Сталь 40 твердость по роквеллу
Обновлено: 05.05.2024
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.
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 1200 при испытании.
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:
Основные характеристики стали марки 40х, ее применение и аналоги
Сталь 40х используется для изготовления деталей сложных механизмов, участвующих в добыче газа, нефти и атомной энергии. Конечный продукт представлен в виде составляющих стальных балок для эстакад и железных дорог. И, поскольку в состав марки «40х» входит хром, такая сталь становится термически более прочной и устойчивой к коррозии.
Её применение в промышленности многообразно — кулачковые и коленчатые валы, оси/полуоси, штоки, кольца, рейки, болты, втулки и многое другое.
Характеристики
К числу характеристик стали 40х относят:
- твёрдость;
- плотность;
- предел текучести/прочности;
- ударную вязкость и пр.
Твердость
Твёрдость стали (hb – hrc) может выражаться в разных числовых значениях, в зависимости от шкалы измерения:
- По Роквеллу — методика основана на измерении глубины проникновения индентора (твёрдого наконечника) в исследуемый материал. Твёрдость по этой шкале составляет 217 МПа.
- По Бринеллю — индентор вдавливают в образец металла в течение 2-8 секунд (нагрузка — плавно нарастающая) и измеряют диаметр получившегося отпечатка. В качестве инденторов применяют шарики из прочных сплавов диаметром от 1 до 10 мм. Твёрдость стали 40х по Бринеллю равна 187 МПа.
- В состоянии плавки — твёрдость в период плавления колеблется в пределах 18 МПа.
Обратите внимание! Чем твёрже сталь, тем меньшей прочностью она обладает. В первом случае её невозможно (или сложно) чем-либо поцарапать, во втором — она способна повредиться даже от лёгкого удара (это и есть недостаточная прочность).
Плотность
Плотность стали 40х равна 7820 кг/м³. Плотность вещества является постоянной величиной, и измеряется при помощи гидростатического метода — образец взвешивают в воздухе, а потом в воде, и вычисляют его плотность (отношение массы тела к объёму). Жидкость, используемая в качестве измерения, должна хорошо смачивать материал, но при этом не вступать с ним в реакцию. Поэтому для взвешивания применяют дистиллированную воду.
Марка
Возможные заменители — 45Х, 38ХА, 40ХС и др. Класс: конструкционная легированная. Вид и состояние поставки:
- сортовой прокат (в т. ч. фасонный);
- пруток и серебрянка;
- лист толстый;
- трубы и т. д.
Термин «конструкционная» указывает на то, что металл используется для изготовления различных конструкций, механизмов и деталей, например, в сфере строительства и машиностроения.
Химический состав
Цифра «40» присутствует в марочнике неслучайно, указывая на процентное содержание углерода в сплаве (от 0,36 до 0,44). А буква «Х» свидетельствует о наличии хрома (от 0,8 до 1,1%). Также в химсоставе присутствуют и другие химические элементы:
- железо — около 97%;
- кремний — не более 0,37%;
- марганец — до 0,8%;
- никель — 0,3;
- сера — всего 0,035%;
- фосфор — 0,035%;
- медь — около 0,3%.
Важно! В качестве примесей сталь содержит молибден, вольфрам, титан и ванадий. Допустимое количество каждого из них не превышает 0,20% для первых двух и 0,05% для вторых. Также стандарт не запрещает присутствия алюминия и бора (в минимальном количестве, процентное содержание не указывается).
Предел прочности
Под пределом прочности понимают такое механическое напряжение, выше которого материал разрушается или деформируется. Максимальная прочность стали в момент сгиба составляет 509 МПа, а при временном сопротивлении — 960 МПа.
Этот показатель измеряется с помощью испытаний на растяжение и деформацию. При этом устанавливают не только предел прочности, но и удлинение, временное сопротивление и др.
Предел текучести
Физический предел текучести — это значение напряжения, при котором деформация испытываемого материала увеличивается без дополнительной нагрузки. Предел текучести стали 40х равен 785 Н/мм2. На конечный результат влияют различные факторы:
- толщина металла;
- режим термообработки;
- наличие примесей в составе продукта;
- дефекты кристаллической решётки и т. д.
Прочность
Прочность — это стойкость металла к воздействию внешних нагрузок. Чтобы узнать, какая прочность стали, проводят испытания на специальных машинах с разной мощностью. Последние состоят из нагружающего механизма, создающего усилие, и бывают механическими и гидравлическими.
Сталь 40х обладает высокой прочностью — 271 МПа. Также она способна сохранять структуру при больших нагрузках.
Ударная вязкость
Ударная вязкость данной марки составляет 400 – 850 кДж/кв. м. Предел прочности на разрыв равен 980 Н/м2. Под ударной вязкостью понимают способность металла поглощать механическую энергию, образующуюся в процессе разрушения и деформации.
Температура эксплуатации
Средняя температура эксплуатации стали 40х — минус 40 градусов. Максимально допустимая температура — плюс 425 градусов. Это важные показатели характеристики применения материала в комфортных для металлических изделий условиях. Значения выше или ниже могут привести к процессам разрушения и деформации.
Механические свойства
Вот механические свойства стали 40х в зависимости от закалки при температуре 860 градусов в масле и температурой отпуска, равной 500 градусов:
- Предел текучести — в пределах 785 МПа.
- Временное сопротивление — 980 МПа.
- Минимальное относительное удлинение — не более 10%.
- Относительное сужение — 45%.
Обратите внимание! Также под механическими свойствами подразумеваются такие показатели, как твёрдость, прочность, пластичность и упругость.
Отпускная хрупкость
Отпускная хрупкость — это особое состояние сплава, характеризующееся небольшим значением ударной вязкости. При нормальных условиях этот показатель на оказывает влияния на механические свойства стали.
Специалисты дают описание 2 видов отпускной хрупкости:
- Первая — подразумевает температуры 250-35- градусов.
- Вторая — отпуск при температурах выше 500 градусов.
Следовательно, в первом случае материал будет более прочным, во втором — более хрупким.
Средняя цена по России в 2021 году
Стоимость стали 40х зависит от размера горячекатаного круга:
- От 52-100 мм — 36 руб. за 1 кг.
- От 105-200 мм — 35 руб. за 1 кг.
- От 210-290 мм — 34 руб. за 1 кг.
- От 310-500 мм — 55 руб. за 1 кг.
Материал производится по ГОСТу 2590-88 и относится к сортовому металлопрокату (как разновидность) — представлен в виде стержня с круглым сечением.
Расшифровка
Название «Сталь 40х» расшифровывается очень просто. Цифры означают содержание углерода в составе продукта (в процентном соотношении до 0,40%). Тогда как буква «Х» говорит о присутствии хрома (используется как дополнительное легирующее вещество) — его содержание не превышает 1,1%.
Где применяется?
Сталь 40х широко используется в машиностроительных отраслях для производства высокопрочных металлических изделий/деталей. Вот несколько наглядных примеров области применения:
- трубы для отопительных систем;
- роторы/диски для паровых турбин;
- крепежные элементы;
- кулачковые/коленчатые валы и др.
Листовую сталь применяют для горячей и холодной штамповки, а также обшивки каркаса. А ещё, эту марку используют для изготовления кухонной утвари, например, ножей для резки фруктов/овощей/мяса, и в области медицины (хирургические скальпели и пр.). Материал считается безопасным для человеческого организма.
Свойства
Различают технологические и физические свойства стали 40х. Подробнее см. ниже.
Технологические
Технологические свойства подразумевают применение и эксплуатацию стальных изделий при соответствующей температуре:
- Шайбы и гайки — от -40 до +450 градусов.
- Шпильки — от -40 до +425 градусов.
К отпускной хрупкости металл не склонен.
Физические
Физические свойства определяются согласно ГОСТу 4543-2016. По государственным стандартам регламентированная плотность составляет 7,85 г/см³, и представляет собой типичную величину для конкретной марки.
Сталь 40х отличается высокой прочностью и устойчивостью к коррозии, выдерживает экстремальные температуры ( в т. ч. резкие перепады), к тому же не требует обработки поверхностей.
Зарубежные аналоги
Помимо российских аналогов стали 40х (45Х, 40ХС, 40ХР и др.), существуют также и зарубежные, например:
- В Германии — 41CrS4, 37Cr4.
- В США — H51350, G51400.
- В Китае — 38CrA, 40CrA и др.
Сталь 40х — высокопрочный, выдерживающий практически любые нагрузки и температуры, материал. Его используют для изготовления мелких и крупных металлических деталей/готовых изделий в разных сферах производства:
- автомобилестроение;
- медицина;
- домашний быт и др.
В случае необходимости марку можно заменить отечественными или зарубежными аналогами.
Конструкционная легированная сталь 40ХН: характеристики и аналоги
Сталь – один из самых распространенных материалов современности. Его использование распространяется почти на все сферы жизнедеятельности человека. От строительства небоскребов до медицины и кухонной утвари. В этой статье мы подробно остановимся на марке стали 40ХН.
Описание материала
Сталь – это сплав железа и углерода (возможны и другие элементы). В зависимости от доли содержания углерода в сплаве с железом на выходе получается сталь (сплав) с различными физико-химическими свойствами. Классифицируют сталь по различным параметрам. Основными из них являются прочность, назначение, химический состав, структура.
Маркировка «Сталь 40ХН» расшифровывается следующим образом. Цифра 40 означает примерное содержание углерода, в нашем случае – 0,40 %. «Х» показывает наличие в сплаве хрома (примерно 1%). Буква Н – присутствие в сплаве никеля (также примерно 1 %).
Сталь 40ХН – конструкционная легированная сталь. Широкое применение данные виды сплавов нашли в промышленности. О применении стали 40ХН речь пойдёт ниже.
У данного вида стали есть ряд особенностей. Например, данная сталь является трудносвариваемой. Процесс сварки легированных сталей достаточно трудоёмкий, это нужно учитывать при выборе материала. Это связано с особенностями образования хрупких связей в околошовной зоне. Другими словами, сварочный процесс возможен, но должен происходить по специальной технологии.
Лучшим вариантом будет проводить сварочные работы до отпуска изделия при прогреве или перед отжигом.
Особенности термообработки
Технологический процесс термообработки заготовки из стали обязан включать в себя процесс под названием «отпуск». Задача процесса отпуска – повысить пластичность изделия и снизить его хрупкость. И одновременно необходимо добиться прочности заготовки. Данный процесс происходит при постепенном остывании печи с заготовками.
Для деталей изготовляемых из стали 40ХН зачастую требуется дополнительная термическая обработка. Суть её состоит в том чтобы закалка происходила сначала в воде, а потом в масле. Либо сразу в масле с последующим остыванием (отпуском) в масле или на воздухе.
При термообработке марки стали 40ХН есть своя технологическая карта. Применяются закалка и отпуск при определенных температурных и временных интервалах. Средние показатели для термообработки выглядят так: температура ковки начальная составляет 1250, температура окончания – 830.
Удельный вес стали – 7820 кг/м 3 . Твердость материала – HB 10 -1 = 207 МПа; температура критических точек – Ac1 = 735, Ac3(Acm) = 768 , Ar3(Arcm) = 700 , Ar1 = 660 , Mn = 305; обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 166–170 и σв = 690 МПа, К υ тв. спл = 1,0 и Кυ б.ст = 0,9.
Сталь 40ХН относится к трудносвариваемым материалам. РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.
Флокеночувствительность: повышенно чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: склонна.
Какая твердость в прокате?
- По Роквеллу: твердость после отпуска в диапазоне 38–26.
- По Бринеллю – равна 207 МПа.
- В состоянии плавки – 179 МПа.
Маркировка
Помимо никеля и хрома в состав марки 40 ХН входят ещё несколько элементов. Ниже приведено отношение элементов в сотых долях процента.
- углерод – 0,36–0,44;
- кремний – 0,17–0,37;
- марганец – 0,5–0,8;
- никель – 1–1,4;
- сера – до 0,035;
- фосфор – до 0,035;
- хром – 0,45–0,75;
- медь – до 0.3.
Механические и другие свойства
- Предел прочности – 980 МПа.
- Предел текучести – 785 МПа.
- Ударная вязкость – 690 кДж/м 2 .
- Температура эксплуатации. Свои свойства сталь 40ХН сохраняет до значения в 500 градусов.
- Отпускная хрупкость: склонна к хрупкости.
- Свариваемость: трудносвариваемая.
- Группа стали: сталь легированная конструкционная.
Цена в 2021 году
- Круг конструкционный 40ХН 6 мм – 63 300 рублей за тонну.
- Круг конструкционный 40ХН 300 мм – 74 500 рублей за тонну.
Примечание: цены указаны по состоянию на 2021 год.
Круг стальной 40ХН − гладкая стальная арматура размером в сечении от 6 до 300 мм.
Область применения
- В строительстве сталь применяется в производстве монолитных и железобетонных строений и конструкций.
- В автомобильной сфере сталь 40ХН применяется при изготовлении деталей машин, в том числе валов, болтов, фланцевых соединений.
- В производственных процессах изготовления оборудования, деталей, вспомогательных конструкций.
- Также сталь марки 40ХН широко применяется для изготовления инструментов (как ручных, так и автоматизированных).
- Производство декоративных элементов внешней и внутренней отделки также не обходится без стали.
- Вот еще ряд важных направлений, где используется сталь марки 40ХН:
- крепежные детали арматуры;
- при изготовлении шпинделей, штоков;
- детали пневмоприводов, арматур, проходящих эксплуатацию в зоне низких температурных режимов;
- основные детали арматур, применяемых в строительстве атомных станций.
Технологические свойства
Трудносвариваемая, флокеночувствительна, склонна к отпускной хрупкости.
Зарубежные аналоги (заменители)
Зарубежные аналоги марки 40ХН не имеют кардинальных отличий в кристаллической решётке. Соотношение элементов находится в диапазоне погрешности до сотых единиц. Основное различие – в маркировке.
- США – 3135, 3140H, G31400.
- Германия – 1.5710, 1.5711, 36NiCr6, 40NiCr6.
- Япония – SNC236.
- Франция – 35NC6.
- Англия – 640M40.
- Китай – 40CrNi.
- Швеция – 2530.
- Болгария – 40ChN.
- Румыния – 40CrNi12, 40CrNi12q.
- Чехия – 16240.
- Австралия – 3140, 3140H.
Как видим, сталь 40ХН является конструкционным видом материала. Широкое применение данный сплав нашёл в промышленности, там, где требуется дополнительная прочность. Дефицита данного материала в 2021 году не наблюдается.
С точки зрения производственных процессов при изготовлении не требует дополнительных капитальных затрат. Характеристики стали получают за счёт добавления элементов и определенного температурного режима на разных этапах производства.
Твердость – главный показатель качества инструмента
Выбирая инструмент для работы, мы сталкиваемся с такой его характеристикой как твердость, которая характеризует его качество. Чем выше этот показатель, тем выше его способность сопротивляться пластической деформации и износу при воздействии на обрабатываемый материал. Именно этот показатель определяет, согнется ли зуб пилы при распиловке заготовок, или какую проволоку смогут перекусить кусачки.
Метод Роквелла
Среди всех существующих методов определения твердости сталей и цветных металлов самым распространенным и наиболее точным является метод Роквелла.
Метод Роквелла - определение твердости металла
Проведение измерений и определение числа твердости по Роквеллу регламентируется соответствующими документами ГОСТа 9013-59. Этот метод реализуется путем вдавливания в тестируемый материал инденторов – алмазного конуса или твердосплавного шарика. Алмазные инденторы используются для тестирования закаленных сталей и твердых сплавов, а твердосплавные шарики – для менее твердых и относительно мягких металлов. Измерения проводят на механических или электронных твердомерах.
Методом Роквелла предусматривается возможность применения целого ряда шкал твердости A, B, C, D, E, F, G, H (всего – 54), каждая из которых обеспечивает наибольшую точность только в своем, относительно узком диапазоне измерений.
Для измерения высоких значений твердости алмазным конусом чаще всего используются шкалы «А», «С». По ним тестируют образцы из закаленных инструментальных сталей и других твердых стальных сплавов. А сравнительно более мягкие материалы, такие как алюминий, медь, латунь, отожженные стали испытываются шариковыми инденторами по шкале «В».
Пример обозначения твердости по Роквеллу: 58 HRC или 42 HRB.
(!) Два одинаковых значения от разных шкал – это не одно и то же, например, 58 HRC ≠ 58 HRA. Сопоставлять числовые значения по Роквеллу можно только в том случае, если они относятся к одной шкале.
Диапазоны шкал Роквелла по ГОСТ 8.064-94:
| A | 70-93 HR |
| B | 25-100 HR |
| C | 20-67 HR |
Слесарный инструмент
Инструменты для ручной обработки металлов (рубка, резка, опиливание, клеймение, пробивка, разметка) изготавливают из углеродистых и легированных инструментальных сталей. Их рабочие части подвергают закаливанию до определенной твердости, которая должна находиться в пределах:
| Ножовочные полотна, напильники | 58 – 64 HRC |
| Зубила, крейцмессели, бородки, кернеры, чертилки | 54 – 60 HRC |
| Молотки (боек, носок) | 50 – 57 HRC |
Монтажный инструмент
Сюда относятся различные гаечные ключи, отвертки, шарнирно-губцевый инструмент. Норму твердости для их рабочих частей устанавливают действующие стандарты. Это очень важный показатель, от которого зависит, насколько инструмент износостоек и способен сопротивляться смятию. Достаточные значения для некоторых инструментов приведены ниже:
| Гаечные ключи с размером зева до 36 мм | 45,5 – 51,5 HRC |
| Гаечные ключи с размером зева от 36 мм | 40,5 – 46,5 HRC |
| Отвертки крестовые, шлицевые | 47 – 52 HRC |
| Плоскогубцы, пассатижи, утконосы | 44 – 50 HRC |
| Кусачки, бокорезы, ножницы по металлу | 56 – 61 HRC |
Металлорежущий инструмент
В эту категорию входит расходная оснастка для обработки металла резанием, используемая на станках или с ручными инструментами. Для ее изготовления используются быстрорежущие стали или твердые сплавы, которые сохраняют твердость в холодном и перегретом состоянии.
| Метчики, плашки | 61 – 64 HRC |
| Зенкеры, зенковки, цековки | 61 – 65 HRC |
| Сверла по металлу | 63 – 69 HRC |
| Сверла с покрытием нитрид-титана | до 80 HRC |
| Фрезы из HSS | 62 – 66 HRC |
Примечание: Некоторые производители фрез указывают в маркировке твердость не самой фрезы, а материала, который она может обрабатывать.
Крепежные изделия
Существует взаимосвязь между классом прочности крепежа и его твердостью. Для высокопрочных болтов, винтов, гаек эта взаимосвязь отражена в таблице:
Если для болтов и гаек главной механической характеристикой является класс прочности, то для таких крепежных изделий как стопорные гайки, шайбы, установочные винты, твердость не менее важна.
Стандартами установлены следующие минимальные / максимальные значения по Роквеллу:
| Стопорные кольца до Ø 38 мм | 47 – 52 HRC |
| Стопорные кольца Ø 38 -200 мм | 44 – 49 HRC |
| Стопорные кольца от Ø 200 мм | 41 – 46 HRC |
| Стопорные зубчатые шайбы | 43.5 – 47.5 HRB |
| Шайбы пружинные стальные (гровер) | 41.5 – 51 HRC |
| Шайбы пружинные бронзовые (гровер) | 90 HRB |
| Установочные винты класса прочности 14Н и 22Н | 75 – 105 HRB |
| Установочные винты класса прочности 33Н и 45Н | 33 – 53 HRC |
Относительное измерение твердости при помощи напильников
Стоимость стационарных и портативных твердомеров довольно высока, поэтому их приобретение оправдано только необходимостью частой эксплуатации. Многие мастеровые по мере надобности практикуют измерять твердость металлов и сплавов относительно, при помощи подручных средств.
Измерение твердости при помощи напильников
Опиливание образца напильником – один из самых доступных, однако далеко не самый объективный способ проверки твердости стальных деталей, инструмента, оснастки. Напильник должен иметь не затупленную двойную насечку средней величины №3 или №4. Сопротивление опиливанию и сопровождающий его скрежет позволяет даже при небольшом навыке отличить незакаленную сталь от умеренно (40 HRC) или твердо закаленной (55 HRC).
Для тестирования с большей точностью существуют наборы тарированных напильников, именуемые также царапающий твердомер. Они применяются для испытания зубьев пил, фрез, шестерен. Каждый такой напильник является носителем определенного значения по шкале Роквелла. Твердость измеряется коротким царапанием металлической поверхности поочередно напильниками из набора. Затем выбираются два близко стоящие – более твердый, который оставил царапину и менее твердый, который не смог поцарапать поверхность. Твердость тестируемого металла будет находиться между значениями твердости этих двух напильников.
Переводная таблица твердости
Для сопоставления чисел твердости Роквелла, Бринелля, Виккерса, а также для перевода показателей одного метода в другой существует справочная таблица:
| Виккерс, HV | Бринелль, HB | Роквелл, HRB |
| 100 | 100 | 52.4 |
| 105 | 105 | 57.5 |
| 110 | 110 | 60.9 |
| 115 | 115 | 64.1 |
| 120 | 120 | 67.0 |
| 125 | 125 | 69.8 |
| 130 | 130 | 72.4 |
| 135 | 135 | 74.7 |
| 140 | 140 | 76.6 |
| 145 | 145 | 78.3 |
| 150 | 150 | 79.9 |
| 155 | 155 | 81.4 |
| 160 | 160 | 82.8 |
| 165 | 165 | 84.2 |
| 170 | 170 | 85.6 |
| 175 | 175 | 87.0 |
| 180 | 180 | 88.3 |
| 185 | 185 | 89.5 |
| 190 | 190 | 90.6 |
| 195 | 195 | 91.7 |
| 200 | 200 | 92.8 |
| 205 | 205 | 93.8 |
| 210 | 210 | 94.8 |
| 215 | 215 | 95.7 |
| 220 | 220 | 96.6 |
| 225 | 225 | 97.5 |
| 230 | 230 | 98.4 |
| 235 | 235 | 99.2 |
| 240 | 240 | 100 |
| Виккерс, HV | Бринелль, HB | Роквелл, HRC |
| 245 | 245 | 21.2 |
| 250 | 250 | 22.1 |
| 255 | 255 | 23.0 |
| 260 | 260 | 23.9 |
| 265 | 265 | 24.8 |
| 270 | 270 | 25.6 |
| 275 | 275 | 26.4 |
| 280 | 280 | 27.2 |
| 285 | 285 | 28.0 |
| 290 | 290 | 28.8 |
| 295 | 295 | 29.5 |
| 300 | 300 | 30.2 |
| 310 | 310 | 31.6 |
| 320 | 319 | 33.0 |
| 330 | 328 | 34.2 |
| 340 | 336 | 35.3 |
| 350 | 344 | 36.3 |
| 360 | 352 | 37.2 |
| 370 | 360 | 38.1 |
| 380 | 368 | 38.9 |
| 390 | 376 | 39.7 |
| 400 | 384 | 40.5 |
| 410 | 392 | 41.3 |
| 420 | 400 | 42.1 |
| 430 | 408 | 42.9 |
| 440 | 416 | 43.7 |
| 450 | 425 | 44.5 |
| 460 | 434 | 45.3 |
| 470 | 443 | 46.1 |
| 490 | - | 47.5 |
| 500 | - | 48.2 |
| 520 | - | 49.6 |
| 540 | - | 50.8 |
| 560 | - | 52.0 |
| 580 | - | 53.1 |
| 600 | - | 54.2 |
| 620 | - | 55.4 |
| 640 | - | 56.5 |
| 660 | - | 57.5 |
| 680 | - | 58.4 |
| 700 | - | 59.3 |
| 720 | - | 60.2 |
| 740 | - | 61.1 |
| 760 | - | 62.0 |
| 780 | - | 62.8 |
| 800 | - | 63.6 |
| 820 | - | 64.3 |
| 840 | - | 65.1 |
| 860 | - | 65.8 |
| 880 | - | 66.4 |
| 900 | - | 67.0 |
| 1114 | - | 69.0 |
| 1120 | - | 72.0 |
Примечание: В таблице приведены приближенные соотношения чисел, полученные разными методами. Погрешность перевода значений HV в HB составляет ±20 единиц, а перевода HV в HR (шкала C и B) до ±3 единиц.
При выборе инструмента желательно предпочесть модели известных производителей. Это дает уверенность в том, что приобретаемый продукт изготовлен с соблюдением технологий, а его твердость отвечает заявленным значениям.
Читайте также: