Сталь 40ХН хромоникелевая конструкционная легированная
Сталь – сплав железа с примесью различных элементов, среди которых основным является углерод, содержание которого варьируется в диапазоне от 0,1 до 2,14%. Что не мало важно сплав железа, содержащий в составе более 0,6% углерода, относится к классу высокоуглеродистых, что положительно отражается на их прочности, в свою очередь снижая пластичность. Сталь, в состав которой входят легирующие элементы, и содержащая не менее 45% железа, является легированной, и именно к таким типам сплава сталь 40ХН и относится.
Расшифровка стали 40Х
Маркировка и классификация сталей
На территории СНГ применяется стандарт ГОСТ 4543-2016, который позволяет определить не только химический состав, но и различные эксплуатационные качества материала.
Сталь 40Х ГОСТ определяет следующие вещества в составе:
- Первая цифра 40 применяется для обозначения основного элемента в составе, которым является углерод. Как правило, большая часть состава приходится на железо, а углерод, концентрация которого составляет 0,44%, определяет основные эксплуатационные характеристики.
- Следующая буква Х указывает на то, что в составе есть легирующий элемент, представленный хромом. Отсутствие цифры после буквы указывает на то, что концентрация элемента составляет 1,1%. Как ранее было отмечено, хром повышает коррозионную стойкость структуры. Однако, рассматриваемая марка стали 40Х не характеризуется высокими антикоррозионными качествами.
- Рассматривая 40Х ГОСТ отметим, что в состав входит довольно большое количество никеля, кремния и марганца. Они определяют некоторые эксплуатационные характеристики металла, но они не отмечаются в маркировке.
Расшифровка позволяет определить химический состав и основные эксплуатационные качества материала. Стоит учитывать, что зарубежные производители применяют иные стандарты при маркировке материалов, но химический состав у аналогов примерно схожий.
Описание и история сплава
Название сплава расшифровывается как хромоникелевая конструкционная легированная сталь. За качество стали 40ХН отвечает ГОСТ 4543-71, который относит его к классу высокопрочных сталей для применения в конструкционных целях (хромоникелевый стальной сплав с легирующими элементами). То есть для получения изделий, применяемых при машиностроении и строительстве. Внедрение никеля в состав сплава — улучшает показатель химической устойчивости.
Данный факт впервые был представлен общественности во Франции химиком Жозефом Луи Прустом в 19-ом веке. Он выдвинул теорию о том, что железные метеориты практически не поддаются процессу коррозии из-за входящего в их состав никеля.
Механические свойства стали 40ХН
Спустя два десятка лет с того момента, Майкл Фарадей впервые изготовил сплав с соединениями железа и никеля, который отличался высокой устойчивостью к процессу коррозии. Однако получить сплав с улучшенными характеристиками по упругости, антикоррозийными свойствами и прочностью к механическому воздействию удалось лишь после химического вывода ковкого никеля. По характеристикам 40ХН имеет большую устойчивость к коррозийному процессу за счет добавления в состав хрома, который также усиливает прочностные свойства стали.
Состав 40ХН
40 ХН – сталь, имеющая в составе такие элементы как углерод – в процентном соотношении от 0,36% до 0,44% (один из самых важных элементов), марганец от 0,5% и вплоть до 0,8%, вкрапления никеля в соотношении от 1% до 1,4%, порошок кремния от 0,17% до 0,37%, элементы серы и фосфора – каждый из которых не превышает 0,035%, также соединения хрома от 0,45 до 0,75% и добавление 0,3% меди. Сталь 40ХН относится к высококачественным легированным сталям в первую очередь из-за содержания фосфора и серы менее 0,36% в процентном соотношении.
Химический состав стали 40ХН
Применение
Основной областью применения стали 40ХН является производство деталей для механизмов, эксплуатируемых в условиях постоянной нагрузки, когда механизмы работают при больших скоростях скольжения и высокой вибрации. К примеру, такие как: соединительные трубки и муфты для механизмов в нефтедобывающей промышленности, поршневые шатуны, оси, и валы. Зубчатые колеса, гидроцилиндровые штоки и тому подобные детали также изготавливают из стали 40ХН, так как она обеспечивает высокое качество конечного продукта.
И даже такие серьезные детали, как трубопроводная арматура, роторные, коленчатые и редукторные валы, применяющиеся при авиастроении, детали двигателей воздушного охлаждения и исполинских деталей, работающих при температурах свыше 500 градусов по Цельсию, изготавливаются из этого материала.
Если проще, то особенности стали 40ХН делают ее пригодной для изделий, одними из свойств которых должны быть прочность и вязкость материала.
Толщина у стенок изделия, состоящего из этого материала, не должна превышать порог в 120 миллиметров.
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.
Процесс сварки
Сварочная деятельность с легированными сталями довольно трудна, в связи с особенностями, вызывающими образования хрупких элементов в околошовной зоне из-за закалки (то есть сварка должна исполняться по определенной технологии). В лучшем случае проводить сварочные работы лучше перед отпуском изделия при прогреве или перед отжигом, но исключительно после сварки. Температурное воздействие на сплав 40ХН заключается в закаливание сплава, сопровождающееся дальнейшим отпуском изделия. После таких манипуляций свойства стали приобретают удвоенную выносливость к образованию трещин по сравнению с состоянием до сварочных работ. Предел выносливости стали же возрастает в 6 раз.
Для сварки элементов, изготовленных из этой стали, требуется первоначально добиться твердости Н=2860-3020 МПа. В этом помогает термообработка стали 40ХН, с последующим отпуском в температурах от 550 до 860 градусов Цельсия. Далее изделие подвергается повторному нагреву в электропечи при температурах от 350 до 400 градусов Цельсия.
Затем производится сам процесс сварки в два слоя с обязательной зачисткой от шлака швов в режиме силы сварочного тока от 160 до 200 А. Не мало важно чтобы ток был постоянным с обратной полярностью. Для сварки обычно применяются высококачественные электроды с маркировкой УОНИ 13/55 типа Э50А с диаметром в 4 миллиметра и катетом шва в 8 миллиметров.
Обработка и закалка
После сварочных работ готовая деталь охлаждается за счет понижения температуры при отключении печи, при этом находясь под чутким контролем. В результате таких манипуляций полученный на изделии шов при рентгеновском облучении покажет отсутствие дефектов. Наличие поверхностных трещин проверяется зачисткой и шлифовкой швов с последующим нанесением слоя кислоты.
Также качество сварочного соединения проверяется современными макрошлифами.
Изготовленные с применением подобной технологии изделия успешно проходят макроисследования при котором выявляются плотность строения наплавленного металла в зоне сварочного шва и ближайших к нему зон. Микроструктура в этих местах изменяется от ферритно-перлитной до сербитообразной перлитной. Также образцы деталей из стали 40ХН проходят испытание на твердость, смысл которой в том, чтобы подтвердить неизменность структуры стали в зоне шва после сварки.
Закалка изделий из данного материала происходит в процессе погружения в масло, однако детали крупных габаритов иногда закаливают в воде после чего, как можно скорее, перемещаются в масло или подвергаются воздействию низкий отпуска. Не редкостью является и процесс закаливания высокочастотными токами, после нагрева которыми производится отпуск. В конечном итоге, такие манипуляции повышают твердость поверхности изделия.
Источник
Немного общих сведений
Под закалкой понимается процедура, во время которой изменяется кристаллическая решетка стали и ее сплавов, за счет чего удается добиться поддержания критической температуры, причем последняя выбирается для определенного материала в индивидуальном порядке. Обычно по достижении требуемого температурного уровня заготовка подвергается резкому охлаждению. Для выполнения этого этапа используют воду или масло.
Важным моментом является то, что в отношении инструментальных сталей выполняют неполную закалку. В основе лежит нагрев до температуры, при которой удается вызвать появление избыточных фаз. Ряд иных марок сталей требует проведения полной закалки. Их нагревают до отметки, превышающей на 50 градусов температуру, которую выдерживают при неполной закалке. В случае обработки цветных металлов нет необходимости доводить термообработку до полиморфного превращения, а вот для стали полиморфное превращение является обязательным требованием.
Описание и история сплава
Название сплава расшифровывается как хромоникелевая конструкционная легированная сталь. За качество стали 40ХН отвечает ГОСТ 4543-71, который относит его к классу высокопрочных сталей для применения в конструкционных целях (хромоникелевый стальной сплав с легирующими элементами). То есть для получения изделий, применяемых при машиностроении и строительстве. Внедрение никеля в состав сплава — улучшает показатель химической устойчивости.
Данный факт впервые был представлен общественности во Франции химиком Жозефом Луи Прустом в 19-ом веке. Он выдвинул теорию о том, что железные метеориты практически не поддаются процессу коррозии из-за входящего в их состав никеля.
Механические свойства стали 40ХН
Спустя два десятка лет с того момента, Майкл Фарадей впервые изготовил сплав с соединениями железа и никеля, который отличался высокой устойчивостью к процессу коррозии. Однако получить сплав с улучшенными характеристиками по упругости, антикоррозийными свойствами и прочностью к механическому воздействию удалось лишь после химического вывода ковкого никеля. По характеристикам 40ХН имеет большую устойчивость к коррозийному процессу за счет добавления в состав хрома, который также усиливает прочностные свойства стали.
Сталь 40ХН конструкционная легированная
Заменитель
Аналоги
Расшифровка
Согласно ГОСТ 4543-2016 наименование марок стали состоит из цифр и буквенного обозначения химических элементов:
- Цифра 40 перед буквенным обозначением указывает среднюю массовую долю углерода (С) в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 0,40%.
- Буква Х указывает, что сталь легирована хромом, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание хрома в стали до 1,5%.
- Буква Н указывает, что сталь легирована никелем, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание никеля в стали до 1,5%.
Вид поставки
- Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 10702-78.
- Калиброванный пруток ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.
- Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955 — 77.
- Лист толстый ТУ 14-1-1930-77.
- Полоса ГОСТ 103-76.
- Поковка и кованая заготовка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.
- Валки ОСТ 24.013.21-85
- Труба ОСТ 14-21-77.
Характеристики и применение [3]
Сталь 40ХН является хромо-никелевой конструкционной легированной сталью, относится к группе улучшаемой стали и к сталям повышенной прокаливаемости, т.е. прокаливающейся в деталях диаметром 50-75 мм.
Сталь данной марки относится к лучшим образцам конструкционной стали. Комбинация никеля с хромом позволяет применять сталь 40ХН для изготовления деталей ответственного назначения, например:
- оси,
- валы,
- шатуны,
- зубчатые колеса,
- валы экскаваторов,
- муфты,
- валы-шестерни,
- шпиндели,
- болты,
- рычаги,
- штоки,
- цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости.
- Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.
Так как никель целиком растворяется в твердом растворе, он способствует более значительному увеличению твердости и прочности феррита, чем хром. Особенно важно, что упрочнение здесь сопровождается также увеличением пластичности. При одновременном присутствии в стали никеля и хрома достигается хорошее сочетание механических свойств (прочности и вязкости), а также большая прокаливаемость.
Сталь 40ХН широко применяется в нефтяном машиностроении для изготовления наиболее ответственных деталей, например:
- особо нагруженных подъемных, трансмиссионных и промежуточных валов,
- зубчатых соединительных муфт,
- звездочек ценных передач буровых установок,
- пластин и роликов втулочно-роликовых цепей,
- осей талевых блоков,
- стволов вертлюг,
- защелок и осей элеваторов.
При применении стали хромо-никелевой стали необходимо иметь в виду, что она обладает склонностью к отпускной хрупкости особенно в интервале температур 450-550°C. Поэтому детали из этой стали следует после высокого отпуска охлаждать быстро (в воде или в масле). При в ведении в сталь 40ХН небольшого количества молибдена склонность к отпускной хрупкости понижается.
Рекомендации по применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (ГОСТ 33260-2015)
Марка стали | Закалка + отпуск при температуре, °С | Примерный уровень прочности, Н/мм (кгс/мм2) | Температура применения не ниже, °С | Использование в толщине не более, мм |
40ХН | 500 | 1000(100) | -80 | 50 |
Температура критических точек, °С
Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)
Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)
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]
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/мм2 | δ в % | |||||
HB | HRC | ||||||
40ХН | 800-840 | Масло | 180-200 | — | 45-50 | 150 | 8 |
550-600 | 255-286 | — | 85-95 | 14-16 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Охлаждение с указанной скоростью до 500°C, а затем на воздухе.
Ориентировочные режимы предварительной термической обработки стали 40ХН [2]
Марка стали | Операция термической обработки | Температура, °C | Способ охлаждения | Твердость HB |
40ХН | Нормализация | 840-860 | На воздухе | 207-255 |
Отжиг | 800-830 | Медленное | 187-241 |
Механические свойства
Источник | Состояние поставки | Сечение, мм | КП | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | Относительное удлинение после разрыва δ5 (δ4), % | Относительное сужение ψ, % | KCU, Дж/см2 | Твердость HB, не более |
не менее | |||||||||
ГОСТ 4543-71 | Пруток. Закалка с 820°С в воде или масле; отпуск при 500°С, охл. в воде или масле | 25 | — | 785 | 980 | 11 | 45 | 69 | — |
ГОСТ 8479-70 | Поковка. Нормализация | 100-300 | 315 | 315 | 570 | 14 | 35 | 34 | 167-207 |
300-500 | 12 | 30 | 29 | 167-207 | |||||
500-800 | 11 | 30 | 29 | 167-207 | |||||
Поковка. Закалка+отпуск | 300-500 | 345 | 345 | 590 | 14 | 38 | 49 | 174-217 | |
До 100 | 395 | 395 | 615 | 17 | 45 | 59 | 187-229 | ||
100-300 | 15 | 40 | 54 | ||||||
300-500 | 13 | 35 | 49 | ||||||
500-800 | 11 | 30 | 39 | ||||||
До 100 | 440 | 440 | 635 | 16 | 45 | 59 | 197-235 | ||
100-300 | 14 | 40 | 54 | ||||||
300-500 | 13 | 35 | 49 | ||||||
500-800 | 11 | 30 | 39 | ||||||
До 100 | 490 | 490 | 655 | 16 | 45 | 59 | 212-248 | ||
100-300 | 13 | 40 | 54 | ||||||
До 100 | 540 | 540 | 685 | 15 | 45 | 59 | 223-262 | ||
100-300 | 13 | 40 | 49 | ||||||
До 100 | 590 | 590 | 735 | 14 | 45 | 59 | 235-277 | ||
100-300 | 13 | 40 | 49 |
Механические свойства проката в зависимости от сечения [2]
Сечение, мм | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | Относительное удлинение после разрыва δ5, % | Относительное сужение ψ, % | Твердость HB |
40 | 780 | 960 | 18 | 58 | 325 |
80 | 730 | 920 | 20 | 54 | 302 |
120 | 710 | 910 | — | 50 | 300 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Нормализация при 870-925°С; закалка с 790°С в масле; отпуск при 540°С.
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
tотп, °С | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | Относительное удлинение после разрыва δ5, % | Относительное сужение ψ, % | KCU, Дж/см2 | Твердость HB |
400 | 1220 | 1370 | 10 | 41 | 32 | 387 |
600 | 1080 | 1160 | 14 | 51 | 46 | 302 |
600 | 760 | 910 | 20 | 60 | 83 | 241 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 820°С в масле.
Механические свойства при повышенных температурах
tисп, °С | Предел прочности при растяжении σв, МПа | Относительное удлинение после разрыва δ5, % | Относительное сужение ψ, % |
Нормализация при 850°С | |||
20 | 790 | 18 | 48 |
200 | 750 | — | 50 |
300 | 690 | 20 | — |
400 | 540 | 25 | 65 |
500 | 480 | 25 | 79 |
600 | 350 | 27 | 85 |
Образец диаметром 6мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 50мм/мин, скорость деформации 0,031/c | |||
700 | 225 | 36 | 92 |
800 | 130 | 57 | 96 |
900 | 91 | 71 | 100 |
1000 | 62 | 75 | 100 |
1100 | 45 | 76 | 100 |
1200 | 31 | — | 100 |
Сплавы на основе системы Ni—Сr
Сплав 75НХТЮБ (ЭП601). Уровень прочности и предела упругости этого сплава несколько ниже, чем у других теплостойких пружинных сплавов на основе систем Fe—Ni—Сr и Ni—Сr (см. табл. 205), однако сплав отличается высокой стабильностью предела текучести при повышенных температурах (до 700°С) и обладает достаточно высокой релаксационной стойкостью при 500°С, (рис. 356, 357).
Сплав упрочняется в процессе старения при выделении γ’-фазы типа Ni3(Ti, Al). Его можно применять в упругих элементах электровакуумных приборов (например, для рам фокусирующих сеток цветных кинескопов), работающих в условиях нагрева при невысоких нагрузках (до 40 кгс/мм2), и для пружин, работающих длительно при температурах до 500°С и кратковременно до 700°С.
Сплав 70НХБМЮ. Обладает высокими прочностными и упругими свойствами, теплостойкостью и коррозионной стойкостью в окислительных средах на основе концентрированной азотной кислоты. Упрочнение сплава происходит при выделении дисперсной γ’-фазы типа Ni3Nb, когерентно связанной с матрицей.
Механические и упругие свойства сплава при положительных и отрицательных температурах показаны на рис. 358. Релаксационные кривые приведены на рис. 359.
Сплав обладает высокой релаксационной стойкостью при 500 и 550°С, и поэтому до этих температур его можно использовать в качестве упругих чувствительных элементов приборов. При более высоких температурах (600—650°С) сплав применяют для силовых упругих элементов (тарельчатых и других пружин). Предельная температура службы сплава 70НХБМЮ для витых цилиндрических пружин сжатия 700°С.
Холодная пластическая деформация, предшествующая старению, значительно повышает прочностные и упругие свойства сплава (рис. 360).
Однако при этом снижается его пластичность, что затрудняет изготовление упругих элементов сложного профиля. Кроме того, при больших степенях обжатия (≥ 50%) снижается релаксационная стойкость сплава при температурах 550°С и выше. Поэтому для изготовления теплостойких упругих элементов рекомендуется применять листы и проволоку с умеренными обжатиями (20—30%) при холодной деформации.
Скорость коррозии в средах на основе концентрированной азотной кислоты при 25—50°С составляет 0,0002—0,0074 мм/год. Изготовление упругих элементов из сплава 70НХБМЮ осуществляется по технологии, принятой для сплавов на основе системы Fe—Ni—Cr (типа 36НХТЮ).
Сплав 40НКХТЮМ. Упрочнение сплава в зависимости от температуры предварительной закалки и старения дано на рис. 361.
Повышение температуры закалки приводит к понижению прочностных свойств сплава после старения. Значительное умягчение сплава происходит только после закалки свыше 1050°С (рис. 362) — в этом случае сплав легко штампуется.
Структура сплава после закалки состоит из однофазного γ-твердого раствора с остатками нерастворившейся у’-фазы. В упрочненном состоянии — γ-твердый раствор + γ’-фаза.
Высокая температура разупрочнения (около 800°С) позволяет использовать сплав для упругих чувствительных элементов, работающих при высоких давлениях и температурах до 550°С, а также для витых и плоских пружин — до температуры 700—750°С. Механические свойства, релаксационная стойкость сплава при повышенных температурах и температурная зависимость модуля упругости) сплава показаны на рис. 363 и 364.
Коэффициент термического расширения сплава 40НКХТЮМ прямолинейно возрастает в интервале 20—700°С (рис. 365), что позволяет использовать сплав для металлокерамических вакуумплотных электровводов до температуры 600—800°С и для упругих элементов электронных приборов с высокой температурой откачки.
Предварительная холодная пластическая деформация повышает прочностные свойства сплава после старения (рис. 366).
Сплав 40НКХТЮМ относится к труднодеформируемым сплавам с узким интервалом горячей деформации 1000—1180°С (рис. 367).
Состав 40ХН
40 ХН – сталь, имеющая в составе такие элементы как углерод – в процентном соотношении от 0,36% до 0,44% (один из самых важных элементов), марганец от 0,5% и вплоть до 0,8%, вкрапления никеля в соотношении от 1% до 1,4%, порошок кремния от 0,17% до 0,37%, элементы серы и фосфора – каждый из которых не превышает 0,035%, также соединения хрома от 0,45 до 0,75% и добавление 0,3% меди. Сталь 40ХН относится к высококачественным легированным сталям в первую очередь из-за содержания фосфора и серы менее 0,36% в процентном соотношении.
Химический состав стали 40ХН
Термообработка стали 45
Термообработка стали 45 — конструкционная углеродистая. После предварительной термообработки стали 45 — нормализации, довольно легко проходит механическую обработку. Точение, фрезеровку и т. д. Получают детали, например,типа вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки. После окончательной термообработки стали 45 (закалка), детали приобретают высокую прочность и износостойкость. Часто шлифуются. Высокое содержание углерода (0,45%) обеспечивает хорошую закаливаемость и соответственно высокую твёрдость поверхности и прочность изделия. Сталь 45 калят «на воду». То есть после калки деталь охлаждают в воде. После олаждения деталь подвегается низкотепмературному отпуску при температуре 200-300 градусов Цельсия. При такой термообработки стали 45 получают твердость порядка 50 HRC.
Термообрабтка стали 45 и применение изделий: Кулачки станочных патронов, согласно указаниям ГОСТ, изготовляют из сталей 45 и 40Х. Твёрдость Rc = 45 -50. В кулачках четырёхкулачных патронов твёрдость резьбы должна быть в пределах Rс = 35-42. Отпуск кулачков из стали 45 производится при температуре 220-280°, из стали 40Х при 380-450° в течение 30-40 мин.
Расшифровка марки стали 45: марка 45 означает, что в стали содержится 0,45% углерода,C 0,42 — 0,5; Si 0,17 — 0,37;Mn 0,5 — 0,8; Ni до 0,25; S до 0,04; P до 0,035; Cr до 0,25; Cu до 0,25; As до 0,08.
Стандарты
Название | Код | Стандарты |
Листы и полосы | В23 | ГОСТ 103-2006 |
Сортовой и фасонный прокат | В32 | ГОСТ 1051-73, ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 14955-77, TУ 3-1053-86, TУ 14-1-1609-76, TУ 14-1-2118-77, TУ 14-1-950-74, TУ 14-11-245-88, TУ 14-1-5228-93, TУ 14-136-367-2008 |
Сортовой и фасонный прокат | В22 | ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8319.0-75, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006 |
Обработка металлов давлением. Поковки | В03 | ГОСТ 8479-70, TУ 0306.018-80, СТ ЦКБА 010-2004 |
Болванки. Заготовки. Слябы | В31 | ОСТ 3-1686-90, TУ 14-1-4944-90, TУ 1-92-156-90 |
Термическая и термохимическая обработка металлов | В04 | СТ ЦКБА 026-2005 |
Применение
Основной областью применения стали 40ХН является производство деталей для механизмов, эксплуатируемых в условиях постоянной нагрузки, когда механизмы работают при больших скоростях скольжения и высокой вибрации. К примеру, такие как: соединительные трубки и муфты для механизмов в нефтедобывающей промышленности, поршневые шатуны, оси, и валы. Зубчатые колеса, гидроцилиндровые штоки и тому подобные детали также изготавливают из стали 40ХН, так как она обеспечивает высокое качество конечного продукта.
Буровой вал из стали 40ХН Цильпебс стальной, произведенный из марки 40ХН
И даже такие серьезные детали, как трубопроводная арматура, роторные, коленчатые и редукторные валы, применяющиеся при авиастроении, детали двигателей воздушного охлаждения и исполинских деталей, работающих при температурах свыше 500 градусов по Цельсию, изготавливаются из этого материала.
Если проще, то особенности стали 40ХН делают ее пригодной для изделий, одними из свойств которых должны быть прочность и вязкость материала.
Толщина у стенок изделия, состоящего из этого материала, не должна превышать порог в 120 миллиметров.
Характеристика и свойства стали 45 после закалки
Свойства стали 45 после закалки на предприятиях, выпускающих продукцию разного назначения, обязательно проверяются в первую очередь на твердость. Она становится намного выше, чем была у заготовки, и должна иметь твердость не менее 50 по Роквеллу. Этот показатель свидетельствует о качестве проведенной термообработки. Закалка стали значительно расширяет область ее применения. Такие заготовки и детали износостойкие, прочные и могут выдерживать значительные нагрузки. Они с трудом поддаются коррозионным процессам. Несколько слов о способе закалки стали 45 в домашних условиях. Ее можно выполнить, если соблюдать технологию выполнения работ и технику безопасности. Главное – правильно осуществить нагрев, а поэтому не лишним будет посмотреть на шкалу зависимости цвета от температуры нагрева металла. Она подскажет, какого цвета должна быть сталь 45 при нагреве не выше 860 °C.
Просим тех, кто занимался закалкой стали 45 в производственных и домашних условиях, поделиться опытом в комментариях к тексту.
Так же ознакомитесь что такое закалка стали, виды закалки стали.
Данная статья предполагает глубокое самостоятельное изучение всех процессов связанных с закалкой, термообработкой различных марок стали. Мы постарались собрать в виде ПДФ документов интересные статьи различных авторов, курсы лекций по металлообработке, закалке, термообработке различных марок стали, а так же стали 45 и 40Х которые Вы можете приобрести в компании Метпромснаб. Предлагаем, ознакомится с обучающими видео материалами по закалке стали, термообработке стали. Надеемся, что данный материал будет интересен и полезный как людям давно занимающимися металлопрокатом, так и людям работающими с термообработкой металлопроката или заинтересованным в изучении данного материала. Данная статья так же будет интересна студентам обучающихся по дисциплине металловедение.
Процесс сварки
Сварочная деятельность с легированными сталями довольно трудна, в связи с особенностями, вызывающими образования хрупких элементов в околошовной зоне из-за закалки (то есть сварка должна исполняться по определенной технологии). В лучшем случае проводить сварочные работы лучше перед отпуском изделия при прогреве или перед отжигом, но исключительно после сварки. Температурное воздействие на сплав 40ХН заключается в закаливание сплава, сопровождающееся дальнейшим отпуском изделия. После таких манипуляций свойства стали приобретают удвоенную выносливость к образованию трещин по сравнению с состоянием до сварочных работ. Предел выносливости стали же возрастает в 6 раз.
Для сварки элементов, изготовленных из этой стали, требуется первоначально добиться твердости Н=2860-3020 МПа. В этом помогает термообработка стали 40ХН, с последующим отпуском в температурах от 550 до 860 градусов Цельсия. Далее изделие подвергается повторному нагреву в электропечи при температурах от 350 до 400 градусов Цельсия.
Затем производится сам процесс сварки в два слоя с обязательной зачисткой от шлака швов в режиме силы сварочного тока от 160 до 200 А. Не мало важно чтобы ток был постоянным с обратной полярностью. Для сварки обычно применяются высококачественные электроды с маркировкой УОНИ 13/55 типа Э50А с диаметром в 4 миллиметра и катетом шва в 8 миллиметров.
Механические характеристики
Сечение, мм | t отпуска, °C | sТ|s0,2, МПа | σB, МПа | d5, % | y, % | кДж/м2, кДж/м2 | Твёрдость по Бринеллю, МПа | HRC |
Поковки. Закалка + Отпуск | ||||||||
100-300 | — | ≥395 | ≥615 | ≥15 | ≥40 | ≥530 | 187-229 | — |
300-500 | — | ≥395 | ≥615 | ≥13 | ≥35 | ≥481 | 187-229 | — |
100-300 | — | ≥490 | ≥655 | ≥13 | ≥40 | ≥530 | 212-248 | — |
≤100 | — | ≥540 | ≥685 | ≥15 | ≥45 | ≥579 | 223-262 | — |
100-300 | — | ≥540 | ≥685 | ≥13 | ≥40 | ≥481 | 223-263 | — |
Заготовки деталей трубопроводной арматуры. Закалка в масло от 880-900 °C (выдержка 2,5-4,0 часа в зависимости от толщины и массы заготовки) с последующим отпуском на воздухе | ||||||||
≤100 | 670-700 | ≥540 | ≥685 | ≥15 | ≥45 | ≥588 | 223-262 | — |
Поковки. Закалка в воду с 850 °С + отпуск при 600 °С, охлаждение на воздухе (указано место вырезки образца, образцы тангенциальные) | ||||||||
160 | — | ≥710 | ≥850 | ≥16 | ≥44 | ≥470 | — | — |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск, охлаждение после отпуска с 500 °С в воде | ||||||||
— | 200 | ≥1490 | ≥1860 | ≥14 | ≥43 | ≥490 | — | ≥51 |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск при 640 °С | ||||||||
— | — | ≥840 | ≥920 | ≥26 | ≥63 | — | — | — |
Заготовки деталей трубопроводной арматуры. Закалка в масло от 880-900 °C (выдержка 2,5-4,0 часа в зависимости от толщины и массы заготовки) с последующим отпуском на воздухе | ||||||||
≤300 | 680-700 | ≥440 | ≥635 | ≥14 | ≥40 | ≥539 | 197-235 | — |
Поковки. Закалка в воду с 850 °С + отпуск при 600 °С, охлаждение на воздухе (указано место вырезки образца, образцы тангенциальные) | ||||||||
200 | — | ≥510 | ≥800 | ≥18 | ≥49 | ≥470 | — | — |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск, охлаждение после отпуска с 500 °С в воде | ||||||||
— | 300 | ≥1450 | ≥1650 | ≥15 | ≥30 | ≥300 | — | ≥49 |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск при 640 °С | ||||||||
— | — | ≥800 | ≥900 | ≥22 | ≥46 | — | — | — |
Заготовки деталей трубопроводной арматуры. Закалка в масло от 880-900 °C (выдержка 2,5-4,0 часа в зависимости от толщины и массы заготовки) с последующим отпуском на воздухе | ||||||||
≤60 | 660-680 | ≥640 | ≥785 | ≥15 | ≥42 | ≥588 | 248-293 | — |
Поковки. Закалка в воду с 850 °С + отпуск при 600 °С, охлаждение на воздухе (указано место вырезки образца, образцы тангенциальные) | ||||||||
240 | — | ≥570 | ≥770 | ≥19 | ≥50 | ≥540 | — | — |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск, охлаждение после отпуска с 500 °С в воде | ||||||||
— | 400 | ≥1270 | ≥1360 | ≥14 | ≥39 | ≥390 | — | ≥46 |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск при 640 °С | ||||||||
— | — | ≥740 | ≥840 | ≥18 | ≥35 | — | — | — |
Прутки и полосы г/к и кованые. Закалка в масло с 865-895 °С + Отпуск при 620-680 °С, охлаждение в воде или масле | ||||||||
— | ≥735 | ≥880 | ≥10 | ≥50 | ≥880 | 269-320 | — | |
Поковки. Закалка в воду с 850 °С + отпуск при 600 °С, охлаждение на воздухе (указано место вырезки образца, образцы тангенциальные) | ||||||||
240 | — | ≥700 | ≥830 | ≥17 | ≥49 | ≥610 | — | — |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск, охлаждение после отпуска с 500 °С в воде | ||||||||
— | 500 | ≥1100 | ≥1160 | ≥15 | ≥61 | ≥610 | — | ≥42 |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск при 640 °С | ||||||||
— | — | ≥710 | ≥850 | ≥28 | ≥50 | — | — | — |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 860-880 °С + отпуск при 200-230 °С, охлаждение в масле | ||||||||
≤40 | — | ≥1270 | ≥1570 | — | ≥35 | ≥383 | — | 49-53 |
Поковки. Закалка в воду с 850 °С + отпуск при 600 °С, охлаждение на воздухе (указано место вырезки образца, образцы тангенциальные) | ||||||||
120 | — | ≥710 | ≥860 | ≥12 | ≥37 | ≥640 | — | — |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск, охлаждение после отпуска с 500 °С в воде | ||||||||
— | 600 | ≥880 | ≥960 | ≥19 | ≥98 | ≥980 | — | ≥34 |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск при 640 °С | ||||||||
— | — | ≥400 | ≥490 | ≥30 | ≥65 | — | — | — |
Поковки. Закалка в воду с 850 °С + отпуск при 600 °С, охлаждение на воздухе (указано место вырезки образца, образцы тангенциальные) | ||||||||
160 | — | ≥610 | ≥830 | ≥15 | ≥46 | ≥450 | — | — |
Сортовой прокат. Закалка в масло с 850 °С + отпуск при 640 °С | ||||||||
— | — | — | ≥370 | ≥51 | ≥80 | — | — | — |
Поковки. Закалка в воду с 850 °С + отпуск при 600 °С, охлаждение на воздухе (указано место вырезки образца, образцы тангенциальные) | ||||||||
200 | — | ≥490 | ≥710 | ≥17 | ≥49 | ≥570 | — | — |
240 | — | ≥490 | ≥710 | ≥18 | ≥51 | ≥710 | — | — |
50 | — | ≥900 | ≥940 | ≥15 | ≥45 | ≥690 | — | — |
80 | — | ≥810 | ≥890 | ≥11 | ≥33 | ≥390 | — | — |
Отпуск и нормализация
Отпуск проводится непосредственно сразу после завершения закалки, так как есть большая вероятность возникновения трещин в структуре. Разогревается изделие в этом случае до точки ниже критической, проводится выдерживание на протяжении определенного промежутка времени и выполняется охлаждение. Отпуск обеспечивает улучшение структуры, устраняет напряжение и повышает пластичность, устраняет хрупкость стали 40Х.
Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
Различают три вида рассматриваемой термообработки:
- Низкий отпуск определяет разогрев поверхности до 250 °С с выдержкой и охлаждение на воздухе. Применяется для снятия напряжений и незначительного повышения пластичности практически без потери твердости. В случае конструкционного сплава применяется крайне редко.
- Средний отпуск позволяет нагревать изделие до 500 °С. В этом случае вязкость значительно повышается, а твердость снижается. Используют этот метод термообработки при получении пружин, рессор и некоторого инструмента.
- Высокий позволяет раскаливать деталь до 600 °С. В этом случае происходит распад мартенсита с образованием сорбита. Подобная структура представлена лучшим сочетанием прочности и пластичности. Также повышается показатель ударной вязкости. Используют этот метод термообработки для получения деталей, применяемых при ударных нагрузках.
Еще одним видом распространенной термообработки является нормализация. Зачастую нормализация проводится путем разогрева металла до верхней критической точки с последующей выдержкой и охлаждением в обычной среде, к примеру, на открытом воздухе. Проводят нормализацию для придания мелкозернистой структуры, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости.
Читать также: Как натянуть сварную сетку без провисания
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Обработка и закалка
После сварочных работ готовая деталь охлаждается за счет понижения температуры при отключении печи, при этом находясь под чутким контролем. В результате таких манипуляций полученный на изделии шов при рентгеновском облучении покажет отсутствие дефектов. Наличие поверхностных трещин проверяется зачисткой и шлифовкой швов с последующим нанесением слоя кислоты.
Также качество сварочного соединения проверяется современными макрошлифами.
Изготовленные с применением подобной технологии изделия успешно проходят макроисследования при котором выявляются плотность строения наплавленного металла в зоне сварочного шва и ближайших к нему зон. Микроструктура в этих местах изменяется от ферритно-перлитной до сербитообразной перлитной. Также образцы деталей из стали 40ХН проходят испытание на твердость, смысл которой в том, чтобы подтвердить неизменность структуры стали в зоне шва после сварки.
Закалка изделий из данного материала происходит в процессе погружения в масло, однако детали крупных габаритов иногда закаливают в воде после чего, как можно скорее, перемещаются в масло или подвергаются воздействию низкий отпуска. Не редкостью является и процесс закаливания высокочастотными токами, после нагрева которыми производится отпуск. В конечном итоге, такие манипуляции повышают твердость поверхности изделия.
Закалка стали в домашних условиях
Бывают ситуации, когда домашний мастер сталкивается с проблемой повышения прочностных характеристик бытового инструмента. Причем для решения этой задачи нет необходимости обращаться к специалистам, поскольку он сам может
все сделать самостоятельно
. Справиться с этой задачей можно, обладая минимум оборудования и знаний.
Рассмотрим более подробно ситуацию на топоре. Если рассматривается инструмент советского производства, то можно не сомневаться в его высоком качестве изготовления. В то же время подобного нельзя сказать об изделиях, которые продаются сегодня
. Если присутствуют признаки заминания или выкрашивания, то из этого можно сделать вывод о нарушении требований технологии закалки. Однако в силах каждого мастера исправить эту ситуацию.
Первое, что нужно сделать — разжечь костер с углями. Желательно довести его до такого состояния, чтобы угли имели как можно более белый цвет. Так можно будет понять, что они нагрелись до максимально высокой температуры
. Помимо этого, нам понадобятся две емкости
.
В первую мы нальем масло, в качестве которого можно использовать обычное машинное
. Другой же резервуар следует наполнить чистой холодной водой.
Дождавшись момента, когда кромка инструмента приобретет малиновый цвет, топор извлекают из костра. Чтобы избежать ожога вследствие взаимодействия с высокой температурой, рекомендуется использовать кузнечные клещи или любую иную альтернативу им
. После этого нужно быстро поместить топор в емкость с маслом и держать его там в течение 3 секунд. По истечении этого времени топор извлекают, дают остыть ему в течение тех же 3 секунд, после чего операцию повторяют
. Проводить процедуру погружения топора в масло нужно до тех пор, пока инструмент не лишится своего яркого света.
Механически и физические свойства сплава
Металл данной марки следует отнести к трудносвариваемым сталям, которые в процессе сварки необходимо нагревать, а затем охлаждать. Здесь и высокая флокеночувствительность материала, т.е. его склонность к образованию неоднородных участков, и наличие отпускной хрупкости.
Сталь 40х – хромистая, с содержанием углерода в 0,40%, равно как и марки 65Г, 50ХФА и 30Х3МФ, выступает заменителем сплаву 40хфа. Иностранными же аналогами считаются следующие виды металлов: 4140, 4142 и G41400 – в США; 1.7223 и 41CrMo4 – в Германии, SCM440 – в Японии и т.д.
Плотность стали 40хфа, её твёрдость при определенных температурных условиях и прочие характеристики представлены в следующих таблицах:
В качестве обязательной термообработки в случае со сплавом 40хфа применяется традиционная закалка и отпуск (в соответствии с ГОСТом на сталь данной марки). Ковка металла должна начинаться при 1250оС, а завершаться – при 860-800оС.
Источник
Аналоги
У стали 40Х множество аналогов как в России, так и за рубежом. Сталь может быть заменена по меньшей мере шестью отечественными марками хромистых сталей, почти идентичными по свойствам и характеристикам. Информацию о точных и приблизительных аналогах стали 40Х можно посмотреть в таблицах ниже.
Сталь 40Х – отечественные аналоги
Марка металлопроката | Заменитель |
40Х | 38ХА |
40ХН | |
40ХР | |
40ХС | |
40ХФ | |
45Х |
Зарубежные аналоги Стали 40Х
США | Германия | Япония | Франция | Англия | Евросоюз | Италия | Бельгия | Испания |
— | DIN,WNr | JIS | AFNOR | BS | EN | UNI | NBN | UNE |
5135 | 1,7034 | SCr435 | 37Cr4 | 37Cr4 | 1.7034 | 36CrMn4 | 37Cr4 | 37Cr4 |
5140 | 1,7035 | SCr435H | 38C4 | 41Cr4 | 1.7035 | 36CrMn5 | 41Cr4 | 38Cr4 |
5140H | 1,7045 | SCr440 | 38C4FF | 530A36 | 1.7039 | 37Cr4 | 45C4 | 38Cr4DF |
5140RH | 37Cr4 | SCr440H | 41Cr4 | 530A40 | 37Cr4 | 38Cr4KB | 41Cr4 | |
G51350 | 41Cr4 | 42C4 | 530H36 | 37Cr4KD | 38CrMn4KB | 41Cr4DF | ||
G51400 | 41CrS4 | 42C4TS | 530H40 | 41Cr4 | 41Cr4 | 42Cr4 | ||
H51350 | 42Cr4 | 530M40 | 41Cr4KD | 41Cr4KB | F.1201 | |||
H51400 | 41CrS4 | F.1202 | ||||||
F.1210 | ||||||||
F.1211 | ||||||||
Китай | Швеция | Болгария | Венгрия | Польша | Румыния | Чехия | Австралия | Юж.Корея |
GB | SS | BDS | MSZ | PN | STAS | CSN | AS | KS |
35Cr | 2245 | 37Cr4 | 37Cr4 | 38HA | 40Cr10 | 14140 | 5132H | SCr435 |
38CrA | 40Ch | 41Cr4 | 40H | 40Cr10q | 5140 | SCr435H | ||
40Cr | 41Cr4 | Cr2Z | SCr440 | |||||
40CrA | Cr3Z | SCr440H | ||||||
40CrH | ||||||||
45Cr | ||||||||
45CrH | ||||||||
ML38CrA | ||||||||
ML40Cr |