Сталь 40хгма механические свойства

Обновлено: 27.03.2024

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, цифра 2 после буквы указывает, что содержание никеля в стали до 2%.
  • Буква М указывает, что сталь легирована молибденом, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание молибдена в стали до 1,5%.
  • Буква А в конце маркировки указывает, что сталь является высококачественной, т.е. сталь с повышенными требованиями к химическому составу и макроструктуре металлопродукции из нее по сравнению с качественной сталью.

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 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73, ГОСТ 10702-78.
  • Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.
  • Поковка и кованая заготовка ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.
  • Валки ОСТ 24.013.04-83, ОСТ 24.013.20-85.
  • Полоса ГОСТ 103-76.

Характеристики и применение

Сталь 40ХН2МА (старое обозначение 40ХНМА) является хромо-никель-молибденовой конструкционной легированной сталью. Сталь выплавляется в открытых электропечах и методом электрошлакового переплава. Обладает малой чувствительностью к отпускной хрупкости.

Сталь хорошо деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал деформации 1180-800°C.

Данную сталь применяют для изготовления следующих деталей:

  • коленчатые валы,
  • клапаны,
  • шатуны,
  • крышки шатунов,
  • ответственные болты,
  • шестерни,
  • кулачковые муфты,
  • диски и другие тяжелонагруженные детали.
  • Валки для холодной прокатки металлов.

В нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности сталь 40ХН2МА применяется для изготовления следующих деталей:

  • замков и переводников для бурильных труб и электробуров
  • осей блоков и кронблоков
  • стволов и траверс пластинчатых крюков
  • переводников вертлюг
  • шайб шарошечных коронок колонковых долот
  • шатунных болтов и т.д.

Температура критических точек, °С

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

C Mn Si Cr Ni Мо P S Cu
не более
0,37-0,44 0,50-0,80 0,17-0,37 0,60-0,90 1,25-1,65 0,15-0,25 0,025 0,025 0,30

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Массовая доля элементов, %
C Si Mn Cr Ni Mo Al Ti V В
0,37-0,44 0,17-0,37 0,50-0,80 0,60-0,90 1,25-1,65 0,15-0,25
  • Суммарная массовая доля молибдена и вольфрама, пересчитанного на молибден, из расчета: три весовые части вольфрама заменяют одну весовую часть молибдена, должна соответствовать указанному в настоящей таблице.
  • Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 (ГОСТ 4543-2016).

Применение стали 40ХН2МА 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
40ХН2МА
ГОСТ 4543
Сортовой прокат
ГОСТ 4543.
Поковки
ГОСТ 8479
От -50 до 450 Для несварных узлов арматуры
высокого давления. Предел
применения по отрицательной
температуре может быть расширен
до минус 60°С при обеспечении
ударной вязкости при рабочей
температуре:
KCU-60≥300 кДж/м 2
(3,0 кгс*м/см 2 ) или
KCU-60≥250 кДж/м 2
(2,5 кгс*м/см 2 )

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

Марка стали НД на
поставку
Температура
рабочей
среды, °С
Дополнительные
указания по
применению
40ХН2МА
ГОСТ 4543
Сортовой
прокат ГОСТ
4543, ГОСТ 1051
От -40 до 450 Применяется для
высоконагруженных
деталей после
улучшающей
термообработки (закалка
и высокий отпуск).
Предел применения
может быть расширен до
минус 60°C при
обеспечении ударной
вязкости при рабочей
температуре:
KCU≥300 кДж/м 2
(3,0 кгс*м/см 2 ) или
KCV≥250 кДж/м 2
(2,5 кгс*м/см 2 )

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
40ХН2МА 580-600 1100(110) -80 70

Режимы термической обработки изделий из стали 40ХН2МА [1]

Предварительная термическая обработка: нормализация при 900±20°C и высокий отпуск при 670±15°C (HB dотп≥3,7 мм).

Окончательная термическая обработка: закалка с 850±10°C в масле, отпуск при 600-650°C, охлаждение в масле или воде (HB dотп = 3,65-3,35 мм) или отпуск при 500-600°C, охлаждение в масле или воде (HB dотп = 3,45-3,2 мм)

Прокаливаемость d до 50 мм.

Режимы азотирования стали 40Х2Н2МА [1]

Способ
азотирования
Режим
предварительной
термической
обработки
НВ
(dотп)
мм
Режим
азотирования
Глубина
слоя, мм
HV
азотированной
поверхности
кгc/мм 2
температура
°С
время,
час
степень
диссоциации
аммиака, %
Газовое Закалка с 850±10°С в масле,
отпуск при 570-670°С,
охлаждение в воде или масле
3,55-3,30 520 50-60 20-40 0,5-0,6 ≥500
510
+
550
25

Зависимость твердости закаленной стали 40Х2Н2МА от температуры отпуска [2]

Температура
отпуска, °C
Твердость НВ,
не более
Примечание
200 525 Закалка
с 850°C
в масле
300 475
400 420
500 350
600 275

Твердость HB (ГОСТ 4543-2016)

Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 4543-2016)

Режим
термической
обработки
Механические
свойства,
не менее
Размер
сечения
заготовок
для термической
обработки
(диаметр круга
или сторона
квадрата), мм
Закалка Отпуск Предел
текучести
σт, Н/мм 2
Временное
сопротивление
σв, Н/мм 2
Относительное Ударная
вязкость
KCU, Дж/см 2
Температура, °С Среда
охлаждения
Температура, °С Среда
охлаждения
удлинение
δт,%
сужение
ψ, %
1-й закалки
или нормализации
2-й закалки
850 Масло 620 Вода или
масло
1)930 1080 12 50 78 25
2)835 980 12 55 98 25

ПРИМЕЧАНИЕ. Механические свойства металлопродукции, определяемые при температуре 20°С(-10/+15) на продольных термически обработанных образцах или образцах, изготовленных из термически обработанных заготовок.

Механические свойства

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

toтп, °C σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % КСU, Дж/см2 Твердость НВ
200 1600 1750 10 50 59 525
300 1470 1600 10 50 49 475
400 1240 1370 12 52 59 420
500 1080 1180 15 59 88 350
600 860 960 20 62 147 275

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 850 °С в масле.

Механические свойства при повышенных температурах

tисп, °C σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % КСU, Дж/см2
Закалка с 850 «С в масле; отпуск при 580 ’С
20 950 1070 16 58 78
250 830 1010 13 47 109
400 770 950 17 63 84
500 680 700 18 80 54
Образец диаметром 5 мм, длиной 25 мм, прокатанный.
Скорость деформирования 2 мм/мин;
скорость деформации 0,001 1/с
700 185 17 32
800 89 66 90
900 50 69 90
1000 35 75 90
1100 24 72 90
1200 14 62 90

Предел выносливости

Сечение, мм Термообработка σ-1, МПа τ0,2, МПа
100 Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 580 °С; σв = 880 МПа 447 274
400 Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 610 °С;
σв = 790 МПа; σ0,2 = 880 МПа,
σв = 1080 МПа
392 235
519 (n = 10 6 )

Ударная вязкость KCU

Термообработка КСU, Дж/см2, при температуре, °С
+20 -40 -60
Закалка с 860 °С в масле; отпуск при 580 °С 103 93 59

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм Место
вырезки
образца
σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % КСU, Дж/см2 Твердость НRCэ
Пруток. Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 620 °С
40 Ц 880 1030 14 57 118 33
60 Ц 830 980 16 60 127 32
80 1/2R 730 880 17 61 127 29
100 1/2R 670 850 19 61 127 26
120 1/3R 630 830 20 62 127 25
Пруток. Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 540-660 °С
До 16 Ц 1000 1200-1400 9 90
16-40 Ц 900 1100-1300 10 50
40-100 Ц 800 1000-1200 11 60
100-160 Ц 700 900-1100 12 60
160-250 Ц 650 850-1000 12 60

Технологические свойства

Прокаливаемость

Критический диаметр d

Количество
мартенсита, %
Критическая
твердость, HRCэ
d, мм,
при закалке
в воде в масле
50 44-47 153 114
90 49-53 137-150 100-114

Коррозионная стойкость

ПРИМЕЧАНИЕ, σ 455 1/10000 = 686 МПа; σ 455 1/1000 = 137 МПа; σ 590 1/10000 = 13 МПа; σ 590 1/1000 = 29 МПа.

ГОСТ 4543-2016 Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия стр. 6

На концах металлопродукции в обточенном (ободранном) состоянии диаметром до 80 мм включительно допускается фаска не более 6 мм х (45°±15°).

7.1.4.2 Требования по обрезке концов калиброванной металлопродукции должны соответствовать ГОСТ 1051.

7.1.4.3 Требования по обрезке концов металлопродукции со специальной отделкой поверхности должны соответствовать ГОСТ 14955.

Для металлопродукции со специальной отделкой поверхности на концах прутков диаметром до 80 мм включительно допускается фаска не более 6 мм х (45°±15°).

- горячекатаную и кованую: термически обработанной (отожженной, высокоотпущенной, нормализованной, нормализованной с высоким отпуском) - ТО или без термической обработки;

- калиброванную и со специальной отделкой поверхности: нагартованной - НГ или термически обработанной (отожженной, высокоотпущенной, нормализованной, закаленной с отпуском) - ТО.

Примечание - Допускается подвергать металлопродукцию противофлокенной обработке по методике изготовителя.

7.1.6.1 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 6.

7.1.6.2 Твердость горячекатаной и кованой металлопродукции, поставляемой без термической обработки, не нормируют и не контролируют.

7.1.6.3 Твердость калиброванной металлопродукции и металлопродукции со специальной отделкой поверхности диаметром или толщиной свыше 5 мм, поставляемой в нагартованном состоянии (НГ), должна быть не более 269 НВ, за исключением металлопродукции из стали марок 15Х, 15ХА, 15ХФ, 18ХГТ, 20Х, 30Х, 35Х, 38Х2МЮА, твердость которой должна соответствовать нормам, указанным в таблице 7.

7.1.6.4 При отсутствии требований заказчика по проведению термической обработки изготовителю допускается проводить термическую обработку для снятия напряжений без контроля твердости.

7.1.7.1 Механические свойства металлопродукции, определяемые при температуре (20 )°С на продольных термически обработанных образцах или образцах, изготовленных из термически обработанных заготовок, должны соответствовать нормам, указанным в таблице 8.

Изотермическая закалка при температуре 880°С в смеси калиевой и натриевой селитры, имеющей температуру 280°С-310°С, охлаждение на воздухе

Изотермическая закалка при температуре 900°С-910°С в селитре, имеющей температуру 330°С-350°С, охлаждение на воздухе

Механические свойства металлопродукции из стали марок 07Х3ГНМЮА, 15Х2ГМФ, 17ХГ, 20ХМФА, 20ХФР, 26ХГ2МФ, 35ХГР, 38ХФР, 40ХГМА, 40ХФР, 40Г1ТР, 45ХН4МФА, 45ХГСНМА не контролируют.

Контроль механических свойств калиброванной металлопродукции и металлопродукции со специальной отделкой поверхности проводят по требованию заказчика с указанием в условном обозначении буквы "М".

Примечание - Образцы для механических испытаний металлопродукции, изготовляемой в закаленном и отпущенном состоянии, дополнительной термической обработке не подвергают. Нормы механических свойств устанавливают по согласованию изготовителя с заказчиком.

7.1.7.2 Металлопродукцию из стали марок 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 20ХН2М, 25Х2Н4МА, 25Х2Н4ВА, 30ХН2МА, 30ХН2ВА, 30ХН2МФА, 30ХН2ВФА, 34Х2Н2М (34ХН1М), 34ХН3М, 36Х2Н2МФА, 38ХН3МА, 38ХН3ВА, 38Х2Н2МА, 38Х2Н2ВА, 38ХН3МФА, 40ХН2МА, 40Х2Н2МА, 40Х2Н2ВА, 45ХН2МФА, 45ХН4МФА дополнительно испытывают на ударный изгиб при температуре (20 )°С на образцах типа 11 (KCV). Фактические результаты испытаний заносят в документ о качестве.

Горячекатаную и кованую металлопродукцию с качеством поверхности группы 1ГП испытывают на горячую осадку на 65% (65).

Обезуглероживание металлопродукции с обточенной (ободранной) поверхностью и металлопродукции со специальной отделкой поверхности, в том числе металлопродукции, предназначенной для закалки токами высокой частоты (ТВЧ), не допускается.

7.1.10.1 Макроструктура металлопродукции, произведенной из слитка (КМС1), при проверке на протравленных темплетах или в изломе не должна иметь остатков усадочной раковины, подусадочной рыхлоты, подкорковых пузырей, трещин (кроме дефектов поверхности проб), расслоений, корочек, инородных металлических и шлаковых включений, флокенов.

7.1.10.2 Нормируемые в баллах требования к макроструктуре металлопродукции, произведенной из слитка (КМС1), диаметром или толщиной 40 мм и более должны соответствовать указанным в таблице 9.

Таблица 9 - Макроструктура металлопродукции диаметром или толщиной 40 мм и более, произведенной из слитка (КМС1)

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.

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 — 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);

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
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

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).

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 δ54), % 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.

Читайте также: