Сталь 40хм характеристики применение
Обновлено: 22.04.2024
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.
Сталь 12ХМ – расшифровка, химический состав, применение, советы по уходу
Сталь 12ХМ – низколегированная конструкционная жаропрочная. Обладает высокими показателями устойчивости к экстремальным температурам. При своей стоимости является одним из лучших жаропрочных металлов по соотношению цена/качество. Подходит для эксплуатации в условиях постоянных нагрузок, что делает ее незаменимой для выполнения сложных и ответственных промышленных задач. Сталь используется на атомных и других электростанциях, из нее производят трубы, коллекторы, котлы и другое оборудование, подверженное давлению и перегревам. Надежность, универсальность, простота производства и отличные характеристики стали обеспечивают ей прекрасную репутацию на рынке.
Расшифровка
Цифры и буквы в маркировке стали указывают на ряд важных показателей – ключевые химические элементы и уровень их концентрации в составе, степень раскисления, качество стали по содержанию вредных примесей серы и фосфора.
- 12 – указывает на содержание углерода в сотых долях %. В стали 12ХМ содержится приблизительно 0.12% углерода. Содержание углерода оказывает большое влияние на свойства стали, изменяя этот показатель, можно приспособить металл под нужды любой промышленности. Высокий показатель содержания углерода означает, что сталь твердая, жесткая, прекрасно справляется с постоянными нагрузками и идеально подходит для изготовления несущих металлоконструкций. Такие стали особенно популярны в строительстве. Недостатки сталей с высоким содержанием углерода – это неустойчивость к ударным нагрузкам, низкие показатели текучести и ударной вязкости, ограниченная свариваемость, сложности механической обработки, ломкость. Низкое содержание углерода указывает на мягкость стали. Такие металлы не самый лучший выбор для строительных металлоконструкций, т.к. не обладают достаточной жесткостью и твердостью. Однако они идеально подходят для изготовления деталей, работающих в условиях постоянной динамической нагрузки – ударов или вибраций, т.к. малоуглеродистые стали обладают хорошей ударной вязкостью и текучестью. Детали из таких сталей можно изготавливать методом холодной штамповки и всеми видами вытяжки. Малоуглеродистые стали практически никогда не имеют ограничений по свариваемости и отлично поддаются механической обработке. Недостаток твердости и прочности можно нивелировать с помощью термической обработки – закалки, а также путем добавления в состав легирующих элементов, таких как хром, никель, кремний, медь или марганец.
- Х – указывает на содержание хрома в количестве приблизительно равном 1%. Хром – один из самых популярных элементов, используемых для легирования стали. Существует два вида стали с добавлением стали – хромированная и хромистая. Хромированная сталь – это обыкновенная углеродистая сталь, покрытая защитным слоем хрома. Она неуязвима для воздействия внешней среды до тех пор, пока защитный слой сохраняет целостность, но при механическом повреждении слоя становится уязвимой для коррозии. Хромистая сталь содержит хром в составе, как добавку. Если хрома достаточно много, сталь становится нержавеющей. Антикорозионные свойства хромистой стали не зависят от внешнего покрытия и сохраняются на протяжении всего срока эксплуатации металла. Хром повышать прочность и твердость сплава.
- М – указывает на содержание молибдена. Молибден, как и хром, в больших количествах защищает от коррозии и упрочняет сталь, а также повышает возможности ее эксплуатации при высоких температурах.
Другие элементы – кремний, марганец, никель – содержатся в составе стали 12ХМ в незначительных количествах и в маркировке не указываются.
Характеристики
Сталь 12ХМ – это низколегированная жаропрочная перлитная конструкционная сталь. Жаропрочная – означает, что сталь можно использовать при высоких температурах нагрева. Низколегированная – значит, повышенной прочности, применяемая для изготовления металлоконструкций. Конструкционные стали используются для изготовления сварных или не сварных металлоконструкций различного назначения.
Особенности производства деталей
Термическая обработка для стали 12ХМ является обязательной процедурой. Изделия из стали подвергаются подогреванию, чтобы исключить образование холодных трещин в шовной области. Закалять сталь 12ХМ необходимо при температуре около 900С. Процедуру можно проводить как в масле, так и на воздухе, это зависит от габаритов изделия. Весь процесс длится 3 часа, после чего стали необходимо дать остыть на открытом воздухе.
Плюсы и минусы
Основные достоинства стали обеспечены наличием в составе хрома и молибдена. Благодаря хрому сплав сохраняет свои характеристики очень долго и более устойчив к коррозии, чем нелегированные углеродистые стали. Молибден придает стали жаропрочность и существенно повышает допустимые температуры эксплуатации. Кроме того, металл относительно прост в производстве, легируется доступными компонентам, благодаря чему не отличается высокой стоимостью.
К минусам можно отнести уязвимость к кислотным и щелочным средам – в результате взаимодействия с кислотами и солями возникает коррозия. При использовании стали 12ХМ в режущем инструменте, например, в пилах, ножах или фрезах, режущая поверхность быстро тупится. Рекомендуется применять сталь 12ХМ в инструменте для обработки древесины и использовать только по назначению.
Применение
Сталь 12ХМ применяется при изготовлении конструкций и деталей механизмов, преднахначенных для работы при экстремальных температурах и под постоянной нагрузкой. Такими деталями являются элементы паровых котлов, крепления и запорная арматура для трубопроводов, пароперегревательные трубы, трубы и коллекторы высокого давления. Изделия из стали применяется на электростанциях (в том числе – атомных), котельных, промышленных предприятиях.
Советы по уходу
В виду коррозионной неустойчивости к щелочным и кислотным средам рекомендуется избегать контакта с солями и кислотами. Если ржавчина уже образовалась, используйте специальные растворы, например, баллистол. Для очистки поверхности не рекомендуются использовать хлорсодержащие вещества, т.к. они пагубно влияют на сталь. В качестве защитного слоя можно нанести водостойкую краску. Очистить металл от старого слоя краски можно с помощью спирта. Сталь, не защищенную специальным покрытием, рекомендуется держать в сухости.
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.
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 40ХН легированная хромоникелевая – расшифровка марки, свойства и особенности, сфера применения
Сталь 40ХН конструкционная, легированная, хромоникелевая является одной из популярнейших марок низколегированных сталей, применяемых для производства механизмов. Сталь 40ХН применяется в изготовлении нагруженных подвижных деталей. Ее характеристики позволяют создавать элементы, с успехом выдерживающие постоянные нагрузки в движении – вибрации, скольжение, трение. Сталь не является нержавеющей, но обладает повышенной устойчивостью к влажности благодаря хрому и никелю в составе. Производство сплава не отличается сложностью, в составе отсутствуют дорогостоящие легирующие добавки, что позволяет производить сталь 40ХН без особых затрат. Марка 40ХН редко используется в сварных конструкциях из-за технологической сложности сварки, требующей многошаговых процедур обработки с соблюдением стандартов.
Маркировка стали 40ХН указывает на химический состав и процентные доли содержания основных элементов в сплаве. Основными элементами стали 40ХН, помимо железа, являются углерод, хром и никель. В составе сплава можно обнаружить и другие химические элементы, например, медь, марганец, фосфор, серу. Эти элементы присутствуют в сплаве в незначительных количествах, поэтому не отображаются в маркировке.
- Цифра 40 указывает на процент содержания углерода в десятых долях (0.4%). Высокоуглеродистые стали отличаются твердостью и прочностью, устойчивостью к статическим нагрузкам, что позволяет использовать их для производства жестких несущих конструкций, но они не подходят для производства изделий, подвергающихся высоким ударным нагрузкам. Стали с низким содержанием углерода отличаются упругостью и вязкостью, они устойчивы к динамическим (ударным) нагрузкам. Кроме того, чем ниже содержание углерода, тем легче обрабатывать сталь – свариваемость, резка, гибка и ковка стали улучшаются и требуют меньше сопутствующих процедур.
- Буква Х указывает на содержание хрома (1% от общей массы). Хром является одним из самых популярных легирующих элементов. Его добавление в сплав обходится сравнительно недорого, а влияние на свойства стали позволяет добиваться множества различных эффектов в зависимости от процентного содержания добавки. Хром повышает прочность и твердость стали, не снижая пластичности. При содержании до 1.5% ударная вязкость сплава не снижается. При высоком содержании хрома сталь становится нержавеющей, ее теплопроводность снижается и повышается электросопротивление.
- Буква Н указывает на содержание никеля (1% от общей массы). Никель также как и хром является популярным легирующим элементом, его используют при производстве нержавеющих сталей. Никель увеличивает показатели прочности и твердости, а также позволяет добиваться более высоких результатов от термической обработки.
Благодаря содержанию углерода и легирующим элементам сталь 40ХН относится к категории высокопрочных, подходящих для изготовления жестких конструкций и нагруженных деталей.
Преимущества и недостатки
По сравнению с нелегированными углеродистыми сталями, сталь 40ХН прочнее и тверже за счет хрома и никеля в составе. Легирующие добавки повышают результативность термообработки, увеличивают выносливость металла при эксплуатации в условиях постоянной нагрузки. Такие преимущества делают сталь 40ХН идеальным материалом для изготовления нагруженных деталей механизмов. Сплав прост в производстве, не содержит дорогих добавок, что делает его доступным по цене.
К недостаткам стали 40ХН можно отнести ограниченную свариваемость, флокеночувствительность и склонность к отпускной хрупкости.
Процесс сварки
Сплав 40ХН относится к трудносвариваемым, как и большинство легированных сталей. Это вызвано образованием хрупких соединений в зоне сварного шва, нивелировать которые можно только благодаря соблюдению определенной технологии процесса. Детали сваривают после термообработки с последующим отпуском, после чего необходим повторный нагрев в диапазоне 350-400С в электропечи. После нагрева материал сваривается в два слоя, швы зачищаются от шлака, ток должен быть постоянным с обратной полярностью.
Сложности сварки ограничивают применение стали 40ХН в сварных строительных конструкциях, в большинстве случаев из нее производят элементы механизмов, не требующие сваривания.
Обработка и закалка
После сваривания изделию необходимо дать остыть. Швы механически зачищаются для выявления трещин, затем шлифуются и обрабатываются кислотой. При соблюдении всех стандартов обработки металла до и после сварки можно рассчитывать на прочную структуру швов и прилегающих зон, без дефектов, без повышенной склонности к растрескиванию. Проверка прочности швов может осуществляться с помощью рентгеновских лучей, макрошлифов и испытаний на твердость.
Закаливание сплава 40ХН возможно несколькими способами. Самым лучшим из них является закаливание в масле. Т.к. это не всегда возможно, в некоторых случаях допускается закаливание в воде, например, если изделие слишком большое. Рекомендуется поместить изделие в масло как можно скорее, если это не представляется возможным, изделие подвергают низкому отпуску. Отпуск обязателен также после закаливания высокочастотными токами. Прочность внешнего слоя изделия существенно повышается после закалки.
Характеристики и применение
Каждая сталь обладает уникальным набором достоинств. Благодаря балансу содержания углерода, качеству и количеству легирующих добавок, сталь «настраивается» на выполнение круга задач, ради которого создается. Это позволяет отсечь все лишнее, избежать переплат на этапе производства сплава и не допустить возникновения изъянов, критичных для целевой сферы применения. Для стали 40ХН основным направлением является производство деталей, работающих при постоянных нагрузках. Элементы механизмов из стали 40ХН хорошо показывают себя при:
- высокой вибрации;
- скольжении на высоких скоростях.
Это различные поршни, соединительные трубки, валы, шатуны, оси, зубчатые колеса и т.д. Крупнейшими потребителями стали 40ХН являются нефтедобывающая, машиностроительная и авиастроительная отрасли. Сталь 40ХН относится к конструкционным, но из-за трудной свариваемости большее применение находит при производстве деталей для механизмов.
Виды поставки: сталь 40ХН поставляется в виде сортового и фасонного проката, листов и полос, проволоки, поковок и заготовок.
Сталь 40ХН конструкционная легированная
- 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%.
- 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.
| 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 |
| 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 |
| 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 |
| 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.
| 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.
| 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 |
| 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 ) | — |
| 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.
| 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 |
Полоса прокаливаемости для стали 40ХН после нормализации при 850°С и закалки с 820°С приведена на рисунке ниже.
Читайте также: