Сталь 40 после нормализации

Обновлено: 12.05.2024

Сталь 40Х относится к конструкционным легированным сталям и применяется для изготовления следующих деталей:

  • оси,
  • валы,
  • вал-шестерни,
  • плунжеры,
  • штоки,
  • коленчатые и кулачковые валы,
  • кольца,
  • шпиндели,
  • оправки,
  • рейки,
  • зубчатые венцы, болты,
  • полуоси,
  • втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

Расшифровка стали 40Х

Число 40 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 40Х равно 0,4%.
Буква Х указывает среднее содержания хрома до 1,5%.

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

C, углерод Mn, марганец Si, кремний P, фосфор S, сера Cr, хром Ni, никель Cu, медь As, мышьяк
0,36-0,44 0,5-0,8 0,17-0,37 не более 0,25 не более 0,04 не более 0,035 не более 0,25 не более 0,25 не более 0,08

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали Массовая доля элементов, %
C Si Mn Cr Ni Mo Al Ti V B
40Х 0,36-0,44 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 — — — — — —
  1. В стали 40Х допускается массовая доля остаточных элементов, не более: вольфрама — 0,20 %, молибдена — 0,11 %, ванадия — 0,05 % и остаточного или преднамеренно введенного титана (за исключением стали марок,
    перечисленных в примечании 1 настоящей таблицы) — не более 0,03 %.
  2. Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 ГОСТ 4543-2016.

Твердость по Бринелю ГОСТ 4543-2016

Твердость по Бринеллю металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном
(ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим
высоким отпуском (Н+ВО), диаметром или толщиной свыше 5 мм должна соответствовать нормам,
указанным в таблице

Марка стали Твердость НВ, не более
40Х 217

Примечание: Согласно ГОСТ 4543-71 твердость калиброванного проката в отожженном или высокоотпущенном состоянии, а также горячекатаного проката в нормализованном с последующим высоким отпуском состоянии может быть на 15 единиц НВ больше.

Свариваемость

Трудносвариваемая.
Способы сварки:

  • РДС (ручная дуговая сварка), ЭШС (электрошлаковая сварка). Необходимы подогрев и последующая термообработка.
  • КТС (контактная сварка) — необходима последующая термообработка.

Применение стали 40Х для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали НД на поставку Температура рабочей среды (стенки), °С Дополнительные указания по применению
40Х
ГОСТ 4543		 Поковки ГОСТ
8479.
Сортовой прокат
ГОСТ 4543		 От -40 до 450 Для несварных узлов арматуры с
обязательным проведением
термообработки (закалка и высокий
отпуск) при температуре рабочей
среды (стенки) ниже минус 30°С до
минус 40°С

Применение стали 40Х для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)

Допускается применять крепежные изделия из сталей марки 40Х при температурах ниже минус 40°С до минус 60°С, если при испытании на ударный изгиб образцов типа 11 по ГОСТ 9454 при рабочих отрицательных температурах ударная вязкость не будет ниже 300 кДж/м (3 кгс·м/см ) ни на одном из испытуемых образцов.

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

Марка стали НД на
поставку		 Температура
рабочей
среды, °С		 Дополнительные
указания по
применению
40Х
ГОСТ 4543		 Сортовой
прокат ГОСТ
4543, ГОСТ 1051		 От -40 до 450 Применяются после
улучшающей
термообработки (закалка
и высокий отпуск)

Применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур

Марка стали Закалка + отпуск при
температуре, °С		 Примерный уровень
прочности, Н/мм
(кгс/мм 2 )		 Температура
применения не ниже,
°С		 Использование в
толщине не более, мм
40Х 500 1000(100) -60 30

Стойкость стали 40Х против щелевой эрозии

Группа
стойкости		 Балл Эрозионная
стойкость по
отношению к
стали 12X18H10T
Пониженной
стойкости		 4 0,15-0,25

Применение стали 40Х для изготовления основных деталей арматуры атомных станций

Марка стали Вид полуфабриката
или изделия		 Максимально
допустимая
температура
применения, °С
40Х
ГОСТ 4543		 Поковки. Крепеж 500

Технологические свойства

  • Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
  • Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,2 и Kv б.ст = 0,95 в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σв = 610 МПа.
  • Флокеночувствительность — чувствительна.
  • Склонность к отпускной хрупкости — склонна.

Механические свойства стали 40Х по ГОСТ 4543-2516

Механические свойства металлопродукции, определяемые при температуре 20°С (-10/+15°С) на продольных термически обработанных образцах или образцах, изготовленных из термически обработанных заготовок, должны соответствовать нормам, указанным в таблице

Режим термической обработки Закалка Температура, °С 860
Среда охлаждения Масло
Отпуск Температура, °С 500
Среда охлаждения Вода или масло
Механические свойства, не менее Предел текучести σт, Н/мм 2 785
Временное сопротивление σв, Н/мм 2 980
Относительное удлинение δ5, % 10
Относительное сужение Ψ, % 45
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 59
Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм 25

Механические свойства по ГОСТ 4543-71 при нормальной температуре

Предел текучести σт, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 785(80);
Временное сопротивление σв, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 980(100);
Относительное удлинение δ5, %, не менее — 10;
Относительное сужение Ψ, %, не менее- 45;
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 (кгс*м/см 2 ), не менее — 59(6);

Ударная вязкость KCU

Термообработка KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
+20 -20 -40 -70
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 650 °С 160 148 107 85
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 580 °С 91 82 — 54

Механические свойства

ГОСТ Состояние поставки Сечение, мм КП σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HB, не более
не менее
ГОСТ 4543-71 Пруток. Закалка с 860 °С в масле, отпуск при 500 °С, охл. в воде или в масле 25 — 780 980 10 45 59 —
ГОСТ 8479-70 Поковка:
нормализация 500-800 245 245 470 15 30 34 143-179
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
закалка+отпуск 300-500 14 38 49
До 100 395 395 615 17 45 59 187-229
100-300 15 40 54
300-500 13 35 49
До 100 440 440 635 16 45 59 197-235
100-300 14 40 54
До 100 490 490 655 16 45 59 212-248
100-300 13 40 54

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость НВ
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

Примечание: Закалка с 840-860 °С в масле; отпуск при 580-650 °С, охл. на воздухе.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

tотп. °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость 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

Примечание: Закалка с 850 °С в воде.

Механические свойств при повышенных температурах

tисп. °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2
Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 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 отожженный; 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 —

Термообработка ГОСТ 4543-71

Термообработка ГОСТ 4543-71 легированной стали 40Х


Примечание: Размер сечения заготовки для термической обработки
(диаметр круга или сторона квадрата), мм, не менее — 25.

Сталь 40 конструкционная углеродистая качественная

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
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
Давление
номинальное,
МПа (кгс/см 2 )
не более		 32 (320)
Обязательные испытания σ0,2 +
σв +
σ +
f +
KCU +
HB +
Контроль Дефектоскопия +
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.

Зависимость механических свойств стали 40 от температуры отпуска

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
Предел
текучести
σт, Н/мм 2		 Временное
сопротивление
σв, Н/мм 2		 Относительное
удлинение
δ5, %		 Относительное
сужение
Ψ, %
40 335 570 19 45

Механические свойства проката

ГОСТ Состояние поставки Сечение, мм σ0,2, МПа δ5(δ4), % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HB, не более
не менее
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) — — —
2-3,9 (17) — — —
Лист холоднокатаный До 2 510-600 (17) — — —
2-3,9 (18) — — —
ГОСТ 2284-79 Лента холоднокатаная
отожженная		 0,1-4 450-700 (14) — — —
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 σ0,2, МПа σв, 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

tотп, °С σ0,2, МПа σв, 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]

tисп, °С σ0,2, МПа σв, 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
+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,
σ0,2 = 275 МПа, σв = 520 МПа		 231
Закалка с 845 °С, в воду; отпуск при 550 °С,
σ0,2 = 600 МПа, σв = 710 МПа, НВ 209		 393
Закалка с 845 °С в масло; отпуск при 430 °С,
σ0,2 = 415 МПа, σв = 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 — Kv тв.спл = 1,2 и Kv 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.

Закалка и отпуск стали 40Х13

Нержавеющая сталь 40Х13, химический состав которой должен соответствовать требованиям ГОСТ 5632, производится в сортаменте катаных прутков и листов по ГОСТ 5949. Специфические особенности эксплуатации этой стали обуславливают повышенный уровень требований к качеству её термической обработки.

Закалка стали 40Х13

Закалка стали 40Х13

Состав, свойства и применение

Сталь 40Х13 отличается повышенным содержанием хрома (от 12 до 14%), при минимально допустимом процентном содержании марганца (до 0,8%). Никель, обычно добавляемый в стали мартенситного класса, в данной стали отсутствует. Это уменьшает опасность образования карбидов по границам зёрен, и способствует стабильности механических характеристик.

Приводимый далее комплекс механических свойств позволяет относить данный материал к сталям повышенной жаропрочности:

  • при температуре в 200 °С постоянной эксплуатации изделий, изготовленных из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 960 МПа, при пределе текучести 830 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 500 кДж/м 2 ;
  • при температуре в 400 °С постоянной эксплуатации изделий, изготовленных из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 795 МПа, при пределе текучести 685 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 750 кДж/м 2 .

Технологические свойства 40Х13

Технологические свойства 40Х13

Таким образом, эта сталь отличается повышенной стойкостью против вибраций и знакопеременных нагрузок, возникающих в узлах и деталях оборудования, эксплуатационные температуры которого превышают 300…350 °С. К числу таких деталей относятся мерительные приспособления, используемые в ковочно-штамповочном производстве, ответственные детали компрессорных установок, пружины, нагретые до 75 °С. Иногда из данного материала производят и деформирующие инструменты, например, отрезные ножи горячештамповочных автоматов.

Все перечисленные области применения требуют от материала повышенной прочности и твёрдости. Между тем относительно сталей мартенситного класса это сочетание получить довольно трудно, поскольку при повышенной твёрдости изделия становятся достаточно хрупкими, и при ударных нагрузках склонны к трещинообразованию.

Выбор оптимального режима термической обработки

В зависимости от конкретных производственных условий, сталь термически обрабатывают по двум вариантам:

  1. Нормализацией при температуре выдержки 1050…1100 °С, с последующим высоким отпуском с 600…650 °С. Нормализация стабилизирует структуру стали, снижает количество остаточного аустенита, и улучшает обрабатываемость на металлорежущих станках. Это позволяет использовать такую технологию термообработки для получения заготовок ступенчатых валов и осей, работающих преимущественно в средах с повышенной влажностью, а также в условиях коррозионно-механического износа.
  2. Ступенчатой закалки с высоким отпуском. Продолжительность и количество циклов закалки зависит от требуемой поверхностной твёрдости и конечной микроструктуры. Закалка стали 40Х13 по такому способу выполняется для изделий, которые в процессе своей эксплуатации периодически подвергаются ударным нагрузкам.

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагреве

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагреве

При выборе режима термообработки необходимо учитывать, что сталь 40Х13 штампуется при температурном интервале 950…1150 °С: именно в этом диапазоне материал обладает максимальной ковкостью.

Во всех случаях сталь перед обработкой подвергают отжигу. Это связано со следующими особенностями:

  • наличием карбидов хрома, которые образуются в процессе горячей прокатки заготовок. Они сосредотачиваются на границах зёрен вокруг основной, более пластичной структуры;
  • присутствием цементита, который по структуре и размерам зерна отличается от любого их карбидов хрома. Это вызывает остаточные напряжения растяжения, снижающие прочность;
  • опасности избыточного количества остаточного аустенита, который также повышает твёрдость и снижает пластичность;
  • склонности данной стали к деформационному упрочнению во время пластической деформации.

Опытным путём установлено, что для получения оптимальной макроструктуры режим отжига должен быть следующим: нагрев до 690…730 °С, с выдержкой до полного прогрева сечения детали и последующим охлаждением вместе с печью до 500…550 °С (далее – на воздухе). Конечная структура – зернистый перлит, которые положительно выделяется своей стабильностью, равновесностью и наличием мелкого зерна.

Технология термообработки

Нормализация стали 40Х13 применяется реже, в основном, после горячей штамповки/ковки, когда слиток или заготовка нагревались до максимально возможных температур. При длительном нагреве ускоряется рост зерна, что нежелательно с точки зрения трудоёмкости при окончательной обработке изделий. Нормализация, однако, необходима, если нормализованная и отпущенная деталь имеет сложную форму, с многочисленными перепадами в поперечных сечениях, а также при наличии острых углов и кромок.

Главная цель закалки — обеспечить достаточный процент мартенсита в стали. Такие требования выдвигаются, если деталь при эксплуатации будет испытывать значительные рабочие напряжения. Максимально достигаемая твёрдость после закалки – обычно 50…55 НRC. Обеспечивается это следующим режимом термобработки: закалкой с 1000…1050 °С в масло, с последующим низким — при 230…280 °С – отпуском.

В связи с низким температурным интервалом термообработки нагрев производят в печах скоростного нагрева, имеющих системы высокоточного автоматического контроля температуры.

Особые требования к соблюдению технологических режимов закалки стали 40Х13:

Специфика термообработки стали 40х

Термообработка стали 40х имеет свои нюансы, которые связаны с наличием в этом легированном металле множества примесей. Рассмотрим температурные режимы обработки стали, процесс закалки, отпуска и нормализации. Твердость после обработки.

Термообработка стали 40х

Физические свойства материалов могут быть изменены посредством температурной обработки при высокой степени нагрева и последующего охлаждения. Это в первую очередь касается металлов, которые подвергают закалке. Чтобы правильно закалить сталь, нужно знать ее марку: она отражает полный химический состав твердого вещества. Так, проведение термообработки стали 40х имеет свои нюансы, связанные с разновидностью примесей, находящихся в ней.

Если брать точное определение типа стали, к которой относится 40х, то это классический вид легированного материала, где процентное содержание углерода уступает процентному содержанию примеси хрома. Этих элементов здесь от 0.44 до 0.36 и от 1.1 до 0.8 соответственно. Хром в металле способствует его стойкости к агрессивной окисляющей среде и придает ему способность не ржаветь. Кроме этого, хром влияет на механические показатели стали 40х, переводя ее в разряд конструкционных.

Особенности процесса закалки стали 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:

  1. Твердость металла в исходном состоянии, выраженная в мегапаскалях — HB 10-1 = 217.
  2. 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.
  3. 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:

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

Сталь 40х

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:

  1. Электропечь прогревают до температуры, близкой к 860 градусам по Цельсию. При стандартной мощности печи по времени это занимает около 40 минут.
  2. Время выдержки заготовки в камере принимают равным 10–15 минутам. Визуально цвет стали 40х должен приобрести однородный желтый оттенок.
  3. 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.

plavilnaja pech

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.

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

Отпуск и нормализация

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.

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:

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

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

Читайте также: