Сталь 40 и 40х сравнение

Обновлено: 26.04.2024

Сталь 40 относится к конструкционным углеродистым нелегированным специальным качественным сталям. Сталь марки 40 рекомендуется для изготовления крепежных деталей.

Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)

С	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni	As
С	Si	Mn	не более
0,37-0,45	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25	0,04	0,035	0,25	0,25	0,08

Химический состав, % (ГОСТ 1050-2013)

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu
				не более
40	0,37-0,45	0,17-0,37	0,50-0,80	0,030	0,035	0,25	0,30	0,30

Применение

После поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ сталь марки 40 применяется для изготовления деталей средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и повышенной износостойкости при малой деформации, например:

длинные валы,
ходовые валики,
зубчатые колеса.

После улучшения сталь 40 применяется для изготовления следующих деталей:

коленчатые валы,
шатуны,
зубчатые венцы,
маховики,
зубчатые колеса,
болты,
оси.

В нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности сталь марки 40 применяется для изготовления:

муфт насосных штанг,
валов центробежных насосов,
компрессоров,
роторов,
штоков грязевых насосов,
стволов и переводников вертлюгов,
переводников для рабочих и бурильных труб,
корпусов колонковых долот,
пальцев крейцкопфов грязевых насосов,
роликов превентора,
конических шестерен,
фиксаторов и шпонок буровых станков,
цепных колес буровых лебедок,
штифтов,
упорных винтов,
скалок насосов,
цапф и т. д

Применение стали 40 для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали	НД на поставку	Температура рабочей среды, °С	Дополнительные указания по применению
40 ГОСТ 1050	Сортовой прокат ГОСТ 1050	От -40 до 425	Применяется после термообработки (закалка и высокий отпуск) при температуре ниже минус 31°С до минус 40°С

Применение стали 40 для изготовления крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)

Марка стали	Технические требования	Допустимые параметры эксплуатации		Назначение
		Температура стенки, °С	Давление среды, МПа (кгс/см 2 ), не более
Сталь 40 ГОСТ 1050, ГОСТ 10702	СТП 26.260.2043	От -40 до 425	10 (100)	Шпильки, болты
			16 (160)	Гайки
		От -40 до 450	16 (160)	Шайбы

Пределы применения, виды обязательных испытаний и контроля стали 40 для фланцев для давления свыше 10 МПа (100 кгс/см 2 ) (ГОСТ 32569-2013)

Марка стали, стандарт или ТУ		40 ГОСТ 1050
Технические требования		ГОСТ 9399
Наименование детали		Фланцы
Предельные параметры	Температура стенки, °С, не более	От -40 до +200
Предельные параметры	Давление номинальное, МПа (кгс/см 2 ) не более	32 (320)
Обязательные испытания	σ_0,2	+
	σ_в	+
	σ	+
	f	+
	KCU	+
	HB	+
Контроль	Дефектоскопия	+
Контроль	Неметаллические включения	—

Стойкость стали 40 против щелевой эрозии

Группа стойкости	Балл	Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T
Нестойкая	6	0,005-0,05

ПРИМЕЧАНИЕ
Коэффициент эрозионной стойкости материала представляет собой отношение скорости эрозионного износа материала к скорости эрозионного износа стали 12Х18Н10Т (принятой за 1).

Температура критических точек, °С

Термообработка

Детали из стали марки 40 подвергаются нормализации при температуре 860-880° С или закалке в воде с температуры 840-860° С с последующим отпуском; температура отпуска устанавливается в зависимости от требуемых механических свойств. Так, например, детали буровых установок (шестерни, фиксатор, шпонки) превентора (плита основной опоры, ролики) подвергаются отпуску при температуре 550° С, цепные колеса буровой лебедки — при температуре 500 С.

Твердость HB для металлопродукции из стали 40 (ГОСТ 1050-2013)

Марка стали	Твердость HB, не более, для металлопродукции
	горячекатаной и кованой		калиброванной и со специальной отделкой поверхности
	без термической обработки	после отжига или высокого отпуска	нагартованной	после отжига или высокого отпуска
40	217	187	241	197

Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 1050-2013)

Марка стали	не менее
Марка стали	Предел текучести σ_т, Н/мм 2	Временное сопротивление σ_в, Н/мм 2	Относительное удлинение δ₅, %	Относительное сужение Ψ, %
40	335	570	19	45

Механические свойства проката

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	σ_0,2, МПа	δ₅(δ₄), %	Ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость HB, не более
ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	не менее				Твердость HB, не более
ГОСТ 1050-88	Сталь горячекатаная, кованая калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации	25	570	19	45	59	—
	Сталь калиброванная 5-й категории:
	после нагартовки	—	610	6	35	—	—
	после отжига или высокого отпуска	—	510	14	40	—	—
ГОСТ 10702-78	Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска и отжига	—	До 590	—	40	—	197
ГОСТ 4041-71 (образцы поперечные)	Лист термообработанный 1 и 2-й категорий	4-14	510-650	21	—	—	167
ГОСТ 1577-93	Лист нормализованный или горячекатаный	80	560	20	—	—	—
	Лист отожженный или высокоотпущенный	80	520	21	—	—	—
	Полоса нормализованная или горячекатаная	6-25	570	19	45	—	—
ГОСТ 16523-89 (образцы поперечные)	Лист горячекатаный	До 2	510-660	(16)	—	—	—
	Лист горячекатаный	2-3,9	510-660	(17)	—	—	—
	Лист холоднокатаный	До 2	510-600	(17)	—	—	—
	Лист холоднокатаный	2-3,9	510-600	(18)	—	—	—
ГОСТ 2284-79	Лента холоднокатаная отожженная	0,1-4	450-700	(14)	—	—	—
ГОСТ 2284-79	Лента нагартованная, класс прочности Н2	0,1-4	850-1050	—	—	—	—
ГОСТ 10234-77	Лента отожженная плющеная	0,1-4	До 700	10	—	—	—

Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)

Термообработка	Сечение, мм	КП	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	Ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость НВ, не более
			не менее
Нормализация	300-500	215	215	430	18	40	44	123-167
	500-800				16	35	39
	100-300	245	245	470	19	42	39	143-179
	300-500				17	35	34
	До 100	275	275	530	20	40	44	156-197
	100-300				17	38	34
Закалка+отпуск	300-500	275	275	530	15	32	29	156-197
	500-800				13	30	29
	100-300	315	315	570	14	35	34	167-207
	До 100	345	345	590	18	45	59	174-217

Механические свойства после закалки с 850 °С в масле

t_отп, °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	Ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость НВ, не более
200	750	930	7	45	29	267
300	710	860	8	51	69	247
400	640	790	10	57	88	225
500	550	730	12	62	127	208
600	450	660	16	66	167	188
700	380	620	17	71	206	170

Механические свойства при повышенных температурах [81]

t_исп, °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	Ψ, %
700	99	140	48	85
800	70	110	53	97
900	54	71	55	100
1000	28	58	69	100
1100	24	37	60	100
1200	16	26	87	100
1300	12	18	56	100

ПРИМЕЧАНИЕ. Образец диаметром 6 мм и длиной 80 мм, прокатанный. Скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с.

Ударная вязкость KCU [28]

Термообработка	KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
Термообработка	+20	-40	-80
Закалка с 850 °С в воде; отпуск при 400 °С	78	55	51

Предел выносливости [140]

Термообработка	σ_-1, МПа
Отжиг при 850 °С, σ_0,2 = 275 МПа, σ_в = 520 МПа	231
Закалка с 845 °С, в воду; отпуск при 550 °С, σ_0,2 = 600 МПа, σ_в = 710 МПа, НВ 209	393
Закалка с 845 °С в масло; отпуск при 430 °С, σ_0,2 = 415 МПа, σ_в = 630 МПа	230

ПРИМЕЧАНИЕ. σ 400 _1/100000 = 100 МПа; σ 450 _1/100000 = 50 МПа; σ 500 _1/100000 = 30 МПа; σ 400 _1/10000 = 260 МПа; σ 500 _1/10000 = 70 МПа; σ 400 _1/100000 = 190 МПа; σ 500 _1/100000 = 44 МПа.

Технологические свойства [81]

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Охлаждение заготовок сечением до 400 мм на воздухе.

Свариваемость — ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.

Обрабатываемость резанием — K_{v тв.спл} = 1,2 и K_{v б.ст} = 1,05 в горячекатаном состоянии при НВ 170 и ав= 520 МПа.

Флокеночувствительность — не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Прокаливаемость, мм (ГОСТ 1050-88) [51]

Полоса прокаливаемости стали 40 после нормализации при 850 °С и закалки с 850 °С приведена на рисунке ниже.

Сталь 40Х

Сталь 40Х — это коррозионно-стойкий сплав, используемый для выпуска машинных и автомобильных металлоизделий, а также стальных высокопрочных элементов иного назначения.

Это материал с регламентированным содержанием легирующих добавок в составе (легированный). Относится к категории конструкционных металлов.

ГОСТы, расшифровка, характеристики

Производится марка стали 40Х в рамках государственных стандартов. Контролирует его качество ГОСТ 4543-2016 (этот документ заменил ГОСТ 4543-71). Регламент определяет способ выплавки и переплавки, общие характеристики и форму выпуска металла.

По ГОСТу 4543-2016 выплавляться сталь может в слитках, а также в непрерывно-литых заготовках. Поставляется в полосах, мотках и круглых или шестигранных прутках.

Форма металлоизделия зависит от вида поставки. Сечение может быть:

прямоугольным,
квадратным,
круглым,
шестигранным.

Поверхность бывает без обдирки или с обточкой.

По ГОСТу 4543-2016 (ГОСТу 4543-71) на производстве может применяться горячекатаный, калиброванный и кованый метод. Допустимо применение одного из следующих способов выплавки и переплавки:

мартеновский;
открытый (индукционный или дуговой);
кислородно-конвертный;
вакуумно-индукционный, вакуумно-дуговой или плазменно-дуговой (по ГОСТу 4543-71 или 4543-2016 второй и третий — только для переплава);
электрошлаковый (для переплавки).

Есть и другие стандарты на сталь 40Х, действие которых определяется видом металлоизделий. Это ГОСТы:

Силу имеет и ГОСТ 33260-2015. В документе прописываются условия производства трубопроводной арматуры. Определяет ГОСТ 33260-2015 и качество стальных материалов, применяемых в арматуростроении.

Характеристики стали 40Х зависят от ее состава. Преобладающие компоненты стандартно отражены в маркировке. Ее расшифровка будет следующей:

цифра «40» указывает на вид главного химического элемента в металле. В данном случае это углерод. Его концентрация составляет 0,44% (это число округлено к целому, то есть к 0,40%, так как это вещество содержится в объеме от 0,36%). Этот компонент определяет главные эксплуатационные особенности сплава;
«Х» свидетельствует о наличии легирующей добавки. Она — второй главный химический элемент. В марке 40Х это хром. Концентрация элемента равна чуть более 1%. Такое количество указывает на повышенную стойкость к распространению коррозии. Этим свойством обладает микроструктура стали за счет хрома.

Но расшифровка марки стали не означает, что в этом сплаве содержатся только эти химические элементы. В нем есть и другие компоненты, но в наименьшем объеме. Их наличие определяет физические, механические, эксплуатационные и технологические свойства металла.

Химический состав

никель (N). Его максимальное содержание не превышает 0.3%;
марганец (Mn). В этом металле его может быть от 0.5 до 0.8%;
кремний (S). Допустимое значение — не менее 0.17, но не более 0.37%;
медь (Cu). Этого элемента меньше всего. Здесь его не больше 0.035% (такое количество существенно не влияет на свойства материала).

Есть в этой стали и легирующие примеси, относящиеся к вредным добавкам — фосфор (P) и сера (C). Их концентрация строго регламентируется государственным стандартом. Превышение нормированных значений требует отбраковки готового сырья. По ГОСТу их количество не должно превышать 0.035%.

На рисунке ниже вы можете увидеть концентрацию каждого химического элемента в сплаве:

Рекомендованное количество всех компонентов по действующему ГОСТу (4543-2016) и старому (4543-71) отличается.

Согласно стандарту 2016-го:

По старому регламенту:

Именно химический состав сказывается на свойствах металла. Он определяет и технические условия сплава.

Основные свойства: физические, механические

Этот металл имеет оптимальный показатель прочности. Он твердый, но не гибкий. Его особенность заключается в высокой устойчивости к коррозионному растрескиванию и воздействию агрессивной среды. Объясняется это высокой концентрацией хрома в составе.

Главные физические свойства сплава в следующем:

модуль упругости находится в пределах от 1.32 до 2.14 (МПа);
расширение линейного типа (при температурном режиме в диапазоне +20 градусов) составляет от 11.9 до 14.6 (1/Град);
тепловая проводимость материала согласно испытаниям — минимум 26 и максимум 46 (Вт/м.Град);
плотность стали 40Х в зависимости от общих условий равна 7430-7820 кг/куб. м;
удельное значение теплоемкости при температурном режиме в +20 градусов равно 466-664 (Дж);
электросопротивление (удельное значение) — от 210 до 1170 (Ом/м).

Данные свойства получены в определенных испытательных и температурных условиях (указаны в первом столбце таблицы):

Механические свойства стали 40Х включают: твердость, значения плотности, прочностные характеристики.

Из основных параметров выделим:

плотность. Она находится в пределах 7820 кг/ кв. м;
максимальный предел прочности равен 960 единицам (определен при испытаниях на временное сопротивление), а также 509 единицам (определен в момент сгиба). Измеряется в МПа;
предел текучести составляет около 785 Н/ кв. мм.

В зависимости от шкалы измерения твердость HRC (в МПа) выражается в различных цифровых значениях. Самое распространенное определение — по Бринеллю. В данном случае этот параметр равен 187 единицам. Твердость по Роквеллу немного другая, хотя состав стали и условия испытаний не меняются. Она составляет 217 единиц.

Отметим и то, что ударная вязкость может быть минимум 400 и максимум 850 кДж на кв. м.

Механические характеристики в зависимости от типа металлоизделия представлены в таблице:

Технологические свойства, термообработка

Из основных технологических свойств выделим, то что этот материал имеет склонность к отпускной хрупкости. Но для улучшения данного показателя металл проходит дополнительную термообработку.

К тому же, это флокеночувствительная сталь.

Свариваемость металлопродукции имеет ограничения. Сварка стали возможна при проведении дополнительных операций. Сначала осуществляется предварительный подогрев заготовки (термообработка) до 200-300 градусов по Цельсию, затем сварочные работы, после этого окончательная термообработка металла — отжиг.

Для получения оптимальной твердости проводится закалка стали. Металлоизделия нагревают до критических температурных точек, в результате чего сплав меняет свою кристаллическую структуру. Прокаливаемость стали изменяет ее физико-механические способности, что определяет условия и допустимые сферы ее применения.

Закалка стали 40х осуществляется в масляной среде при 860 градусах по Цельсию (это максимальная температура закалки). Отпускной температурный режим составляет 500 градусов (среда — масло, вода). Нормализация стали проводится постепенно. Это позволяет получить материал нужной твердости и плотности.

Обычно легированная сталь 40Х проходит и другие этапы обработки. На производстве проводится:

Из других характеристик сплава выделим то, что:

он хорошо режется (кроме сварочных методов резки);
температура плавления стали 40Х до жидкого состояния составляет выше 1250 градусов по Цельсию (это тугоплавкий металл);
температура ковки стали 40Х равна 1250 (начало) и 800 (конец) градусам по Цельсию (среда охлаждения — воздух).

Достоинства и недостатки

Из плюсов выделим:

высокую коррозионную стойкость;
устойчивость к нагрузкам;
износостойкость;
возможность эксплуатации при любых внешних условиях;
устойчивость к короблению.

Кроме этого, поверхность металлоизделий не нужно дополнительно обрабатывать и чистить.

К минусам относится:

флокеночувствительность;
плохая свариваемость;
отпускная хрупкость.

Аналоги

У этой марки стали есть разные заменители. Говоря про отечественные аналоги, выделим:

45Х. Если брать сталь 40Х и 45 в сравнение, то видно, что во втором случае в сплаве присутствует больше углерода (0,45%), содержание хрома в нем приблизительно 1%;
38ХА (в некоторых случаях заменителем выступает металл из этой подгруппы — 30ХГСА). Оба варианта отличаются по химическому составу (в первом случае, кроме углерода в составе преобладает хром, а во втором — хром, марганец, кремний). Последняя буква в маркировке представленных видов сплавов указывает на то, что они высококачественные («А»). Сталь 38ХА и 40Х в сравнении обладают приблизительно одинаковым химическим составом (разные лишь проценты содержания углерода и класс качества). А вот сталь 30ХГСА и 40Х в сравнении уже больше отличаются по этому показателю. В первом образце меньше углерода, но больше иных элементов, а еще он относится к высокому классу качества. Но заметим, что при закалке оба сплава получают практически идентичные параметры твердости;
40ХН. Этот металл близок по составу. Схожи и его физические свойства. Но если брать сталь 40Х и 40ХН в сравнение, то можно заметить, что во втором сплаве имеется относительно большое содержание никеля (около 1%);
40ХС. Здесь такое же количество углерода и хрома. Но имеется в составе еще и кремний (до 1%);
40ХФ. Отличается повышенным содержанием ванадия;
40ХР. Тоже содержит хром. Имеется в этом сплаве и высокая концентрация бора (до 1%).

В качестве заменителя нередко используют металлы марок 40, 20, и 20Х. Сталь 40Х и сталь 20 в сравнении отличаются по общему объему углерода (во втором случае его около 0,2%). Кроме этого, в аналоге отмечается незначительное содержание хрома (до 0,25%), поэтому в маркировке он не указывается.

То же самое можно сказать про сталь 40 и 40Х в сравнении. Хотя в этом случае объем углерода в составе одинаковый. Но если брать сталь 20Х и 40Х в сравнение, то можно заметить, что этот химический элемент в заменителе присутствует практически в таком же количестве.

Взяв во внимание особенности всех перечисленных образцов, сделаем вывод: сталь 45Х и 40Х в сравнении практически идентичны, поэтому этот сплав лучше остальных подойдет в качестве заменителя.

Но существуют еще и аналоги зарубежные. Заметим, что таких металлов очень много (несколько десятков). Среди них есть как точные, так и ближайшие по химическому составу и физико-механическим свойствам. Перечислим основные марки стали.

Аналоги (Китай, Европа, США и др.) определены по стандартам:

AISI, SAE, ASTM (Соединенные Штаты Америки);
GB (Китай);
EN (Европейский Союз);
DIN, STAS, WNr, BDS, UNI, UNE, AFNOR, SS, MSZ, PN, NBN, CSN, BS (отдельные страны Европы).

Также некоторые заменители можно найти в классификаторах:

JIS, KS (Япония и Южная Корея);
AS (Австралия).

Полный список зарубежных аналогов представлен в таблице:

Определить вероятность замены на тот или иной вид сплава можно только после тщательной оценки химического состава каждого.

В этом поможет и сравнение свойств металлов в зависимости от целей использования и условий будущей эксплуатации тех металлоизделий, в которых планируется применить заменяющую сталь.

Использование

Эта сталь широко известна своим применением в машиностроении. Из нее изготавливаются высокоточные и качественные детали для автомобилей, сельскохозяйственных машин, промышленных станков и прочего оборудования, включая: шпиндели, штоки, оси, кулочковые и коленчатые валы, диски, рейки, втулки, поковки, детали трубопроводной арматуры, болты и прочие крепежные элементы.

Имеет металл и иное применение. Так, например, изготавливается труба бесшовная из стали 40Х (государственные регламенты 13663, 8731, 8733). Производят из нее полосы по госстандартам 82-70, 103-76, 1577, а также поковки по нормативному документу 8479.

Кроме этого, выпускается толстый лист из стали 40Х для дальнейшего применения в промышленности и быту. Из нее производятся кухонные предметы, в том числе и ножи. Этот металл не поддается коррозии и хорошо затачивается.

Сталь марки 40Х

Особенности стали 40х, как указано выше, определяются богатым содержанием в ней примесей. Среди них, кроме основных рассмотренных, есть медь, марганец, никель, кремний, сера и фосфор. Все эти элементы в некотором смысле усложняют обработку такого металла, в том числе и термическую. Так, чтобы достичь нужной пластичности при закалке стали 40х, необходимо обеспечить сильный прогрев ее в муфельной печи до заданных температур. Остужать материал также нужно в определенном режиме для достижения необходимой твердости структуры.

Так как сталь 40х используется при изготовлении деталей ответственных механизмов: шестерней, валов, реек, осей, втулок и болтов, – точности процесса ее закалки уделяют особое внимание.

Что нужно знать о материале, подбирая конкретный режим термообработки:

Твердость металла в исходном состоянии, выраженная в мегапаскалях — HB 10-1 = 217.
Температура так называемых точек критического значения. Это показатели нагрева до определенных градусов, после чего сталь 40х может потерять свои положительные качества: Ar1 = 693, Ar3(Arcm) = 730, Ac3(Acm) = 815, c1 = 743.
Если температуру отпуска принять равной 200 градусов по Цельсию, то показатель твердости HB будет равен 552 МПа.

Закалка стали 40х однозначно ведет к увеличению ее твердости и снижению показателя пластичности. Но процентное соотношение этих показателей для такого металла будет зависеть от следующих факторов:

Время, за которое будет нагрета деталь до заданной температуры, влияет на общие показатели скорости термической обработки.
Интервал выдержки металла в разогретом состоянии. От этого показателя зависит равномерность прогрева всей структуры металла и приведение каждого звена кристаллической решетки в подвижное состояние.
Скорость, с которой заготовка подвергается охлаждению. Важный параметр при формировании новой кристаллической решетки.

Максимальная твердость стали 40х после закалки

Сталь 40Х
Процесс закалки
Отпуск и нормализация

При сильном нагреве практически все материалы изменяют свои физические характеристики. В некоторых случаях нагрев проводится целенаправленно, так как подобным образом можно улучшить некоторые эксплуатационные качества, к примеру, твердость. Термическая обработка на протяжении многих лет используется для повышения твердости поверхности стали.

Выполнять закалку следует с учетом особенностей металла, так как технология повышения твердости поверхности создается на основании состава материала. В некоторых случаях провести закалку можно в домашних условиях, но стоит учитывать, что сталь относиться к труднообрабатываемым материалам и для придания пластичности нужно проводить сильный нагрев до высоких температур при помощи определенного оборудования.

В данном случае рассмотрим особенности нагрева стали 40Х для повышения пластичности и проведения закалки или отпуска.

Сталь 40Х

Как ранее было отмечено, для правильного проведения закалки и отпуска стали следует учитывать ее состав и многие другие особенности. Выбрать правильно режимы термической обработки можно с учетом следующей информации:

Рассматриваемая сталь относится к конструкционной легированной группе. Легированная группа характеризуется содержанием большого количества примесей, которые определяют изменение эксплуатационных качеств, в том числе твердости.
Используется в промышленности при создании валов, осей, штоков, оправок, реек, болтов, втулок, шестерней и других деталей.
Показатель твердости до проведения термической обработки HB 10 -1 = 217 Мпа.
Температура критических точек определяет момент, при котором сталь 40Х начинает терять свои качества из-за термической обработки: c1= 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730, Ar1 = 693.
При температуре отпуска 200 °С HB = 552.

Расшифровка стали 40Х говорит о том, что в составе материала находится 0,40% углерода и 1,5% хрома.

Процесс закалки

Процесс обработки высокой температурой стали 40Х и иного сплава называют закалкой. Стоит учитывать, что нагрев выполняется до определенной температуры, которая была определена путем многочисленных испытаний. Время выдержки, после которого проводится охлаждение, а также другие моменты можно узнать из специальных таблиц. Провести нагрев в домашних условиях достаточно сложно, так как в рассматриваемом случае нужно достигнуть температуры около 800 градусов Цельсия.

Химический состав стали 40Х

Результатом сильного нагрева и выдержки металла 40Х на протяжении определенного времени с последующим резким охлаждением в воде становится повышение твердости и уменьшение пластичности. При этом результат зависит от нижеприведенных показателей:

скорости нагрева металла 40Х;
времени выдержки;
от скорости охлаждения.

При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска

При выборе метода разогрева поверхности следует обратить внимание на ТВЧ. Этот метод более популярен, чем обычная объемная обработка по причине достижения необходимой температуры за более короткое время.

В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.

Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:

разогревается электропечь;
следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
завершающим этапом становится охлаждение в ванной с водой или другой жидкостью.

Определить самостоятельно момент, после которого следует охладить металл, в промышленных и домашних условиях невозможно. Именно поэтому по проведенным исследованиям было принято, что для нагрева металла в электропечах необходимо 1,5-2 минуты на один миллиметр, после чего структура может быть перегрета.

Определение твердости проводится по методу Роквелла. Улучшение, проведенное путем отпуска или закалки, можно измерить при помощи обозначения HRC. Стандартное обозначение HR, к которому проводится добавление буквы в соответствии с типом проведенного испытания. Обозначение HRC наиболее часто встречается, последняя буква означает использование алмазного конуса с углом 120 0 при испытании.

Оптимальный режим термической обработки

Существуют специальные таблицы, где указаны рекомендуемые температуры термической обработки стали 40х для достижения тех или иных свойств металла относительно его твердости и пластичности, ударной вязкости и других показателей. Если проводить операцию закалки не в производственных, а в домашних условиях, то здесь оптимальными режимами процесса будут следующие:

Электропечь прогревают до температуры, близкой к 860 градусам по Цельсию. При стандартной мощности печи по времени это занимает около 40 минут.
Время выдержки заготовки в камере принимают равным 10–15 минутам. Визуально цвет стали 40х должен приобрести однородный желтый оттенок.
Для охлаждения чаще используют масляную среду, реже — воду.

Более точно рассчитать время нагрева изделия из металла можно, используя правило: на каждый кубический миллиметр нужно давать от 1.5 до 2 минут пребывания детали внутри камеры электропечи.

ПОСМОТРЕТЬ Плавильная печь на AliExpress →

Как показала практика, для стали 40х наиболее эффективный способ закаливания — при разогревании металла токами высокой частоты (ТВЧ). Такой прогрев характеризуется быстрым достижением заданной температуры, а также улучшенными показателями прочности изделия при эксплуатации.

Процесс закалки

При выборе метода разогрева поверхности следует обратить внимание на ТВЧ. Этот метод более популярен, чем обычная объемная обработка по причине достижения необходимой температуры за более короткое время.

Отпуск и нормализация

Чтобы в структуре стали не образовывались микротрещины, технологией процесса предусмотрена операция отпуска после закалки. На этом этапе изделие разогревают до температуры, которая имеет более низкое значение, чем температура критической точки. Здесь также происходит выдержка материала в течение определенного интервала времени в таком состоянии. Далее следует охлаждение изделия. Все внутренние напряжения после проведения этих мероприятий нейтрализуются, структура кристаллической решетки улучшается, пластичность увеличивается.
Для марки стали 40х можно применить три вида отпуска:

Отпуск на низких температурах предполагает прогрев детали до предела 250 градусов по Цельсию с выдержкой. Остужают заготовку на открытом воздухе. Термообработка такого характера способствует нейтрализации напряжений при минимальном увеличении пластичности без влияния на твердость. Используется метод редко, так как велика вероятность образования хрупкой структуры.
Отпуск на средних температурах. Прогрев здесь идет до 500 градусов по Цельсию. За счет более высокой температуры возрастает вязкость изделия с пропорциональным снижением твердости. Метод подходит для изготовления автомобильных рессор, пружин, другого специфического инструмента.
Отпуск на высоких температурах с увеличением прогрева до 600 градусов по Цельсию. В этом случае внутри кристаллической решетки распадается мартенсит, образуя при этом сорбит. На практике это лучший вариант пропорционального соотношения пластичности и твердости. Ударная вязкость при этом также возрастает. Детали, полученные таким образом, можно применять в механизмах, подверженных воздействию ударных нагрузок.

Чтобы избежать повышенной хрупкости при отпуске, охлаждение при этом процессе следует делать быстро в специальной вакуумной камере с системой продувки аргоном. Последние два условия помогут избежать возникновения внутренних дефектов в структуре материала, а именно образования раковин, полостей и деформаций.

Если после закаливания сталь 40х разогреть до критической точки, выдержать и охладить на воздухе, то внутренняя структура получит мелкозернистое строение – этот процесс носит наименование нормализация. Ее задача — повысить ударную вязкость металла и его пластичность.

Расшифровка стали 40Х

На территории СНГ применяется стандарт ГОСТ 4543-2016, который позволяет определить не только химический состав, но и различные эксплуатационные качества материала.

Сталь 40Х ГОСТ определяет следующие вещества в составе:

Первая цифра 40 применяется для обозначения основного элемента в составе, которым является углерод. Как правило, большая часть состава приходится на железо, а углерод, концентрация которого составляет 0,44%, определяет основные эксплуатационные характеристики.
Следующая буква Х указывает на то, что в составе есть легирующий элемент, представленный хромом. Отсутствие цифры после буквы указывает на то, что концентрация элемента составляет 1,1%. Как ранее было отмечено, хром повышает коррозионную стойкость структуры. Однако, рассматриваемая марка стали 40Х не характеризуется высокими антикоррозионными качествами.
Рассматривая 40Х ГОСТ отметим, что в состав входит довольно большое количество никеля, кремния и марганца. Они определяют некоторые эксплуатационные характеристики металла, но они не отмечаются в маркировке.

Расшифровка позволяет определить химический состав и основные эксплуатационные качества материала. Стоит учитывать, что зарубежные производители применяют иные стандарты при маркировке материалов, но химический состав у аналогов примерно схожий.

Свойства стали после закалки

Если термическая обработка стали 40х (закалка и отпуск) проведены правильно, в соответствии с ГОСТ 4543–71, который регламентирует такие работы, то металл приобретает следующие свойства:

Твердость повышенного характера с показателями НВ около 217.
Прочность с пределом при разрыве 980 Н/м².
Вязкость ударную 59 Дж/см².

Кроме всего прочего, закаленный металл лучше поддается ручной сварке при помощи дуги и электрошлаковой сварке.

Химический состав

Цифра 40 в маркировке свидетельствует о том, что процентное содержание углерода в сплаве колеблется в пределах от 0.36 до 0.44, а буквенное обозначение х указывает на наличие легирующего элемента хрома в количестве не менее 0.8 и не более 1.1 процента. Легирование стали хромом придает ей свойство устойчивости к коррозии в окислительной среде и атмосфере. Говоря другими словами, сталь приобретает нержавеющие свойства. Кроме того, хром определяет структуру сплава, его технологические и механические характеристики.

Остальные химические элементы входят в состав стали х 40 в следующем количестве:

Сравнение труб из стали 30хгса и 40х

Области использования стальных труб зависят как от способа производства, так и от состава сплавов.

Характеристика стали 30хгса

Конструкционная высококачественная среднелегированная сталь выпускается со следующим составом в процентах:

С составляет 0.28 ‒ 0.34;
Si 0.9 ‒ 1.2;
Mn и Cr 0.8 ‒ 1.1;
S и P менее 0.025.

При этом легирующие добавки влияют на свойства сплава следующим образом:

углерод увеличивает твёрдость и прочность, ухудшая пластичность;
кремний повышает устойчивость к повышению температуры;
хром отвечает за коррозионную стойкость, жаропрочность, износостойкость;
марганец положительно влияет на свариваемость, качество поверхности, уменьшает растрескивание в процессе термообработки.

Сталь представляется как улучшенная, так как прошла закаливание с отпуском. Эта операция способствует повышению упругости в три раза. Физические и технологические свойства выглядят так:

плотность 7850 кг/м3;
плавится металл при 1500оС, выдерживает нагрузки до 980МПа;
невысокая степень противостояния коррозии;
пластичность на растягивание до 11%, что позволяет справляться с динамическими нагрузками;
твёрдость 50 ед. по шкале Роквелла подходит основной массе деталей;
эксплуатация до 400оС без изменения основных характеристик.

«Хромансиль», первоначально созданный для авиастроения, постепенно перекочевал и в другие отрасли, в том числе производство труб различного назначения.

Свойства стали 40х

Конструкционный легированный сплав содержит, помимо железа, следующие элементы в процентном вхождении:

углерод 0.36 ‒ 0.44;
кремний 0.17 ‒ 0.37;
хром 0.8 ‒ 1.1;
марганец 0.5 ‒ 0.8;
никель, медь менее 0.3;
фосфор, сера менее 0.035.

Марка ст 40Х отличается:

повышенной прочностью;
подходит для ковки, холодной, горячей штамповки;
плохой свариваемостью, поэтому перед проведением операции поверхность нагревают, после шов термически обрабатывают;
флокеночувствительностью;
высокой степенью твёрдости (217МПа);
плотностью 7820 кг/м3;
устойчивостью к низким температурам и их перепадам;
средне выраженной коррозионной стойкостью;
склонностью к отпускной хрупкости.

Разница в применении труб 30хгса и 40х

Оба сплава имеют схожий элементный состав. В обоих углерод придаёт изделиям повышенную прочность, а хром повышает сопротивление к износу и действию коррозионных процессов. Разница состоит в количестве легирующих добавок, что влияет на появление некоторых различий в условиях эксплуатации.

Применяют трубы из сплавов 30ХГСА и 40Х для изготовления:

нефтяного оснащения;
узлов подъёмных механизмов;
станков;
деталей тяжёлых агрегатов, судов;
геофизического оборудования.

Металлоизделия из ст 30ХГСА, 40Х выпускают горячедеформированным способом по ГОСТ 8732-78 и холодной прокаткой по ГОСТ 8734-75. В основном это бесшовные изделия. При схожем применении отмечают следующие различия:

трудносвариваемая труба 40Х показывает хорошее сопротивление трению и не предназначена для ударных воздействий; сочетает свойства конструкционных и теплоустойчивых сталей, ограниченно сваривается.

Области применения труб 30ХГСА:

машиностроение и авиастроение для элементов, подвергающихся регулярным нагрузкам;
нефтегазодобыча для транспортировки рабочих сред на большие расстояния;
в коммунальной сфере для систем водоснабжения и водоотведения благодаря способности материала выдерживать высокие температуры;
в металлургии, оборонной промышленности для конструкций повышенной прочности.

Бесшовная труба 40Х задействуется в энергетической, нефтяной, газовой индустрии и других областях, где присутствует высокое внутреннее давление.

Марки стали

Характеристики высокопрочной стали

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

Марки высокопрочной стали

Сталь является одним из самых важных материалов, который используется практически во всех отраслях промышленности. К высокопрочной стали (в зависимости от области применения) предъявляют различные требования. Марки сталей отличаются по структуре, химическому составу и по своим свойствам (физическим и механическим).
Сталью называют деформируемый сплав железа с углеводом (не более 2 процентов) и примесями других элементов: марганца, кремния, фосфора. К высокопрочному крепежу предъявляются особые требования. Поэтому для получения стали, которая будет идеально соответствовать всем характеристикам добавляют специальные примеси – легирующие элементы. Это – хром, вольфрам, ванадий, титан, марганец или кремний.

Сталь 20

Сталь конструкционная углеродистая качественная

трубы перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листы для штампованных деталей, цементуемые детали для длительной и весьма длительной службы при температурах от -40 до 350 град.

СТАЛЬ МАРКИ 3

Углеродистая сталь обычного качества.
Именно такая сталь пользуются наибольшим спросом в строительстве. Причина такой популярности – технологичность, прочность и привлекательная цена. Еще одно преимущество этого сплава – возможность изготавливать из нее изделия, которые выдерживают большую нагрузку и обладают хорошей сопротивляемостью ударам.
Сталь 3 производят по ГОСТ 380-94, согласно ему сталь маркируются буквами «Ст» с порядковым номером от 0 до 6. Чем выше этот номер, тем большее количество углерода содержится в стали. А значит, лучше прочность, но при этом хуже пластические характеристики. Сталь 3 хорошо сваривается, нефлокеночувствительна, не склонна к отпускной хрупкости. Сталь 3 содержит: углерод – 0,14-0,22%, кремний – 0,05-0,17%, марганец – 0,4-0,65%, никель, медь, хром – не более 0,3% , мышьяк не более 0,08%, серы и фосфора – до 0,05 и 0,04%. Количество этих компонентов в сплаве Ст3 не допускается выше указанных значений.
Основа стали – феррит. Его характеристики не позволяют использовать его в чистом виде. Для улучшения показателя прочности феррита сталь насыщают углеродом, добавляют (легируют) хром, никель, кремний, марганец и проводят дополнительное термическое упрочнение.
Сталь 3 выдерживает широкий температурный диапазон при переменных нагрузках. Хорошо сваривается, штампуется в холодном и горячем состоянии, подвергается вытяжке. Применяется без термической обработки.

Свариваемость стали 3

Без ограничений - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки. В стали, относящейся к хорошей, содержание углерода составляет менее 0,25%. Они свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов сварки.
Температура применения

Температура применения стали 3

Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 30.
Максимальная температура применения – плюс 300.

СТАЛЬ МАРКИ 35

Качественная среднеуглеродистая сталь.
Такой вид стали применяют для деталей, которые требуют высокой пластичности и сопротивления удару. Качественные углеродистые стали типа 35 изготавливают по ГОСТ 1050-88 и маркируют двухзначными цифрами, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 35 (0,35 %). Она обладает высокой прочностью (σв = 640…730 МПа, σ0,2 = 380…430 МПа) и относительно низкой пластичностью (δ = 9…14 %, ψ = 40…50 %). Кроме того, этот тип стали не восприимчив к средним напряжениям, обладает стойкостью к деформации и износостойкостью, не подвержен образованию трещин и коррозии. Поэтому именно сталь 35 используют при производстве высокопрочного крепежа и фланцевых соединений. Температурный диапазон: от -40 до +450 градусов Цельсия
Сталь 35 сваривается ограниченно. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуем подогрев и последующую термообработку. КТС без ограничений.

Свариваемость стали 35

Сталь конструкционной марки 35 сваривается ограниченно. С увеличением углерода в стали зона термического влияния и шов закаливаются, увеличивается твердость, сварные соединения становятся более хрупкими и склонными к образованию трещин.
Удовлетворительные стали имеют содержание углерода от 0,25 до 0,35%. Они мало склонны к образованию трещин и при правильных режимах сварки получается качественный шов. Для улучшения качества сварки часто применяют подогрев.

Температура применения стали 35

Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 40.
Максимальная температура применения – плюс 425.

СТАЛЬ МАРКИ 35Х

Сталь легированная, хромистая
Крепежные изделия из стали 35Х обладают высокой конструктивной прочностью, гарантируют надежность конструкции. Кроме того, сталь 35Х хорошо сопротивляется ударным нагрузкам, обладает большим запасом вязкости и высоким сопротивлением усталости. Также, сталь 35Х имеет высокое сопротивление износу, коррозии, трещинам и другим дефектам.
Главное преимущество крепежа из легированной конструкционной стали 35Х перед углеродистыми – это более высокая прочность за счет упрочнения феррита и большей прокаливаемости, меньший рост аустенитного зерна при нагреве и повышенная ударная вязкость. А уровень механических свойств повышен за счет термической обработки.

Свариваемость стали 35x

Температура применения стали 35х

Сталь марки 40х

Сталь конструкционная легированная.

Сталь марки 40Х содержит 0,40% углерода и менее 1,5% хрома. Эта сталь довольно трудносвариваема. Поэтому, чтобы получить качественное сварное соединение, необходимы дополнительные операции. При сварке потребуется подогрев до 200-300 градусов, а потом – термообработка путем отжига.
Благодаря добавлению хрома, крепежные изделия из ст.40Х обладают твердостью, прочностью, жаропрочностью и устойчивостью к коррозии. Сталь 40Х рассчитана на значительные нагрузки. Механические свойства стали 40х: предел кратковременной прочности – 570 – 940 МПа, предел пропорциональности – 320 – 800 МПа, относительное удлинение – 13 – 17%, относительное сужение – 35 – 55%, ударная вязкость – 400 – 850 кДж/кв.м.
Плюсы этой марки стали: устойчивость к действию высоких и низких температур и их резким перепадам, могут использоваться под открытым небом и даже в агрессивных, влажных средах. Еще одно неоспоримое преимущество крепежных изделий именно из этой марки стали – это отсутствие необходимости обрабатывать и очищать поверхность.

Свариваемость стали 40x

Ограниченно свариваемая. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Температура применения стали 40х

СТАЛЬ МАРКИ 45

Сталь марки 45 обладает высокой стойкостью и прочностью. Сталь 45 применяют при изготовлении деталей механизмов, используемых при повышенных нагрузках и требующих сопротивления (ударам, трению). Механические свойства этой стали позволяют ей выдерживать значительные перепады температур и другие неблагоприятные климатические воздействия. Эта сталь способна выдержать температурные испытания от 200 до 600 градусов по Цельсию.
При использовании ст. 45 следует помнить, что:
• прочность снижается при нагревании до 200 0С;
• сталь является трудносвариваемой и характеризуется низкой флонекочувствительностью.
Сталь марки 45 — среднеуглеродистая; идеально подходит для изготовления деталей, требующих высокой прочности или высокой поверхностной твердости, а также деталей средненагруженных и не подвергающихся в работе истиранию.

Свариваемость стали 45

Высокоуглеродистую сталь марки 45 рекомендуют соединять контактной сваркой. Ограниченно свариваемые стали имеют содержание углерода от 0,36 до 0,45% и склонны к образованию трещин. Сварка требует обязательного подогрева. При их сварке требуются специальные технологические процессы.

Температура применения стали 45

Сталь марки 09Г2С

Сталь конструкционная низколегированная.

Обозначение 09Г2С указывает, что в стали присутствует 0,09% углерода, буква «Г» означает марганец, а цифра 2 – процентное содержание до 2% марганца. Буква «С» означает кремний, содержание кремния менее 1%.
Главное преимущество этой стали – высокая механическая прочность, которая позволяет применять более тонкие детали по сравнению с деталями, изготовленными из других сталей. А значит, детали из стали 09Г2С имеют меньший вес, что экономически более выгодно. Кроме того, еще один плюс этой стали – низкая склонность к отпускной хрупкости.

Свариваемость стали 09г2с

Марка стали 09Г2С широко используется для сварных конструкций. Сварка может производиться как без подогрева, так и с предварительным подогревом до 100-120 градусов по Цельсию. Сварка довольно проста, причем сталь не закаливается и не перегревается в процессе сварки, благодаря чему не происходит снижение пластических свойств или увеличение ее зернистости. При температуре воздуха минус 15 °С и ниже применяют предварительный местный подогрев независимо от толщины стали.

Температура применения стали 09г2с

Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 70.
Максимальная температура применения – плюс 450.

Читайте также: