Сталь марки 4 х
Обновлено: 15.05.2024
Сталь 3, ст3 или ст3Гсп конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества. Является материалом широкого применения для всех сфер промышленности, популярным, хорошо продающимся. Универсальная сталь для сварных и несварных конструкций, работающих в нормальных условиях. Применяют в несущих фермах, ограждениях или элементах декора. Сталь 3 не подходит для использования при низких температурах и в условиях агрессивной внешней среды.
Расшифровка
В соответствии с ГОСТ 380-2005 полное имя стали 3 ст3Гсп. Марка указывает на химический состав, порядковый номер и степень раскисления.
- Ст означает, что это марка стали обыкновенного качества. Качество стали определяется по уровню содержания серы и фосфора чем ниже концентрация, тем выше качество. Различают обыкновенные, качественные, высококачественные и особо высококачественные стали. Содержание серы и фосфора в обыкновенных сплавах не превышают 0,06% и 0,07%.
- Цифра 3 условный номер марки по ГОСТу. ГОСТ 380-2005 регламентирует углеродистые стали обыкновенного качества, номер марки присваивается сплаву согласно его химическому составу.
- Буква Г указывает на содержание марганца.
- Сп степень раскисления стали. Раскисление стали, это процесс удаления из нее кислорода, препятствующий окислению и «кипению» выделению газа при затвердевании. Различают спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп) стали. Стали сильного раскисления называются спокойными, а слабого кипящими. Чем слабее раскисление, тем выше пористость стали. Сталь ст3Гсп относится к спокойным, у нее есть полуспокойный вариант - сталь ст3пс.
Химический состав
98% состава стали ст3 составляет железо. Содержание углерода в составе ст3 невысоко. Его достаточно, чтобы обеспечить сплаву твердость, в то же время он не снижает вязкость стали и ее пластичность. В составе также можно обнаружить:
- Кремний. Этот элемент является основным раскислителем сплава. Благодаря ему сталь ст3 приобретает мелкозернистую структуру, а еще он увеличивает прочность, не снижая пластичности.
- Марганец. Раскислитель, способствующий выводу серы. Благодаря марганцу сталь улучшается качество поверхности, сталь лучше сваривается, куется, становится устойчивой к износу.
- Сера. Вредная примесь, которая становится причиной повышения красноломкости риска растрескивания при высокотемпературной обработке.
- Фосфор. Вредная примесь, сильно снижающая температурный диапазон применения сталей. Из-за фосфора при высоких температурах сталь теряет пластичность, а при низких становится склонной к хрупкости.
- Никель, медь, хром, азот, алюминий. Элементы могут присутствовать в составе стали 3, но не влиять на ее характеристики из-за незначительной концентрации.
Фосфор и сера негативно сказываются на свариваемости из-за них сварные швы становятся пористыми и склонными к трещинам.
Химический состав в % материала Ст3сп
C
Si
Mn
Ni
S
P
Cr
N
Cu
As
0.14 - 0.22
0.15 - 0.3
0.4 - 0.65
до 0.3
до 0.05
до 0.04
до 0.008
до 0.08
Химический состав, % (ГОСТ 380-2005)
Массовая доля химических элементов
Назначение
Сталь 3 и другие сплавы этого класса превосходят по объему применения все остальные разновидности стали. Ее используют для производства кованых изделий ограждений, ворот, декоративных элементов. В строительстве как материал для несущих, не несущих, сварных и не сварных строительных конструкций. Из нее изготавливают трубы и арматуру, детали механизмов для эксплуатации при положительных температурах. Сталь ст3 применяется в химической и нефтегазовой промышленностях, а также в машиностроении.
Благодаря простому химическому составу, доступности, эксплуатационным характеристикам, физическим свойствам, сталь 3 входит в число самых распространенных материалов в отраслях, которым требуется много стали. Например, в строительстве железных дорог и трубопроводов для транспортировки природного газа или воды.
ГОСТ 380-2005
Свойства стали ст3, требования к химическому составу, методы контроля и данные о международном стандарте качества перечисляются в ГОСТ 380-2005. Данный стандарт регламентирует углеродистую сталь обыкновенного качества. К таковой относятся 7 марок стали, различных по химическому составу и содержанию углерода (ст0 ст6) и их разновидности по степени окисления (сп, пс, кп). Всего насчитывается 20 марок в этом классе. Подробнее о них - в материалах нашего сайта.
Преимущества и недостатки
Главной отличительной особенностью стали ст3 является совокупность положительных характеристик или универсальность. Это значит, что у нее нет какого-то одного ключевого достоинства, она показывает достойные характеристики со всех сторон, что и делает ее первой на рынке. Эта сталь не предназначена для узкоспециализированного применения в особых условиях, но идеально подходит для широкого повседневного применения.
К недостаткам стали нужно отнести невысокие показатели работы при низких температурах.
Достоинства стали ст3Гсп:
- гомогенная структура, благодаря которой сталь становится однородной, пластичной и защищенной от неблагоприятных воздействий окружающей среды;
- устойчивость к атмосферной коррозии;
- высокие показатели упругости и твердости;
- нечувствительность к флокенам;
- ударная вязкость, позволяющая хорошо переносить динамические нагрузки;
- не подвержена отпускной хрупкости;
- простой процесс производства, отсутствие дорогостоящих легирующих добавок;
- сравнительно низкая стоимость.
Отдельно следует упомянуть, что материал отлично поддается сварке. Ее можно проводить по любой известной технологии без предварительной и последующей обработок.
Характеристики
Ст3 характеризуется как углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества. Сталь не имеет в составе легирующих добавок, защищающих от внешнего воздействия. Для использования в агрессивной химической среде или условиях повышенной влажности необходимо покрывать сталь защитным слоем. Ст3 обладает хорошей свариваемостью, высокими показателями прочности, хорошо противостоит нагрузкам, что и позволяет использовать ее в несущих конструкциях. Цена стали ст3 оптимальна для строительства объектов или прокладки коммуникаций, требующих большого количества металла. Плотность Ст3 - 7850 кг/м3.
Сортамент
- Швеллеры параллельные (П), с уклоном полок (У), равнополочные гнутые;
- круглые сечения круг и арматура;
- трубы ВГП, электросварные (ЭС), бесшовные (БГД);
- двутавры балочные, широкополочные, колонные, специальные, с уклоном полок;
- квадрат стальной;
- уголки равнополочные и неравнополочные;
- профиль квадратный и прямоугольный;
- листовая сталь горячекатаная, рифленая, просечно-вытяжная, полосовая.
Виды поставки
- Горячий листовой прокат, в том числе лента и полоса;
- поковки;
- рельсы;
- трубы;
- пруток и проволока.
Заменители
Заменитель это сплав, наиболее близкий по эксплуатационным характеристикам к основному. В качестве заменителей для ст3 обычно выступает одна из трех отечественных марок: С245, С285, ВСт3Сп.
Допустимо применение зарубежных аналогов, отличающихся по маркировке, но доступных в любом уголке карты мира. Ими являются:
В США:
В Великобритании:
В Германии:
Во Франции:
В Японии:
В Китае:
В Австрии:
В Венгрии
Сравнение с легированными конструкционными сталями
Сталь ст3 является углеродистой конструкционной сталью обыкновенного качества. Она используется для получения сварных и несварных конструкций, тяжелонагруженных ферм и других несущих элементов. Ст3 устойчива к атмосферной коррозии, но без защитного покрытия будет разрушаться при длительном контакте с влагой или агрессивной химической средой.
Легированная конструкционная сталь защищена от коррозии легирующими элементами, благодаря чему может использоваться без защитного слоя при контакте с влагой и агрессивными средами. Легированная сталь сложнее в производстве, дороже и более склонна к хрупкости. Обработка такой стали может требовать особых условий, в то время как более доступная и простая в производстве ст3 не требует никаких специальных условий обработки.
Сравнение с легированными инструментальными сталями
Легированная инструментальная сталь применяется в производстве инструмента. Легирующие добавки направлены на повышение качеств стали, благодаря им, удается добиться значительного преимущества перед углеродистыми сплавами. К ним относятся:
- красностойкость;
- высокая прокаливаемость;
- стойкость к ударным нагрузкам (особенно важная для ударного инструмента);
- износоустойчивость.
Сталь ст3 является конструкционной и, как правило, не применяется для изготовления подвижных деталей инструментов.
Сталь 4Х5МФС инструментальная штамповая
Сталь марки 4Х5МФС относится к легированным теплостойким инструментальным штамповым сталям деформирующим металл в горяем состоянии. Теплостойкость стали 4Х5МФС (для твердости 45 HRC) составляет 590-610 °C.
Сталь 4Х5МФС является одной из основных для разнообразных штампов деформирования стали и цветных металлов и для форм литья под давлением алюминиевых и магниевых сплавов диаметром (стороной) до 70-80 мм.
Разгаростойкость этой стали значительно лучше, чем у широко применявшейся ранее вольфрамовой стали 3Х2В8Ф . Кроме того, из за влияния повышенного содержания хрома, взаимодействие с заливаемым металлом и растворимость в нем у стали 4Х5МФС меньше, чем у более легированной стали ЗХ2В8Ф. Соответственно и стойкость форм из стали 4Х5МФС в 1,5-2 раза выше.
Сталь марки 4Х5МФС по свойствам и назначению близка к стали марки 4Х5В2ФС; однако благодаря повышенным сопротивлению хрупкому разрушению, разгаростойкости и прокаливаемости её целесообразно применять для изготовления более крупного и сложного прессового инструмента, работающего в условиях интенсивного охлаждения (пуансоны, матрицы, вставки, прессформы).
Крупные формы для литья под давлением алюминиевых и цинковых сплавов из стали 4Х5МФС закаливают от температуры на 20-30 °C ниже принятой. Рекомендуется ступенчатая закалка, охлаждение в соляной ванне в области температур максимальной устойчивости аустенита, далее на спокойном воздухе.
Применение
- мелкие молотовые штампы,
- крупные (толщиной или диаметром более 200 мм) молотовые и прессовые вставки при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных сплавов в условиях крупносерийного и массового производства,
- пресс-формы литья под давлением алюминиевых, а также цинковых и магниевых сплавов.
Температура критических точек, °С [4]
| Ас1 | Ас3 (Аcm) | Ar3 (Arm) | Ar1 | Мн | Мк |
| 840 | 870 | 810 | 735 | 300 | 110 |
Химический состав (ГОСТ 5950-2000)
| Марка стали | Массовая дата элемента. % | |||||||
| углерода | кремния | марганца | хрома | вольфрама | ванадия | молибдена | никеля | |
| Группа II | ||||||||
| 4Х5МФС | 0,32-0,40 | 0,90-1,20 | 0,20-0,50 | 4,50-5,50 | — | 0,30-0,50 | 1,20-1,50 | — |
ПРИМЕЧАНИЕ:
Группа II — означает, что металлопродукция предназначена для изготовления инструмента, используемого в дальнейшем у потребителя для обработки металлов давлением при температурах выше 300 °С;
Температуры отжига и высокого отпуска стали 4Х5МФС [4]
| Отжиг | Изотермический отжиг | Высокий отпуск | ||||
| температура нагрева, °C | твердость HB | температура, °C | твердость HB, не более | температура нагрева, °C | твердость HB, не более | |
| нагрева | изотермической выдержки | |||||
| 830-850 | 207-255 | 830-850 | 660-680 | 241 | 730-760 | 269 |
Режимы окончательной термической обработки (зкалка, отпуск) штампового инструмента из стали 4Х5МФС для горячего деформирования [4]
- I — подстуживание на воздухе до 900-950 °C, затем охлаждение в масле до 200-230 °C, далее на воздухе;
- II — подстуживание на воздухе до 900-950 °C, затем охлаждение в смеси расплавленных солей при температуре 450-500 °C с выдержкой до полного выравнивания температуры по сечению, после чего охлаждение в масле до 200-230 °C и далее на воздухе;
Температуры отжига с непрерывным охлаждением, изотермического отжига, высокого отпуска и твердость (HB) штамповой стали 4Х5МФС после этих видов термической обработки [3]
| Изотермический отжиг | Отжиг с непрерывным охлаждением | Высокий отпуск | ||||
| Температура, °C | Твердость HB | Температура нагрева, °C | Твердость HB | Температура нагрева, °C | Твердость HB | |
| нагрева | изотермической выдержки | |||||
| 840-860 | 670-690 | 197-241 | 840-860 | 229-241 | 760-780 | 241-255 |
Режимы закалки и отпуска деталей штампового инструмента горячего деформирования, величина зерна и твердость после окончательной термической обработки [3]
| Закалка | Балл зерна | Твердость HRC | Отпуск | ||
| Температура, °C | Температура нагрева, °C | Твердость HRC | |||
| подогрева | окончательного нагрева | ||||
| 700-750 | 1000-1020 | 10 | 50-52 | 530-560 | 47-49 |
Режимы азотирования штампового инструмента из стали 4Х5МФС [4]
| Марка стали | Температура, °C | Продолжительность, ч | Среда | Диффузионный слой | |
| глубина, мм | микротвердость, кгс/мм 2 | ||||
| 4Х5МФС | 530-550 | 12-20 | Аммиак (α = 30-60%) | 0,15-0,20 | 960-550 |
Режимы цианирования штампового инструмента из стали 4Х5МФС [4]
| Температура, °C | Продолжительность, ч | Диффузионный слой | |
| глубина | микротвердость, кгс/мм 2 | ||
| В расплаве 50% KCN+50% NaCN | |||
| 560 | 2 | 0,06 | 710-600 |
| В смеси саратовского газа и аммиака | |||
| 580 | 8 | 0,23-0,27 | 900-660 |
Твердость стали после термообработки (ГОСТ 5950-73) [5]
| Состояние поставки | Твердость НВ, HRCэ |
| Пруток и полоса отожженные или высокоотпущенные | До НВ 241 |
| Образцы. Закалка с 1000-1020 °С в масле; отпуск при 550 °С | Св. 48 |
| Подогрев 700-750 °С. Закалка с 1000-1020 °С в масле; отпуск при 530-560 °С, отпуск при 500-520 °С (окончательная термообработка) | 49-51 |
Твердость в состоянии поставки металлопродукции из стали 4Х5МФС, предназначенной для холодной механической обработки (ГОСТ 5950-2000)
| Марка стали | Твердость НВ, не более | Диаметр отпечатка, мм, не менее |
| 4Х5МФС | 241 | 3,9 |
Твердость образцов металлопродукции из стали 4Х5МФС после закалки и закалки с отпуском (ГОСТ 5950-2000)
| Марка стали | Температура, °С, и среда закалки образцов | Температура отпуска, °С | Твердость HRCэ (HRC), не менее |
| 4Х5МФС | 1010-1030, масло | 550 | 48 (47) |
Твердость после закалки (ГОСТ 5950-2000)
| Марка стали | Температура, °С, и среда закалки образцов | Твердость HRCэ (HRC), не менее |
| 4Х5МФС | 1000-1020, масло | 51 (50) |
Механические свойства в зависимости от температуры испытания [5]
| tисп., °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HRCэ |
| 20 | 1570 | 1710 | 12 | 54 | 51 | 50 |
| 300 | 1320 | 1540 | 12 | 48 | 61 | 50 |
| 400 | 1270 | 1470 | 12 | 49 | 62 | 52 |
| 500 | 1130 | 1370 | 10 | 52 | 55 | 47 |
| 550 | 1160 | 1290 | 12 | 50 | 50 | 44 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 1000 °С в масле; отпуск при 560 °С 2 ч
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска [5]
| tотп., °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HRCэ |
| 500 | 1420 | 1720 | 12 | 45 | 49 | 50 |
| 550 | — | 1670 | 10 | 50 | 56 | 48 |
| 600 | 1350 | 1490 | 13 | 53 | 59 | 45 |
| 650 | 960 | 1080 | 15 | 60 | 79 | 34 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 1000 °С в масле; выдержка при отпуске 2 ч.
Ударная вязкость KCU
| Термообработка | KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С | ||
| +20 | -40 | -70 | |
| Закалка; отпуск при 600 °С | 29 | 20 | 10 |
Технологические свойства [5]
Температура ковки, °С: начала 1180, конца 850. Охлаждение замедленное в колодцах.
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%.
Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)
| C, углерод | Mn, марганец | Si, кремний | P, фосфор | S, сера | Cr, хром | Ni, никель | Cu, медь | As, мышьяк |
| 0,36-0,44 | 0,5-0,8 | 0,17-0,37 | не более 0,25 | не более 0,04 | не более 0,035 | не более 0,25 | не более 0,25 | не более 0,08 |
Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)
| Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Al | Ti | V | B | |
| 40Х | 0,36-0,44 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,80-1,10 | — | — | — | — | — | — |
- 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 %. - Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 ГОСТ 4543-2016.
Твердость по Бринелю ГОСТ 4543-2016
Твердость по Бринеллю металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном
(ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим
высоким отпуском (Н+ВО), диаметром или толщиной свыше 5 мм должна соответствовать нормам,
указанным в таблице
| Марка стали | Твердость НВ, не более |
| 40Х | 217 |
Примечание: Согласно ГОСТ 4543-71 твердость калиброванного проката в отожженном или высокоотпущенном состоянии, а также горячекатаного проката в нормализованном с последующим высоким отпуском состоянии может быть на 15 единиц НВ больше.
Свариваемость
Трудносвариваемая.
Способы сварки:
- РДС (ручная дуговая сварка), ЭШС (электрошлаковая сварка). Необходимы подогрев и последующая термообработка.
- КТС (контактная сварка) — необходима последующая термообработка.
Применение стали 40Х для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)
| Марка стали | НД на поставку | Температура рабочей среды (стенки), °С | Дополнительные указания по применению |
| 40Х ГОСТ 4543 | Поковки ГОСТ 8479. Сортовой прокат ГОСТ 4543 | От -40 до 450 | Для несварных узлов арматуры с обязательным проведением термообработки (закалка и высокий отпуск) при температуре рабочей среды (стенки) ниже минус 30°С до минус 40°С |
Применение стали 40Х для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)
Допускается применять крепежные изделия из сталей марки 40Х при температурах ниже минус 40°С до минус 60°С, если при испытании на ударный изгиб образцов типа 11 по ГОСТ 9454 при рабочих отрицательных температурах ударная вязкость не будет ниже 300 кДж/м (3 кгс·м/см ) ни на одном из испытуемых образцов.
Применение стали для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)
| Марка стали | НД на поставку | Температура рабочей среды, °С | Дополнительные указания по применению |
| 40Х ГОСТ 4543 | Сортовой прокат ГОСТ 4543, ГОСТ 1051 | От -40 до 450 | Применяются после улучшающей термообработки (закалка и высокий отпуск) |
Применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур
| Марка стали | Закалка + отпуск при температуре, °С | Примерный уровень прочности, Н/мм (кгс/мм 2 ) | Температура применения не ниже, °С | Использование в толщине не более, мм |
| 40Х | 500 | 1000(100) | -60 | 30 |
Стойкость стали 40Х против щелевой эрозии
| Группа стойкости | Балл | Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T |
| Пониженной стойкости | 4 | 0,15-0,25 |
Применение стали 40Х для изготовления основных деталей арматуры атомных станций
| Марка стали | Вид полуфабриката или изделия | Максимально допустимая температура применения, °С |
| 40Х ГОСТ 4543 | Поковки. Крепеж | 500 |
Технологические свойства
- Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
- Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,2 и Kv б.ст = 0,95 в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σв = 610 МПа.
- Флокеночувствительность — чувствительна.
- Склонность к отпускной хрупкости — склонна.
Механические свойства стали 40Х по ГОСТ 4543-2516
Механические свойства металлопродукции, определяемые при температуре 20°С (-10/+15°С) на продольных термически обработанных образцах или образцах, изготовленных из термически обработанных заготовок, должны соответствовать нормам, указанным в таблице
| Режим термической обработки | Закалка | Температура, °С | 860 |
| Среда охлаждения | Масло | ||
| Отпуск | Температура, °С | 500 | |
| Среда охлаждения | Вода или масло | ||
| Механические свойства, не менее | Предел текучести σт, Н/мм 2 | 785 | |
| Временное сопротивление σв, Н/мм 2 | 980 | ||
| Относительное удлинение δ5, % | 10 | ||
| Относительное сужение Ψ, % | 45 | ||
| Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 | 59 | ||
| Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм | 25 | ||
Механические свойства по ГОСТ 4543-71 при нормальной температуре
Предел текучести σт, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 785(80);
Временное сопротивление σв, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 980(100);
Относительное удлинение δ5, %, не менее — 10;
Относительное сужение Ψ, %, не менее- 45;
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 (кгс*м/см 2 ), не менее — 59(6);
| Термообработка | KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С | |||
| +20 | -20 | -40 | -70 | |
| Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 650 °С | 160 | 148 | 107 | 85 |
| Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 580 °С | 91 | 82 | — | 54 |
Механические свойства
| ГОСТ | Состояние поставки | Сечение, мм | КП | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB, не более |
| не менее | |||||||||
| ГОСТ 4543-71 | Пруток. Закалка с 860 °С в масле, отпуск при 500 °С, охл. в воде или в масле | 25 | — | 780 | 980 | 10 | 45 | 59 | — |
| ГОСТ 8479-70 | Поковка: | ||||||||
| нормализация | 500-800 | 245 | 245 | 470 | 15 | 30 | 34 | 143-179 | |
| 300-500 | 275 | 275 | 530 | 15 | 32 | 29 | 156-197 | ||
| закалка+отпуск | 500-800 | 275 | 275 | 530 | 13 | 30 | 29 | 156-197 | |
| нормализация | До 100 | 315 | 315 | 570 | 17 | 38 | 39 | 167-207 | |
| 100-300 | 14 | 35 | 34 | ||||||
| закалка+отпуск | 300-500 | 315 | 315 | 570 | 12 | 30 | 29 | 167-207 | |
| 500-800 | 11 | 30 | 29 | ||||||
| нормализация | До 100 | 345 | 345 | 590 | 18 | 45 | 59 | 174-217 | |
| 100-300 | 345 | 17 | 40 | 54 | |||||
| закалка+отпуск | 300-500 | 14 | 38 | 49 | |||||
| До 100 | 395 | 395 | 615 | 17 | 45 | 59 | 187-229 | ||
| 100-300 | 15 | 40 | 54 | ||||||
| 300-500 | 13 | 35 | 49 | ||||||
| До 100 | 440 | 440 | 635 | 16 | 45 | 59 | 197-235 | ||
| 100-300 | 14 | 40 | 54 | ||||||
| До 100 | 490 | 490 | 655 | 16 | 45 | 59 | 212-248 | ||
| 100-300 | 13 | 40 | 54 | ||||||
Механические свойства в зависимости от сечения
| Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость НВ |
| 101-200 | 490 | 655 | 15 | 45 | 59 | 212-248 |
| 201-300 | 440 | 635 | 14 | 40 | 54 | 197-235 |
| 301-500 | 345 | 590 | 14 | 38 | 49 | 174-217 |
Примечание: Закалка с 840-860 °С в масле; отпуск при 580-650 °С, охл. на воздухе.
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| tотп. °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB |
| 200 | 1560 | 1760 | 8 | 35 | 29 | 552 |
| 300 | 1390 | 1610 | 8 | 35 | 20 | 498 |
| 400 | 1180 | 1320 | 9 | 40 | 49 | 417 |
| 500 | 910 | 1150 | 11 | 49 | 69 | 326 |
| 600 | 720 | 860 | 14 | 60 | 147 | 265 |
Примечание: Закалка с 850 °С в воде.
Механические свойств при повышенных температурах
| tисп. °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCU, Дж/см 2 |
| Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 550 °С | |||||
| 200 | 700 | 880 | 15 | 42 | 118 |
| 300 | 680 | 870 | 17 | 58 | — |
| 400 | 610 | 690 | 18 | 68 | 98 |
| 500 | 430 | 490 | 21 | 80 | 78 |
| Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, кованый и отожженный; скорость деформирования 5 мм/мин; скорость деформации 0,002 1/с | |||||
| 700 | 140 | 175 | 33 | 78 | — |
| 800 | 54 | 98 | 59 | 98 | — |
| 900 | 41 | 69 | 65 | 100 | — |
| 1000 | 24 | 43 | 68 | 100 | — |
| 1100 | 11 | 26 | 68 | 100 | — |
| 1200 | 11 | 24 | 70 | 100 | — |
Термообработка ГОСТ 4543-71
Примечание: Размер сечения заготовки для термической обработки
(диаметр круга или сторона квадрата), мм, не менее — 25.
Сталь марки 40Х
Расшифровка марки стали 40Х: эта марка означает, что в стали содержится 0,40% углерода и менее 1,5% хрома.
Преимущества термообработки изделий из стали 40Х в кипящем слое по сравнению с традиционными способами: был исследован нагрев под закалку высокопрочных болтов из сталей 40Х и 38ХС. Из опытов следует, что при горизонтальном положении болта М24 в кипящем слое частиц корунда диаметром 0,32 мм, отапливаемом природным газом, медленнее всего температура повышается на оси болта в месте стыка его тела и головки. Скорость нагрева в этой точке почти вдвое меньше, чем на поверхности в середине болта, так что во избежание перегрева температура кипящего слоя не должна заметно превышать конечную температуру нагрева. В слое с температурой 900° С болт прогревается до 860° С примерно за 3 мин (термопара зачеканена на оси под головкой), в то время как в применяемых в настоящее время электропечах К-160 нагрев до 860° С длится, по нашим экспериментальным данным, 40 мин. За это время в электропечах образуется значительный слой отслаивающейся окалины, в то время как при нагреве в кипящем слое с двухступенчатым сжиганием поверхность получается чистой. Эксперименты показали, что для аустенизации достаточна выдержка болтов из обеих сталей при температуре слоя 860-870° С в течение 10-15 мин. Поскольку скорость охлаждения этих изделий в кипящем слое оказалась недостаточной, закалку осуществляли в масле. Отпущенные после закалки (410° С, 80 мин) болты отличались высокими показателями прочности при достаточной пластичности:
Сталь 40Х: σв=147-150 кгс/мм 2 , ан=3,84-3,27 кгс*м/см 2 , HB 345-360
(ударную вязкость ан определяли на образцах, предел прочности σв на целых болтах).
| Краткие обозначения: | ||||
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | ε | - относительная осадка при появлении первой трещины, % | |
| σ0,05 | - предел упругости, МПа | Jк | - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа | σизг | - предел прочности при изгибе, МПа | |
| δ5,δ4,δ10 | - относительное удлинение после разрыва, % | σ-1 | - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| σсж0,05 и σсж | - предел текучести при сжатии, МПа | J-1 | - предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| ν | - относительный сдвиг, % | n | - количество циклов нагружения | |
| s в | - предел кратковременной прочности, МПа | R и ρ | - удельное электросопротивление, Ом·м | |
| ψ | - относительное сужение, % | E | - модуль упругости нормальный, ГПа | |
| KCU и KCV | - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 | T | - температура, при которой получены свойства, Град | |
| s T | - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа | l и λ | - коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С) | |
| HB | - твердость по Бринеллю | C | - удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)] | |
| HV | - твердость по Виккерсу | pn и r | - плотность кг/м 3 | |
| HRCэ | - твердость по Роквеллу, шкала С | а | - коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С | |
| HRB | - твердость по Роквеллу, шкала В | σ t Т | - предел длительной прочности, МПа | |
| HSD | - твердость по Шору | G | - модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа | |
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
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.
Читайте также: