Сталь 40х нержавейка или нет

Обновлено: 16.05.2024

Согласно ГОСТ 4543-2016 наименование марок стали состоит из цифр и буквенного обозначения химических элементов:

• Цифра 40 перед буквенным обозначением указывает среднюю массовую долю углерода (С) в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 0,40%.
• Буква Х указывает, что сталь легирована хромом, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание хрома в стали до 1,5%.
• Буква Н указывает, что сталь легирована никелем, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание никеля в стали до 1,5%.

Вид поставки

• Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 10702-78.
• Калиброванный пруток ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.
• Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955 — 77.
• Лист толстый ТУ 14-1-1930-77.
• Полоса ГОСТ 103-76.
• Поковка и кованая заготовка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.
• Валки ОСТ 24.013.21-85
• Труба ОСТ 14-21-77.

Характеристики и применение [3]

Сталь 40ХН является хромо-никелевой конструкционной легированной сталью, относится к группе улучшаемой стали и к сталям повышенной прокаливаемости, т.е. прокаливающейся в деталях диаметром 50-75 мм.

Сталь данной марки относится к лучшим образцам конструкционной стали. Комбинация никеля с хромом позволяет применять сталь 40ХН для изготовления деталей ответственного назначения, например:

• оси,
• валы,
• шатуны,
• зубчатые колеса,
• валы экскаваторов,
• муфты,
• валы-шестерни,
• шпиндели,
• болты,
• рычаги,
• штоки,
• цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости.
• Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Так как никель целиком растворяется в твердом растворе, он способствует более значительному увеличению твердости и прочности феррита, чем хром. Особенно важно, что упрочнение здесь сопровождается также увеличением пластичности. При одновременном присутствии в стали никеля и хрома достигается хорошее сочетание механических свойств (прочности и вязкости), а также большая прокаливаемость.

Сталь 40ХН широко применяется в нефтяном машиностроении для изготовления наиболее ответственных деталей, например:

• особо нагруженных подъемных, трансмиссионных и промежуточных валов,
• зубчатых соединительных муфт,
• звездочек ценных передач буровых установок,
• пластин и роликов втулочно-роликовых цепей,
• осей талевых блоков,
• стволов вертлюг,
• защелок и осей элеваторов.

При применении стали хромо-никелевой стали необходимо иметь в виду, что она обладает склонностью к отпускной хрупкости особенно в интервале температур 450-550°C. Поэтому детали из этой стали следует после высокого отпуска охлаждать быстро (в воде или в масле). При в ведении в сталь 40ХН небольшого количества молибдена склонность к отпускной хрупкости понижается.

Рекомендации по применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (ГОСТ 33260-2015)

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
40ХН	500	1000(100)	-80	50

Температура критических точек, °С

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

C	Si	Mn	Сr	Ni	P	S	Cu
					не более
0,36-0,44	0,17-0,37	0,50-0,80	0,45-0,75	1,00-1,40	0,035	0,035	0,30

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Массовая доля элементов, %
C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Al	Ti	V	В
0,36-0,44	0,17-0,37	0,50-0,80	0,45-0,75	1,00-1,40	—	—	—	—	—

ПРИМЕЧАНИЕ: Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 (ГОСТ 4543-2016).

Рекомендуемые температуры закалки отожженной стали 40ХН при нагреве ТВЧ [1]

Марка Стали	Температура нагрева в °C при скорости нагрева выше Ac1 град/сек
	30-60	100-200	400-500
	Продолжительность нагрева выше Ac1 сек
	2-4	1,0-1,5	0,5-0,8
40ХН	900-940°C	920-960°C	960-1020°C

Режим умягчающей обработки стали 40ХН [1]

Марка Стали	Операция	Температура нагрева в °C	Условия охлаждения *
40ХН	Отжиг	800-820	30-40° С/ч

Ориентировочные режимы термической обработки стали 40ХН [1]

Марка Стали	Температура нагрева для закалки и нормализации в °C	Охлаждающая среда	Температура отпуска в °C	Механические свойства
				Твердость		Предел прочности при растяжении σв в кГ/мм 2	δ в %
				HB	HRC
40ХН	800-840	Масло	180-200	—	45-50	150	8
			550-600	255-286	—	85-95	14-16

ПРИМЕЧАНИЕ. Охлаждение с указанной скоростью до 500°C, а затем на воздухе.

Ориентировочные режимы предварительной термической обработки стали 40ХН [2]

Марка стали	Операция термической обработки	Температура, °C	Способ охлаждения	Твердость HB
40ХН	Нормализация	840-860	На воздухе	207-255
	Отжиг	800-830	Медленное	187-241

Механические свойства

Источник	Состояние поставки	Сечение, мм	КП	Предел текучести σ0,2, МПа	Предел прочности при растяжении σв, МПа	Относительное удлинение после разрыва δ5 (δ4), %	Относительное сужение ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость HB, не более
				не менее
ГОСТ 4543-71	Пруток. Закалка с 820°С в воде или масле; отпуск при 500°С, охл. в воде или масле	25	—	785	980	11	45	69	—
ГОСТ 8479-70	Поковка. Нормализация	100-300	315	315	570	14	35	34	167-207
		300-500	12	30	29	167-207
		500-800	11	30	29	167-207
	Поковка. Закалка+отпуск	300-500	345	345	590	14	38	49	174-217
		До 100	395	395	615	17	45	59	187-229
		100-300	15	40	54
		300-500	13	35	49
		500-800	11	30	39
		До 100	440	440	635	16	45	59	197-235
		100-300	14	40	54
		300-500	13	35	49
		500-800	11	30	39
		До 100	490	490	655	16	45	59	212-248
		100-300	13	40	54
		До 100	540	540	685	15	45	59	223-262
		100-300	13	40	49
		До 100	590	590	735	14	45	59	235-277
		100-300	13	40	49

Механические свойства проката в зависимости от сечения [2]

Сечение, мм	Предел текучести σ0,2, МПа	Предел прочности при растяжении σв, МПа	Относительное удлинение после разрыва δ5, %	Относительное сужение ψ, %	Твердость HB
40	780	960	18	58	325
80	730	920	20	54	302
120	710	910	—	50	300

ПРИМЕЧАНИЕ. Нормализация при 870-925°С; закалка с 790°С в масле; отпуск при 540°С.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

tотп, °С	Предел текучести σ0,2, МПа	Предел прочности при растяжении σв, МПа	Относительное удлинение после разрыва δ5, %	Относительное сужение ψ, %	KCU, Дж/см 2	Твердость HB
400	1220	1370	10	41	32	387
600	1080	1160	14	51	46	302
600	760	910	20	60	83	241

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 820°С в масле.

Механические свойства при повышенных температурах

tисп, °С	Предел прочности при растяжении σв, МПа	Относительное удлинение после разрыва δ5, %	Относительное сужение ψ, %
Нормализация при 850°С
20	790	18	48
200	750	—	50
300	690	20	—
400	540	25	65
500	480	25	79
600	350	27	85
Образец диаметром 6мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 50мм/мин, скорость деформации 0,031/c
700	225	36	92
800	130	57	96
900	91	71	100
1000	62	75	100
1100	45	76	100
1200	31	—	100

Предел выносливости

Характеристики прочности	σ-1, МПа	τ-1, МПа
Предел текучести σ0,2=780 МПа; Предел прочности при растяжении σв=980 МПа;НВ 300-320	490	294
Предел текучести σ0,2=690 МПа; Предел прочности при растяжении σв=880 МПа;НВ 270-300	441	274
Предел текучести σ0,2=570 МПа; Предел прочности при растяжении σв=780 МПа;НВ 200-240	392	235
Предел прочности при растяжении σв=790 МПа; нормализация; НВ 197	314-392(n=10 7 )	—

Ударная вязкость KCU

Состояние поставки	КСU, Дж/см 2 при температуре, °С
	+20	-20	-40	-60
Поковка 200×30мм. Закалка+отпуск	116	116	93	80

ПРИМЕЧАНИЕ. σ 425 _2,6/10000=103 МПа, σ 425 _6/10000=138 МПа, σ 425 _6,1/100000=69 МПа; σ 535 _3,2/10000=21 МПа.

Технологические свойства

Температура ковки, °	Сначала 1250, конца 830. Сечения до 50 мм охлаждаются на воздухе, сечения от 51 до 200 мм — охлаждение в мульде, сечения с 201 до 300 мм — с печью.
Свариваемость	Трудносвариваемая. Способ сварки — РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием	Kv тв.спл. = 1,0 и Kv б.ст. = 0,9 в горячекатанном состоянии при НВ 166-170 и Предел прочности при растяжении σв=690 МПа.
Флокеночувствительность	Повышенно чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости	Склонна

Прокаливаемость

Полоса прокаливаемости для стали 40ХН после нормализации при 850°С и закалки с 820°С приведена на рисунке ниже.

Технические характеристики стали 40Х

Сталь 40Х – конструкционная легированная сталь с высоким содержанием хрома, придающего материалу антикоррозийную стойкость. Из нее изготавливаются ответственные детали, которые в процессе эксплуатации испытывают повышенные нагрузки. Благодаря улучшенным характеристикам сталь 40Х устойчива к воздействию агрессивных веществ. Но оценить свойства материала можно, только рассмотрев все его достоинства и недостатки.

Расшифровка маркировки

Сталь марки 40Х изготавливается в соответствии с требованиями, представленными ГОСТ 4543-71. Именно этот документ регламентирует химический состав материала и его эксплуатационные качества.

Обозначение 40Х указывает на следующее:

• цифра 40 свидетельствует о процентном содержании углерода, присутствующего в сплаве;
• буквенное обозначение «Х» — о присутствии в составе хрома.

Следует заметить, что углерод является неотъемлемой частью любого стального сплава. В стали этой марки его содержится 0,44%. Именно углерод предопределяет основные эксплуатационные характеристики металла.

Хром является легирующим компонентом, придающим металлу коррозийную стойкость. Здесь его концентрация не превышает 1,1%, поэтому в маркировке его цифровое значение отсутствует.

Согласно ГОСТ 4543-71, характеристики стали 40Х не отличаются высокими антикоррозийными качествами. Но в данный сплав входит множество других легирующих компонентов, улучшающих его эксплуатационные характеристики.

Описание состава

Свойства стали 40Х определяются входящими в ее состав компонентами. К их числу относится следующее:

• C (углерод) – 0,36%-0,44%;
• Si (кремний) – 0,17%-0,37%;
• Mn (магний) – 0,5%-0,8%;
• Ni (никель) – не более 0,3%;
• Cr (хром) – 0,8%-1,1%;
• Cu (медь) – не более 0,3%.

Основными составляющими любого сплава являются железо и углерод. Учитывая, что в данной марке концентрация углерода варьируется от 0,36% до 0,44%, количество железа составляет порядка 96%-97%.

Также в незначительных концентрациях в сплаве присутствуют фосфор и сера. Это вредные добавки, попадающие в металл в процессе производства. Согласно ГОСТ, концентрация каждого из этих веществ не должна превышать 0,035%.

Основные физико-механические свойства

Под физико-механическими свойствами стали 40Х подразумеваются твердость и прочность материала. Благодаря значительному содержанию углерода показатель твердости металла составляет 217 МПа.

За счет введения легирующих компонентов удается достичь высоких показателей коррозийной стойкости и прочности. Поэтому изделия, изготовленные из стали этой марки, не поддаются разрушению даже при очень высоких нагрузках.

Химические свойства стали 40Х позволяют эксплуатировать готовые детали во влажной среде и при незначительном воздействии агрессивных веществ. Но следует помнить, что этот материал не относится к классу нержавеющих сталей. Поэтому в условиях постоянного воздействия влаги его эксплуатировать нельзя.

Плотность данной марки составляет 7820 кг/м3. Модуль упругости варьируется в широком диапазоне и зависит от температурного режима. Повышение температуры приводит к значительному снижению модуля упругости.

Металл является трудносвариваемым. Получение сварных соединений возможно при обработке ручной дуговой и электрошлаковой видов сварки после предварительного подогрева.

Температура плавления стали 40Х составляет 1420°С.

Марка стали 40Х является конструкционной и поставляется в следующих видах:

• сортовой и фасонный прокат;
• калиброванный и шлифованный пруток;
• серебрянка;
• толстые листы;

полосы;

Металлопрокат востребован в машиностроении и используется в качестве заготовок при изготовлении различных деталей. Листы используют при обшивке каркасных конструкций, а также при штамповке. Наибольшее распространение получили поковки, служащие основой при производстве различных изделий.

Сферы применения

Благодаря высоким механическим свойствам, сталь 40Х используют для изготовления деталей повышенной прочности. К их числу относятся:

• оси и полуоси;
• валы;
• валы-шестерни;
• плунжеры;
• штоки;
• коленвалы;
• кольца;
• щпиндели;
• рейки;
• болты;
• губчатые венцы;
• втулки и пр.

Проведение термической обработки позволяет значительно повысить прочность и другие характеристики металла. После термообработки материал может применяться для изготовления разверток, насадок и корпусов метчиков. Также из такого сплава производят конструкции, эксплуатируемые при экстремально низких температурах, к примеру, элементы железнодорожных мостов.

Магнитные свойства стали 40Х делают ее незаменимой при производстве столовых приборов, кастрюль, сковородок и другой посуды. Ее можно использовать для приготовления пищи на индукционных плитах.

Особенности проведения термообработки

Термообработка подразумевает выполнение следующих действий:

• отжига;
• закалки;
• отпуска;
• нормализации;
• старения;
• криогенной обработки.

Для закалки изделия на 4 часа помещают в масло, нагретое до 860°С. Отпуск производят на воздухе при температуре 500°С. После такой обработки сталь приобретает высокую твердость, прочность на разрыв и ударную вязкость.

Преимущества и недостатки

Ознакомившись с характеристиками стали 40Х, применением и основными качествами, можно приступать к рассмотрению ее преимуществ и недостатков. К числу первых относится следующее:

• высокие антикоррозийные свойства;
• устойчивость к температурным перепадам;
• отличные показатели прочности.

Изделия, изготовленные из стали этой марки, очень твердые и прочные. Поэтому в процессе эксплуатации они способны выдерживать значительные нагрузки без структурных разрушений.

Как и любой другой сплав, 40Х имеет и свои недостатки. Это трудносвариваемый металл, отличающийся чувствительностью к образованию флокенов и склонностью к отпускной хрупкости.

Зарубежные аналоги

Аналоги сплава марки 40Х выпускаются и в других странах. Их маркировка отличается от российской, но состав практически идентичен. К числу таких сплавов относятся:

• 41Cr4, 41Cr54 (Германия);
• S140, S140H (Америка);
• 41Cr4, 42C4 (Франция);
• S30A40, S30H40, S30M40 (Великобритания);
• SS2245 (Швеция);
• 41Cr4, 41Cr4KB (Италия);
• SCr435-H, SCr440 (Япония);
• 40H (Польша).

Среди ассортимента сталей, представленного российскими производителями, полных аналогов марки 40Х нет. Но есть металлы, схожие по составу и по своим эксплуатационным характеристикам. К их числу относятся:

Возможность выполнения замены должна определяться только после проведения оценки, и сравнения свойств разных марок сталей.

Сталь 40Х – преимущества и недостатки материала, советы по свариванию, влияние химического состава

Сталь 40Х относится к конструкционным легированным хромистым сталям широкого применения. Ее главными достоинствами являются прочность, износостойкость и устойчивость к коррозии, а еще она экологична и безопасна для здоровья человека. Сталь сложна в изготовлении, что сказывается на ее стоимости. Применение сплава ограничивается условиями свариваемости, флокеночувствительностью и склонностью к хрупкости.

Расшифровка марки

Маркировка стали включает в себя информацию о химическом составе сплава, качестве и степени раскисления.

• 40 – указывает на процент содержания углевода в сотых долях (0,40%). В зависимости от показателя содержания углерода, сталь бывает повышенной прочности и твердости или мягкой – с высокими показателями ударной вязкости и пластичности. Чем больше углерода в сплаве, тем выше твердость, но платить за это приходится низкой устойчивостью к ударным нагрузкам. Чем меньше углерода – тем более вязкой становится сталь, но при этом она теряет в твердости и прочности.
• Х – хром, легирующий элемент, содержание которого в стали 40Х составляет около 1.5%. Его основная задача – повышать устойчивость к коррозии. Хромистые стали можно применять в условиях повышенной влажности, добавление хрома – самый доступный способ сделать сталь нержавеющей. Также хром повышает прочность и твердость стали при минимальном влиянии на пластичность.

В состав сплава также входят другие химические элементы, но из-за малой концентрации они не оказывают влияния на свойства стали и не включаются в маркировку.

Виды поставки

Сталь 40Х поставляется в виде листового и сортового проката, включая фасонный:

• пруток калиброванный;
• пруток шлифованный;
• серебрянка;
• поковки;
• толстый лист;
• полосы;
• трубы.

Использование в промышленности

Сталь 40Х применяется при изготовлении высокопрочных деталей механизмов и конструкций. К таковым относятся:

• валы,
• оси,
• вал-шестерни,
• штоки,
• плунжеры,
• коленчатые и кулачковые валы,
• шпиндели,
• кольца,
• оправки,
• зубчатые венцы,
• болты,
• рейки,
• втулки.

Сталь 40Х популярна в строительстве, судостроении, машиностроении, медицине. Из стали 40Х производят ножи, в том числе медицинские скальпели. Она полностью безопасна для человеческого организма, благодаря чему может применяться при изготовлении медицинских инструментов.

Сталь 40Х редко применяется для изготовления сварных конструкций из-за ограниченной свариваемости сплава, требующей предварительной и последующей термической обработки изделия.

Характеристики

Сталь 40Х является легированной хромистой сталью, что обеспечивает ей защиту от коррозии. Высокое содержание углерода придает сплаву прочность и твердость, хром также усиливает эти качества. Износоустойчивость является одним из основных достоинств сплава. Важно отметить, что, несмотря на защиту от влаги, сталь 40Х не является нержавеющей. Показатели нержавеющих сталей начинаются от 18% содержания хрома, в то время как в стали 40Х хром содержится в количестве 1.5%. Полноценная нержавейка существенно превосходит сталь 40Х по антикоррозионным свойствам, это важно знать, если вы выбираете именно нержавеющую сталь.

Свариваемость стали 40Х ограничена, материал считается трудносвариваемым. Это плата за высокое содержание углерода и хрома. Также сталь 40Х является флокеночувствительной и склонной к отпускной хрупкости. Ковка начинается при температуре 1250С, заканчивается при температуре 800С, охлаждать сталь рекомендуется на открытом воздухе. Температура критических точек материала сталь 40Х: Ac1 = 743 , Ac3(Acm) = 782 , Ar3(Arcm) = 730 , Ar1 = 693.

Перед и после сваривания сталь следует подвергнуть термической обработке, это позволит избежать растрескивания швов. Способы сварки: КТС, ЭШС, РДС.

Марка стали

Заменитель стали

сталь 45Х, сталь 38ХА, сталь 40ХН,

сталь 40ХС, сталь 40ХФ, сталь 40ХР

Классификация стали

Сталь конструкционная легированная ГОСТ 4543-71

Вы можете купить сталь 40Х в следующих видах металлопроката:

круг ст 40Х ГОСТ 2590-2006 (ГОСТ 2590-88) круг (пруток) стальной горячекатаный

круг ст 40Х ГОСТ 7417-75 круг (пруток) калиброванный

шестигранник ст 40Х ГОСТ 2879-2006 (ГОСТ 2879-88) шестигранник горячекатаный

шестигранник ст 40Х ГОСТ 8560-78 шестигранник калиброванный

лист ст 40Х ГОСТ 19903-74 прокат листовой горячекатаный

Применение стали 40Х

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

Обработка

Сталь 40Х – улучшаемый сплав, термическая обработка позволяет повысить характеристики металла. Сталь 40Х подвергают закаливанию и отпуску. Закаливание проводится в масле, это благоприятно сказывается на качестве верхнего слоя. Охлаждение желательно проводить в масле. Если это невозможно из-за размеров заготовки, используется воздушная среда. Категорически не рекомендуется охлаждать изделие в воде, т.к. это приводит к таким дефектам, как образование окалины. Отпуск также проводится в масле, эта процедура позволяет снизить внутреннее напряжение металла, возникшее в результате обработки. Грамотно проведенная термическая обработка существенно повышает эксплуатационные сроки материала. Твердость стали после обработки повышается до 217 НВ.

Температура закаливания составляет 860С. Температура отпуска зависит от среды. На воздухе она составляет 200С, а в масляной ванне 500С.

Аналоги

У стали 40Х множество аналогов как в России, так и за рубежом. Сталь может быть заменена по меньшей мере шестью отечественными марками хромистых сталей, почти идентичными по свойствам и характеристикам. Информацию о точных и приблизительных аналогах стали 40Х можно посмотреть в таблицах 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.

Конструкционная легированная сталь 40Х

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%.

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

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

• Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
• Обрабатываемость резанием — K_{v тв.спл} = 1,2 и K_{v б.ст} = 0,95 в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σ_в = 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 σ_т, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 785(80);
Временное сопротивление σ_в, 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);

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

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.

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

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

Читайте также:

  
• Стальной винт на ямаха 40 веос
  
• Как закалить медицинскую сталь
  
• Пружина карманного типа сталь
  
• Неразъемное соединение полиэтилен сталь 225 219
  
• 416 сталь аналог российский