Сталь 40Х. Применение в производстве.
Сталь 40Х является конструкционной углеродистой легированной сталью. После закалки и соответствующего отпуска, Сталь 40Х приобретает высокую прочность при одновременном сохранении достаточной пластичности, позволяющей применять её при производстве валов-шестерен первой ступени редукторов типа РМ, таких как редуктор РМ 250, редуктор РМ 350, редуктор РМ 750, редуктор РМ 850 и редуктор РМ 1000. Также из Стали 40Х изготовлены зубчатые колёса редукторов типа Ц2Н. Это редуктор Ц2У 400, редуктор Ц2Н 450, редуктор Ц2Н 500, редуктор Ц2Н 630 и редуктор Ц2Н 710. Все подробные характеристики этих механизмов приведены в нашем каталоге.
Химический состав стали.
Основные показатели химического состава Стали 40Х оговорены в её маркировке – от 0,36 до 0,44%, а буква Х означает присутствие легирующего элемента – хрома, доля которого в составе от 0,8 до 1,1%. Ниже приведён полный состав:
- железо (Fe) – до 97%;
- кремний (Si) – от 0,17 до 0,37%;
- марганец (Mn) – от 0,5 до 0,8%;
- никель (Ni) – до 0,3%;
- сера (S) – до 0,035%;
- фосфор (P) – до 0,035%;
- хром (Cr) – от 0,8 до 1,1%;
- медь (Cu) – lдо 0,3%;
Существующие ГОСТы на Сталь 40Х.
Ввиду большого разнообразия существующего проката и заготовок из Стали 40Х, качество и характеристики всего выпускаемого ассортимента регламентируются следующими ГОСТами:
- круг Саль 40Х ГОСТ 2590-2006 (ГОСТ 2590-88) круг (пруток) стальной горячекатаный;
- круг Сталь 40Х ГОСТ 7417-75 круг (пруток) калиброванный;
- круг Сталь 40Х ГОСТ 14955-77 круг (пруток) со специальной отделкой поверхности (серебрянка);
- шестигранник Сталь 40Х ГОСТ 2879-2006 (ГОСТ 2879-88) шестигранник горячекатаный;
- шестигранник Сталь 40Х ГОСТ 8560-78 шестигранник калиброванный;
- лист Сталь 40Х ГОСТ 19903-74 прокат листовой горячекатаный;
Сталь 40Х. Механические свойства.
| ГОСТ | Состояние поставки, режим термообработки | Сечение, мм | КП | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (кДж / м2) | НВ, не более |
| 4543-71 | Пруток. Закалка 860 °С, масло. Отпуск 500 °С, вода или масло | 25 | 780 | 980 | 10 | 45 | 59 | ||
| 8479-70 | Поковки: | 500-800 | 245 | 245 | 470 | 15 | 30 | 34 | 143-179 |
| нормализация | 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 | |||||
| 300-500 | 14 | 38 | 49 | ||||||
| закалка, отпуск | до 100 | 395 | 395 | 615 | 17 | 45 | 59 | 187-229 | |
| 100-300 | 15 | 40 | 54 | ||||||
| 300-500 | 13 | 35 | 49 |
Механические свойства в зависимости от сечения
| Сечение, мм | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ4 (%) | ψ % | KCU (кДж / м2) | HB |
| Закалка 840-860 °С, вода, масло. Отпуск 580-650 °С, вода, воздух. | ||||||
| 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 |
Механические свойства Стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
| Температура отпуска, °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (кДж / м2) | 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 |
Механические свойства при повышенных температурах
| Температура испытаний, °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (кДж / м2) |
| Закалка 830 °С, масло. Отпуск 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 отожжённый. 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 |
Предел выносливости
| σ-1, МПА | J-1, мПа | n | Состояние стали |
| 363 | 240 | 106 | σв=690 МПа |
| 470 | 106 | σв=690 МПа | |
| 509 | 5*106 | σ0,2=690 МПа, σв=690 МПа | |
| 333 | σв=690 МПа | ||
| 372 | Закалка 860 °С, масло, отпуск 550 °С |
Ударная вязкость Стали 40Х KCU (Дж/см.кв.)
| Т= +20 °С | Т= -25 °С | Т= -40 °С | Т= -70 °С | Термообработка |
| 160 | 148 | 107 | 85 | Закалка 850 °С, масло, отпуск 650 °С |
| 91 | 82 | 54 | Закалка 850 °С, масло, отпуск 580 °С |
Прокаливаемость стали по ГОСТ 4543-71
| Расстояние от торца, мм | Примечание | |||||||||
| 1,5 | 4,5 | 6 | 7,5 | 10,5 | 13,5 | 16,5 | 19,5 | 24 | 30 | Закалка 860 °С |
| 20,5-60,5 | 48-59 | 45-57,5 | 39,5-57 | 35-53,5 | 31,5-50,5 | 28,5-46 | 27-42,5 | 24,5-39,5 | 22-37,5 | Твердость для полос прокаливаемости, HRC |
Физические свойства Стали 40Х
| T (Град) | E 10- 5 (МПа) | a 10 6 (1/Град) | l (Вт/(м·град)) | r (кг/м3) | C (Дж/(кг·град)) | R 10 9 (Ом·м) |
| 20 | 2,14 | 7820 | 210 | |||
| 100 | 2,11 | 11,9 | 46 | 7800 | 466 | 285 |
| 200 | 2,06 | 12,5 | 42.7 | 7770 | 508 | 346 |
| 300 | 2,03 | 13,2 | 42.3 | 7740 | 529 | 425 |
| 400 | 1,85 | 13,8 | 38.5 | 7700 | 563 | 528 |
| 500 | 1,76 | 14,1 | 35.6 | 7670 | 592 | 642 |
| 600 | 1,64 | 14,4 | 31.9 | 7630 | 622 | 780 |
| 700 | 1,43 | 14,6 | 28,8 | 7590 | 634 | 936 |
| 800 | 1,32 | 26 | 7610 | 664 | 1100 | |
| 900 | 26,7 | 7560 | 1140 | |||
| 1000 | 28 | 7510 | 1170 | |||
| 1100 | 28,8 | 7470 | 120 | |||
| 1200 | 7430 | 1230 |
Расшифровка сокращённых обозначений
σв | временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа |
σ0,05 | предел упругости, МПа |
σ0,2 | предел текучести условный, МПа |
δ5, δ4, δ10 | относительное удлинение после разрыва, % |
σсж0,05 сж | предел текучести при сжатии, МПа |
ν | относительный сдвиг, % |
sв | предел кратковременной прочности, МПа |
ψ | относительное сужение, % |
KCU | ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2 |
sT | предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа |
HB | твердость по Бринеллю |
HV | твердость по Виккерсу |
HRCэ | твердость по Роквеллу, шкала С |
HRB | твердость по Роквеллу, шкала В |
HSD | |
ε | относительная осадка при появлении первой трещины, % |
Jк | предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа |
σизг | предел прочности при изгибе, МПа |
Маркировка сплава
Конструкционные углеродистые качественные стали, по стандарту маркируются двузначным числом: сталь 05, 08…80, 85, которое указывает на усредненное значение, содержания углерода выраженное в сотых долях процента. Три цифры маркировки указывает на то что в сплаве содержится более чем 1% углерода, буква Л на отсутствие легировки — 45л, буквы Ст на его обыкновенное качество — Ст5.
Металлургическая промышленность производит стандартные стали марок от 05кп до 60, средний показатель углерода которых 0,05—0,60 процента, соответственно маркировки. Расшифровка марки стали 45 (фран. аналог С45) показывает содержание 0,45% С.
Характеристики
Удобство использования такого материала обусловлена ещё и тем, что сталь изготавливается в печи открытого типа с температурным режимом от 850 до 1200 градусов, поэтому материал полностью деформируется и может быть залит в совершенно различные формы. Переменность системы охлаждения и нагревания позволяет создать изделие без дефектов, трещин и каких-то неровностей.
Составляющие после закаливания:
- карбидные частицы,
- мартенситы,
- остаточные аустениты.
Последний элемент влияет на жёсткость полученной стали: чем выше температура закаливания, тем ниже жёсткость/твёрдость. Именно поэтому, если требуется сталь для ножей (мягкую сталь в ножах точить намного проще и удобнее), то идеальной температурой закаливания будет 1050 градусов и выше.
Это интересно: Сталь 40Х — характеристики, твердость, применение
Состав и свойства
В состав стали марки 40х13 кроме основных компонентов входят следующие химические элементы: хром (14%), углерод (не превышает 0,45%), на остальные элементы кремний и другие приходится не более 0,8%, что соответствует ГОСТ 5582-75.
Химический состав стали
Основными химическими элементами, входящими в состав, являются: железо, углерод, кремний, марганец, хром, сера и фосфор. Процент содержания углерода в этой стали (в зависимости от выпуска) изменяется в интервале 0,36-0,45%. Эту сталь относят к классу среднеуглеродистых.
Химический состав стали 40х13
Химическая микроструктура в закалённом состоянии включает в себя мартенситы, карбиды и остаточное содержание аустенита. Именно эти элементы обеспечивают хорошую коррозионную стойкость. Более высокие показатели присущи только нержавеющей стали марки 30х13.
Механические свойства
Механические свойства стали 40х13 определяются её составом и способом обработки. После проведения специальной смягчающей обработки и последующего отпуска при температуре около 740 градусов удаётся повысить предел прочности и достичь значения в 560 МПа
Эта обработка позволяет добиться относительного удлинения более 15%, что очень важно для дальнейшей механической обработки. Если это сталь горячекатаная с последующей ковкой и калибровкой, то её твердость достигает 229 НВ
После проведения процедуры закалки твердость по Роквеллу превышает 55 HRC единиц. Плотность этой марки стали равна 7,68 г/см3.
Механические свойства стали 40х13
После проведения последовательной закалки и постепенного низкого отпуска эта марка стали приобретает хорошие антикоррозийные свойства. Единственным ограничением в этой области является долгое применение в условиях приморской атмосферы или в солёной морской воде.
На основании приведенных физических свойств, марку 40х13 можно отнести к классу инструментальных сталей.
Преимущества и недостатки
Положительные и отрицательные качества металла определяют его свойства. Среди качеств стали вида 40х важны характеристики выносливости и твердости. Примесь хрома в составе придает компонентам следующие положительные черты:
Преимущества
Они отличаются большой прочностью и защитой от ржавчины.
Держат сильные и долгосрочные нагрузки.
Выдерживают экстремальные температурные значения от -40 до +425 °С.
Магнитные свойства материала не влияют на качество стали.
Их можно использовать в различных условиях внешней среды.
Поверхности не нуждаются в очищении и обработке.
Хорошо переносят коробление.
Недостатки
К отрицательным чертам сплава относят хрупкость стали, ее флокеночувствительность. Но термообработка дает возможность понизить данные свойства до минимальных показателей.
Нормативная документация
ГОСТ 82-70.Прокат стальной горячекатанный широкополосный универсальный.Сталь 40Х.
ГОСТ 103-76.Полоса стальная горячекатанная.Сортамент.Сталь 40Х.
ГОСТ 1051-73.Прокат калиброванный.Общие технические условия.Сталь 40Х.
ГОСТ 1133-71.Сталь кованая круглая и квадратная.Сортамент.Сталь 40Х.
ГОСТ 1577-93 Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной качественной стали.Технические условия. Сталь 40Х.
ГОСТ 2590-88.Прокат стальной горячекатанный круглый.Сортамент.Сталь 40Х.
ГОСТ 2591-88.Прокат стальной горячекатанный квадратный.Сортамент.Сталь 40Х.
ГОСТ 2879-88.Прокат стальной горячекатанный шестигранный.Сортамент.Сталь 40Х.
ГОСТ 7417-75.Сталь калиброванная круглая.Сортамент.Сталь 40Х.
ГОСТ 8479-70. Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия.Сталь 40Х.
ГОСТ 8559-57.Сталь калиброванная квадратная.Сортамент.Сталь 40Х.
ГОСТ 8560-78.Прокат калиброванный шестигранный.Сортамент.Сталь 40Х.
ГОСТ 10702-78. Прокат из качественной конструкционной углеродистой и легированной стали для холодного выдавливания и высадки. Технические условия. Сталь 40Х.
ГОСТ 13663-86 .Трубы стальные профильные.Технические требования.Сталь 40Х.
ГОСТ 19903-74. Прокат листовой горячекатаный. Сортамент. Сталь 40Х.
ГОСТ 4543-71
При производстве стали изготовители руководствуются нормами ГОСТ 4543-71. Он определяет технические условия на прокат из легированной конструкционной стали. Его нормы распространяются на такие виды проката, как слитки, поковки и пр.
ГОСТ 4543-71 даёт чёткую классификацию конструкционных легированных сталей. В соответствии с ней сталь марки 40Х относится к группе хромистых сталей.
В этом же документе определены параметры качества, то есть, определяет максимально допустимое количество примесей, которые влияют на технические характеристики конструкционной легированной стали. К таким примесям относят серу, фосфор, медь и некоторые другие.
Кстати, в этом же документе определены режимы термической обработки проката.
Массовая доля элементов стали 40Х по ГОСТ 4543-2016
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Cr (Хром) | Mo (Молибден) | Ni (Никель) | V (Ванадий) | Ti (Титан) | Cu (Медь) | N (Азот) | W (Вольфрам) | Fe (Железо) |
| 0,36 – 0,44 | 0,17 – 0,37 | 0,5 – 0,8 | < 0,04 | < 0,04 | 0,8 – 1,1 | < 0,11 | < 0,3 | < 0,05 | < 0,03 | < 0,3 | < 0,012 | < 0,2 | остальное |
CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo +V)/5 + (Ni + Cu)/15. Химический состав может быть изменён по договорённости. Эм = 0,3Cr + 0,5Ni + 0,7Cu. Для цементируемых сталей допускается Al > 0,02. Содержание P может быть изменено по согласованию. По согласованию: Ca < 0,003.
Учитывая сложность производства данной стали, точный процент содержания углерода не определён, и колеблется в диапазоне 0,36 % – 0,44 %. Основная легирующая добавка – хром, от 0,8 % до 1,1 %. Именно этот элемент формирует основные характеристики сплава. Несмотря на то, что содержание никеля, марганца и кремния невелико – до 1,0 %, они влияют на свойства стали при эксплуатации изделий из неё.
Небольшое содержание меди (до 0,035 %) существенного влияния на характеристики не оказывает. Концентрация вредных добавок (серы, фосфора) находится под строгим контролем.
Расшифровка стали 40Х
Марку 40Х, относят к конструкционным, легированным. В результате того, что в состав стали может входить от 0.36 и 0.44% углерода и от 0.8 и до 1.1% хрома, она становится трудно свариваемой. То есть, для получения качественного шва необходимо выполнить ряд дополнительных технологических операций. Перед тем как начать сварку, кромки деталей необходимо подогреть до 300 ºC. После того как шов получен, надо выполнить отжиг.
Полный состав 40Х:
| С(углерод) | Si(кремний) | Mn(марганец) | Ni(никель) | S(сера) | P(фосфор) | Cr(хром) | Cu(медь) |
| 0,36-0,44 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | до 0,3 | до 0,035 | до 0,035 | 0,8-1,1 | до 0,3 |
Химический состав стали 40Х позволяет ее применять для производства деталей с высокими параметрами прочности. К этим деталям относят:
- валы механизмов;
- оси;
- шпиндели;
- зубчатые венцы и пр.
Где применяется?
Сталь 40х широко используется в машиностроительных отраслях для производства высокопрочных металлических изделий/деталей. Вот несколько наглядных примеров области применения:
- трубы для отопительных систем;
- роторы/диски для паровых турбин;
- крепежные элементы;
- кулачковые/коленчатые валы и др.
Листовую сталь применяют для горячей и холодной штамповки, а также обшивки каркаса. А ещё, эту марку используют для изготовления кухонной утвари, например, ножей для резки фруктов/овощей/мяса, и в области медицины (хирургические скальпели и пр.). Материал считается безопасным для человеческого организма.
Процесс закалки
Процесс обработки высокой температурой стали 40Х и иного сплава называют закалкой. Стоит учитывать, что нагрев выполняется до определенной температуры, которая была определена путем многочисленных испытаний. Время выдержки, после которого проводится охлаждение, а также другие моменты можно узнать из специальных таблиц. Провести нагрев в домашних условиях достаточно сложно, так как в рассматриваемом случае нужно достигнуть температуры около 800 градусов Цельсия.
Химический состав стали 40Х
Результатом сильного нагрева и выдержки металла 40Х на протяжении определенного времени с последующим резким охлаждением в воде становится повышение твердости и уменьшение пластичности. При этом результат зависит от нижеприведенных показателей:
- скорости нагрева металла 40Х;
- времени выдержки;
- от скорости охлаждения.
При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.
Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.
Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:
- разогревается электропечь;
- следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
- время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
- завершающим этапом становится охлаждение в ванной с водой или другой жидкостью.
Определить самостоятельно момент, после которого следует охладить металл, в промышленных и домашних условиях невозможно. Именно поэтому по проведенным исследованиям было принято, что для нагрева металла в электропечах необходимо 1,5-2 минуты на один миллиметр, после чего структура может быть перегрета.
Определение твердости проводится по методу Роквелла. Улучшение, проведенное путем отпуска или закалки, можно измерить при помощи обозначения HRC. Стандартное обозначение HR, к которому проводится добавление буквы в соответствии с типом проведенного испытания. Обозначение HRC наиболее часто встречается, последняя буква означает использование алмазного конуса с углом 120 при испытании.
Технологические свойства стали 40Х13
Марка 40Х13 обладает хорошей технологичностью при проведении пластической деформации в горячем состоянии. Ее проводят при температуре от 850 до 1100 ºC. Но надо помнить что при резком нагреве, сталь может потерять ряд своих уникальных свойств, например, твердость. Именно поэтому процедуру нагрева необходимо проводить с небольшой скоростью. По достижении температуры 830 ºC можно выполнять прокат или ковку. Охлаждение стали необходимо также проводить медленно.
Ряд характеристик коррозионно-стойкой и углеродистой стали во многом схожи, в частности, в твёрдости. Но они имеют различную микроструктуру и это приводит к появлению определённых сложностей в процессе механической обработки.
Основные сложности, возникающие при точении и фрезеровании стали марки 40Х13 это:
- упрочнение, возникающие в процессе резания;
- удаление отходов обработки;
- ускоренный износ режущего инструмента.
Дело в том, что при обработке 40х13 резанием, стружка не ломается как у большинства углеродистых сталей, а завивается в виде длинной стружки. Для решения этой проблемы на режущий инструмент устанавливают специальные приспособления — стружколомы.
Низкая теплопроводность хороша при использовании 40Х13 на практике, но создаёт определённые сложности при точении. То есть в месте обработки резко поднимается температура, вследствие чего происходит образование наклёпа и неравномерное упрочнение поверхности. Такое свойство стали приводит к снижению ресурса режущего инструмента и увеличению обработки детали.
Еще одно свойство 40Х13 — это наличие в ее составе карбидных и других соединений, имеющих микроскопический размер. Их наличие делает сталь неким подобием абразива, который выводит режущий инструмент из строя и это приводит к замедлению обработки.
Для эффективной обработки нержавейки применяют режущий инструмент, на поверхность которого наносят карбид вольфрама и другие упрочняющие покрытия.
Характеристики
К числу характеристик стали 40х относят:
- твёрдость;
- плотность;
- предел текучести/прочности;
- ударную вязкость и пр.
Твердость
Твёрдость стали (hb – hrc) может выражаться в разных числовых значениях, в зависимости от шкалы измерения:
- По Роквеллу — методика основана на измерении глубины проникновения индентора (твёрдого наконечника) в исследуемый материал. Твёрдость по этой шкале составляет 217 МПа.
- По Бринеллю — индентор вдавливают в образец металла в течение 2-8 секунд (нагрузка — плавно нарастающая) и измеряют диаметр получившегося отпечатка. В качестве инденторов применяют шарики из прочных сплавов диаметром от 1 до 10 мм. Твёрдость стали 40х по Бринеллю равна 187 МПа.
- В состоянии плавки — твёрдость в период плавления колеблется в пределах 18 МПа.
Плотность
Плотность стали 40х равна 7820 кг/м³. Плотность вещества является постоянной величиной, и измеряется при помощи гидростатического метода — образец взвешивают в воздухе, а потом в воде, и вычисляют его плотность (отношение массы тела к объёму). Жидкость, используемая в качестве измерения, должна хорошо смачивать материал, но при этом не вступать с ним в реакцию. Поэтому для взвешивания применяют дистиллированную воду.
Марка
Возможные заменители — 45Х, 38ХА, 40ХС и др. Класс: конструкционная легированная. Вид и состояние поставки:
- сортовой прокат (в т. ч. фасонный);
- пруток и серебрянка;
- лист толстый;
- трубы и т. д.
Термин «конструкционная» указывает на то, что металл используется для изготовления различных конструкций, механизмов и деталей, например, в сфере строительства и машиностроения.
Химический состав
Цифра «40» присутствует в марочнике неслучайно, указывая на процентное содержание углерода в сплаве (от 0,36 до 0,44). А буква «Х» свидетельствует о наличии хрома (от 0,8 до 1,1%). Также в химсоставе присутствуют и другие химические элементы:
- железо — около 97%;
- кремний — не более 0,37%;
- марганец — до 0,8%;
- никель — 0,3;
- сера — всего 0,035%;
- фосфор — 0,035%;
- медь — около 0,3%.
Предел прочности
Под пределом прочности понимают такое механическое напряжение, выше которого материал разрушается или деформируется. Максимальная прочность стали в момент сгиба составляет 509 МПа, а при временном сопротивлении — 960 МПа.
Этот показатель измеряется с помощью испытаний на растяжение и деформацию. При этом устанавливают не только предел прочности, но и удлинение, временное сопротивление и др.
Предел текучести
Физический предел текучести — это значение напряжения, при котором деформация испытываемого материала увеличивается без дополнительной нагрузки. Предел текучести стали 40х равен 785 Н/мм2. На конечный результат влияют различные факторы:
- толщина металла;
- режим термообработки;
- наличие примесей в составе продукта;
- дефекты кристаллической решётки и т. д.
Прочность
Прочность — это стойкость металла к воздействию внешних нагрузок. Чтобы узнать, какая прочность стали, проводят испытания на специальных машинах с разной мощностью. Последние состоят из нагружающего механизма, создающего усилие, и бывают механическими и гидравлическими.
Ударная вязкость
Ударная вязкость данной марки составляет 400 – 850 кДж/кв. м. Предел прочности на разрыв равен 980 Н/м2. Под ударной вязкостью понимают способность металла поглощать механическую энергию, образующуюся в процессе разрушения и деформации.
Температура эксплуатации
Средняя температура эксплуатации стали 40х — минус 40 градусов. Максимально допустимая температура — плюс 425 градусов. Это важные показатели характеристики применения материала в комфортных для металлических изделий условиях. Значения выше или ниже могут привести к процессам разрушения и деформации.
Механические свойства
Вот механические свойства стали 40х в зависимости от закалки при температуре 860 градусов в масле и температурой отпуска, равной 500 градусов:
- Предел текучести — в пределах 785 МПа.
- Временное сопротивление — 980 МПа.
- Минимальное относительное удлинение — не более 10%.
- Относительное сужение — 45%.
Отпускная хрупкость
Отпускная хрупкость — это особое состояние сплава, характеризующееся небольшим значением ударной вязкости. При нормальных условиях этот показатель на оказывает влияния на механические свойства стали.
Специалисты дают описание 2 видов отпускной хрупкости:
- Первая — подразумевает температуры 250-35- градусов.
- Вторая — отпуск при температурах выше 500 градусов.
Следовательно, в первом случае материал будет более прочным, во втором — более хрупким.
Отпуск и нормализация
Для марки стали 40х можно применить три вида отпуска:
- Отпуск на низких температурах предполагает прогрев детали до предела 250 градусов по Цельсию с выдержкой. Остужают заготовку на открытом воздухе. Термообработка такого характера способствует нейтрализации напряжений при минимальном увеличении пластичности без влияния на твердость. Используется метод редко, так как велика вероятность образования хрупкой структуры.
- Отпуск на средних температурах. Прогрев здесь идет до 500 градусов по Цельсию. За счет более высокой температуры возрастает вязкость изделия с пропорциональным снижением твердости. Метод подходит для изготовления автомобильных рессор, пружин, другого специфического инструмента.
- Отпуск на высоких температурах с увеличением прогрева до 600 градусов по Цельсию. В этом случае внутри кристаллической решетки распадается мартенсит, образуя при этом сорбит. На практике это лучший вариант пропорционального соотношения пластичности и твердости. Ударная вязкость при этом также возрастает. Детали, полученные таким образом, можно применять в механизмах, подверженных воздействию ударных нагрузок.
Чтобы избежать повышенной хрупкости при отпуске, охлаждение при этом процессе следует делать быстро в специальной вакуумной камере с системой продувки аргоном. Последние два условия помогут избежать возникновения внутренних дефектов в структуре материала, а именно образования раковин, полостей и деформаций.
Достоинства и недостатки
Закалка деталей с помощью ТВЧ обладает как достоинствами, так и недостатками. К достоинствам можно отнести следующее:
- После закалки ТВЧ у детали сохраняется мягкой середина, что существенно повышает ее сопротивление пластической деформации.
- Экономичность процесса закалки деталей ТВЧ связана с тем, что нагревается только поверхность или зона, которую необходимо закалить, а не вся деталь.
- При серийном производстве деталей необходимо настроить процесс и далее он будет автоматически повторяться, обеспечивая необходимое качество закалки.
- Возможность точно рассчитать и регулировать глубину закаленного слоя.
- Непрерывно-последовательный метод закалки позволяет использовать оборудование малой мощности.
- Малое время нагрева и выдержки при высокой температуре способствует отсутствию окисления обезуглероживания верхнего слоя и образования окалины на поверхности детали.
- Быстрый нагрев и охлаждение не дают большого коробления и поводок, что позволяет уменьшить припуск на чистовую обработку.
Но индукционные установки экономически целесообразно применять только при серийном производстве, а для единичного производства покупка или изготовление индуктора невыгодно. Для некоторых деталей сложной формы производство индукционной установки очень сложно или невозможно получить равномерность закаленного слоя. В таких случаях применяют другие виды поверхностных закалок, например, газопламенную или объемную закалку.
