при +850°С и отпуске при +650°С составляет в температуре среды использования -70°С 85 Дж до момента разрушения. Максимальное сопротивление проявляется при +20°С окружающей среды — оно составляет 160 Дж на 1 см².

При прокаливании при +850°С и отпуске при 580°С значения сопротивления составят: 54 Дж в температурных условиях до -70°С и 91 Дж на 1 см² металла при +20°С.

Показатели достигаются благодаря добавлению хрома, структура становится надежнее и устойчивее.

Ударная вязкость
Испытание на ударную вязкость.

Термообработка ГОСТ 4543-71

Для хромированного железоуглерода не требуется вторая закалка, температура первой составляет +860°С. В качестве среды для последующего охлаждения используется масло. Отпуск осуществляется с применением водной или масляной среды, температура равна +500°С.

Размер заготовки для термообработки в сечении не должен быть менее 25 мм.

Критический диаметр после закалки в различных средах

При максимальной твердости от 43 до 46 HRC3 и содержании мартенсита не более 50% диаметр составляет от 16 до 76 мм.

При критической твердости в диапазоне от 49 до 53 HRC3 и количестве мартенсита, равном 90%, диаметр равен от 6 до 58 мм.

В обозначенных пределах прут с сечением цилиндрической формы прокаливается насквозь.

Температура критических точек

Для легированной хромом стали критические точки (в °С):

  • 743 — в начале перекристаллизации (превращение перлита в аустенит);
  • 815 — в конце перекристаллизации и переходе в однофазное аустенитное состояние;
  • 730 — в перекристаллизации при переходе бета-железа в альфа-железо;
  • 693 — в момент перехода аустенита в перлит (окончание перекристаллизации);
  • 325 — последней точке Чернова.

Предел выносливости стали 40Х

Максимальная выносливость образца в момент сгиба металла составляет 509 МПа при временном сопротивлении 960 МПа. Выносливость при кручении до момента разрушения — 240 МПа при сопротивлении 690 МПа. Закалка с последующим отпуском незначительно увеличивает показатели.

Физические свойства стали 40Х по ГОСТ 4543-2016

Регламентированная плотность 7,85 г/см³ носит характер рекомендации, представляет собой типичную величину для этого вида стали.

Технологические свойства марки 40Х по ГОСТ 10702-2016

Стандарт устанавливает возможные температуры применения по сортаменту производимых изделий из стали:

  • гайки и шайбы: от -40°С до +450°С;
  • шпильки: от -40°С до +425°С.
Гайки и шайбы
Болты и гайки из стали 40Х.

Аналоги и номенклатура

Составы стали с такими же свойствами (повышенная надежность и жизнестойкость в конструкциях), присутствуют в России (взаимозаменяемы) и в иностранных странах.

Отечественные

Возможность замены на материал родственного состава должна анализироваться в каждом случае, универсального решения не существует.

Отечественные заменители:

  1. 38ХА. Углерода — 0,38%, хрома — до 1,5%, «А» — обозначение сплава стандарта высокого качества;
  2. 40ХН. Углерода — 0,40%, легирование 1,1%-м хромом и 1,5%-м никелем;
  3. 40ХС. Количество углерода и хрома остается тем же, дополнительный легирующий элемент — кремний в концентрации 1,2-1,5%
  4. 40ХФА. Углерод — 0,40%, легирующий элемент — ванадий 1,1%.«А» — железоуглеродный сплав высокого стандарта качества. Используется при температурах до +400°С

Применение: изготовление заготовок и конечных продуктов усиленной износостойкости (шестерней, опор, валов, осей), в т.ч. для предприятий по добыче газа и нефти (трубопроводы, корпуса).

Зарубежные

Аналоги включают железоуглеродные сплавы с 0,40%-м содержанием углерода и легированием хромом следующих маркировок:

  • Соединенные Штаты Америки: 5135, 5140, 5140 H (51 — содержание хрома 1,03%, последние две цифры — содержание углерода, умноженное на сто, Н — интервал содержания углерода расширен);
  • Германия: 41Cr 4, 41Cr S 4, 42Cr 4 (первые две цифры — содержание углерода, умноженное на сто, Cr — легирована хромом, S — обозначение нормального содержания углерода);
  • Япония: SCr 435, SCr 435 H, SCr 440, SCr 440 H (S — маркировка качественной стали, Cr — легирована хромом, 4 — порядковый номер стали, последние две цифры — содержание углерода, умноженное на сто);

Иностранная маркировка похожа: содержание углерода, указание легирующего компонента, при необходимости добавляется обозначение качества стали.

Дополнительные характеристики стали 40х

К дополнительным характеристикам отнесены требования материала к сварке и ковке, предрасположенность к появлению трещин, участков ослабления структуры и изломам.

Сварка

Варится и режется сложно. Выдерживает сварку электрической дугой и электрошлаковую, а также точечную контактную. Обязательное условие — термоулучшение после окончания работ для увеличения прочности соединения.

Сварка
Сварка стали вольфрамовым электродом.

Ковка

Начальная температура для поковки равна +1250°С, окончания +800°С. Детали с площадью среза менее 350 мм в условиях естественной природной среды охлаждаются.

Флокеночувствительность

Во время отливки деталей и при деформации в условии высоких температур могут образовываться внутренние трещины. Проблема решается строгим соблюдением температурного режима.

Склонность к отпускной хрупкости

Предрасположена к образованию межкристальных изломов по границам бывших зерен аустенита. Вероятность проявления возрастает при отклонении от технологий термообработки.

Виды обработки

Двойная термическая обработка включает закалку на мартенсит (в масляной среде), последующее охлаждение и отпуск для снижения внутреннего напряжения стали.

Виды охлаждения:

  • в воздушной среде (большеразмерные комплектующие);
  • в масляной среде (повышает качество изделия на выходе).

Использование водной среды может привести к появлению брака (угара металла, деформации, окалин).

Виды высокого отпуска:

  • с использованием масла в качестве среды (температура ванны составляет +500°С);
  • с применением воздуха (+200°С).

Дополнительно может проводиться последующая нормализация.

Преимущества и недостатки

Для работы с конструкциями повышенной прочности хромированный железоуглерод подходит за счет твердости структуры, устойчивости к жару и воде, окислению компонентами окружающей среды, резкому повышению или понижению температур.

Возможно применение в агрессивных средах, отсутствует потребность в очищении поверхности изделия для установки под открытым небом.

Предрасположена образовывать внутренние трещины, изломы и надломы в местах стыков при несоблюдении технологического режима в прокаливании. Перед свариванием частей нуждается в прогреве и термоулучшении.

Расшифровка кратких обозначений

Приводятся общепринятые символы и единицы измерения для всех металлов.

Механические свойства

НВ — мера твердости, одна условная единица, равная перемещению конуса на 2 мкм.

Н/мм² — мера напряжения, Ньютон на квадратный метр (для удобства не везде конвертирована в мегапаскали). Кв.см. — квадратные сантиметры.

Физические свойства

Плотность (г/см³, кг/м³) приведена в значении массы стали в одном кубическом сантиметре (метре).

Евгений Плющев

Закончил УрФУ имени Б.Н. Ельцина. Имею опыт в сфере металлообработки 25 лет. За это время работал литейщиком, термистом и гальваником. Станочник широкого профиля (3 разряд).

Оцените автора
guest
1 Комментарий
Новые
Старые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
IamJiva
IamJiva
2 месяцев назад

Евгений Плющев, как вы считаете, можно ли самостоятельно изготовить свинцовую ленту, залив расплав аккумуляторного свинца в консервную банку с шелью — прорезью в дне(как у копилки для вбрасывания внутрь нее монеток), какого либо размера,- выливая так через щель на улице с крыши …этажного дома(с высоты 30метров например), или в колодец пустой глубокий даже…
можно ли простыми средствами такими получить на земле внизу эту ленту свинцовую, смотать в рулон получив материал более редкий чем отслуживший аккумулятор бесполезный почти…
Какие сложности ожидаются при изготовлеении Фильеры(Экструдера?) для литья свинцовой ленты?
Конструировать электролизеры воды(электрод не деградирующий особо,удобно рулоном мотать со спейсером типа пластиковой решетки рулонной тоже), а также аккумулятор «Оптима» из остатков использованных аккумуляторов сделать былоб интересно, или даже по старинке, без намазки: просто свинец+тренировка(fормовка) многократная (циклы переполяризации, заряд-разряд) активную массу порождающая

Последний раз редактировалось 2 месяцев назад IamJiva ем
Авторизация
*
*
Регистрация
*
*
*
*
Генерация пароля
Adblock
detector