Статья 40. физическое или психическое принуждение
Содержание:
- Структурные изменения
- Где применяют сталь марки 40х?
- Состав
- Технологические характеристики
- Общие сведения стали 40
- Химический состав
- Сталь 40Х: характеристики, применение, твердость и свариваемость стали 40Х
- Химический состав, основные характеристики
- Механические свойства стали 40
- Физические свойства стали 40Х
- Физические свойства стали 40Х
- Описание
- механические характеристики по ГОСТ. Сталь 40 и её химический состав.
- Термическая обработка
- Термическая обработка стали 40Х
Структурные изменения
Комплексную термическую обработку состоящую из полной закалки и высокого отпуска конструкционных сталей называют улучшением.
Сталь 40ХН2МА относится к сталям перлитного класса. Для нее характерны два критических температурных перехода: Ас1 = 730˚С и Ас3 = 820˚С. Доэвтектоидная сталь, как правило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 + ( 30-50˚С ). Такая температура обеспечивает получение при нагреве мелкозернистого аустенита и соответственно после охлаждения – мелкозернистого мартенсита. Зерна аустенита образуются на границе фаз феррита и цементита. При этом помимо растворения цементита в аустените происходит еще и аллотропное модифицирование раствора железа α в раствор железа γ. Поскольку процесс растворения цементита происходит медленнее, нежели образование аустенитных кристаллов, то по достижению закалочных температур необходима некоторая выдержка.
Читать также: Чем заменить масло для смазки цепи бензопилы
При дальнейшем охлаждении в воде, благодаря очень высокой скорости охлаждения (превышающей Vкр) происходит образование структуры мелкозернистого мартенсита. Это не что иное, как пересыщенный твердый раствор углерода в железе α.
Поскольку мартенсит представляет собой очень твердую структуру, то как правило на поверхности закаленной детали образуются очень сильные остаточные напряжения. Это может привести к образованию трещин, сколов и прочих хрупких разрушений. Во избежании этого после закалки проводят процедуру отпуска. Именно после закалки и отпуска при 450-650˚С. Исходная структура–мартенсит закалки, температура отпуска
tотп = 450–650°C. При повышении температуры активизируется диффузия. Диффузия углерода при такой температуре достаточна для превращения мартенсита в перлитную структуру, но не достаточна для перемещения углерода на большие расстояния. В итоге образуется смесь феррита и цементита.
3 этапа отпуска:
1) Из мартенсита выделяется часть углерода в виде метастабильного ε-карбида. Первое превращение идет с очень маленькой скоростью и без нагрева.
2) Продолжается распад мартенсита, распадается остаточный аустенит и начинается карбидное превращение. Распад мартенсита распространяется на весь объем. Начинается превращение ε-карбида в цементит.
3) Завершаются распад мартенсита и карбидное превращение. Мартенсит переходит в феррит. Далее при дальнейшем нагреве ферритно-карбидная смесь меняет форму, размер карбидов и структуру феррита. Диффузия происходит интенсивнее, чем в случае среднетемпературного отпуска, атомы углерода смещаются на большее расстояние, увеличиваются размеры кристаллов феррита и цементита. Такая структура называется сорбит отпуска.
Продолжительность выдержки при отпуске устанавливают таким расчетом, чтобы обеспечить стабильность свойств стали. Продолжительность среднего и высокого отпуска обычно составляет 1-2 часа для деталей небольшого сечения.
Основные сведения о стали.
стали: 40ХГТ, 40ХГР, 30Х3МФ, 45ХН2МФА.
Сотовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70. Валки ОСТ 24.013.04.-83, ОСТ 24.013.20-85.
Коленчатые валы, клапаны, шатуны, крышки шатунов, ответственные болты, шестерни, кулачковые муфты, диски и другие тяжелонагруженные детали. Валки для холодной прокатки металлов.
Где применяют сталь марки 40х?
Свойства материала определяют сферы его применения. Она используется для изготовления:
- Труб. Применяются при сборке трубопроводов для транспортировки разных жидкостей, обустройстве систем отопления.
- Поковок. Нужны для изготовления других металлических изделий.
- Листов. Применяются для горячей, холодной штамповки. Другие области применения — сборка металлоконструкций, обшивка каркасов.
- Металлопроката. Нужен для сборки промышленного оборудования, машин, судов, разных деталей.
Поскольку материал имеет ряд недостатков, для их устранения применяется термическая обработка. После ее проведения сплав используется при изготовлении деталей повышенной прочности — плунжеров, кулачковых и коленчатых валов, колец для промышленного оборудования, губчатых венцов, реек, полуосей, болтов, втулок, подвижных валов.
Состав
Уверены: для читателей не секрет, что сплав железа с углеродом – это и есть сталь. Чистая сталь, если быть точным. Однако такой материал далеко не всегда оказывается пригодным для использования. Именно для того, чтобы улучшить исходные свойства стали, в ее состав добавляются различные элементы из всем известной таблицы Менделеева, присутствие которых в составе в определенной пропорции наделяет сплав некими свойствами вроде повышенной износостойкости и устойчивости к окислению.
Исключением не стала и сталь 40ХН, характеристики которой напрямую вытекают из лигатурного состава, который выглядит следующим образом:
- 0,4% углерода;
- 0,6% хрома;
- 0,65% марганца;
- 0,27% кремния;
- 1,2% никеля;
- 0,3% меди.
Увы, технология выплавки не может гарантировать полное отсутствие вредных примесей в составе стали 40ХН. Характеристики же из-за их присутствия значительно не ухудшаются, так как процентное содержание подобных примесей не превышает 0,035%.
Технологические характеристики
Подводя итог, можно охарактеризовать сталь 40х как твердый и прочный материал, выдерживающий большие нагрузки без разрушений. ПК числе положительных свойств относятся:
- устойчивость к температурным колебаниям;
- отличные коррозионные свойства;
- высокие показатели прочности.
Наряду с этими качествами, у данного материала есть, к сожалению, и недостатки. К ним относятся:
- трудности при сваривании;
- склонность к отпускной хрупкости;
- чувствительность к образованию флокенов.
После подогрева с последующей термообработкой описываемая сталь поддается ручной дуговой сварке (РДС) и электрошлаковой сварке (ЭШС). Если применяется контактная точечная сварка (КТС), то необходима последующая термическая обработка.
Медленное охлаждение конструкционной легированной стали 40х после отпуска приводит к ее хрупкости. Этот недостаток отсутствует при быстром охлаждении, но в этом случае могут возникнуть внутренние напряжения, вызывающие деформацию.
Флокеночувствительность — это склонность металла к образованию внутренних дефектов (полостей и трещин), так называемых флокенов. Для устранения этого недостатка сплав вакуумируют в ковше с одновременной продувкой аргоном и электродуговым подогревом.
Общие сведения стали 40
| Заменитель марки |
| стали: 35, 45, 40Г |
| Вид поставки |
| Лист 40, круг 40, сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050–74, ГОСТ 2590–71, ГОСТ 2591–71, ГОСТ 2879–69, ГОСТ 8509–86, ГОСТ 8510–86, ГОСТ 8239–72, ГОСТ 8240–72, ГОСТ 10702–78. Калиброванный пруток ГОСТ 10702–78, ГОСТ 7417–75, ГОСТ 8559–75, ГОСТ 8560–78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 10702–78, ГОСТ 14955–77. Лист толстый ГОСТ 1577–81, ГОСТ 19903–74, ГОСТ 4041–71. Лист тонкий ГОСТ 16523–70. Лента ГОСТ 10234–77, ГОСТ 2284–79, ГОСТ 1530–78. Полоса ГОСТ 103–76, ГОСТ 82–70, ГОСТ 1577–81. Проволока ГОСТ 17305–71, ГОСТ 5663–79. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479–70, ГОСТ 1133–71. |
| Применение |
| После улучшения — коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховики, зубчатые колеса, болты, оси и другие детали; после поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ — детали средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и повышенной износостойкости при малой деформации (длинные валы, ходовые валики, зубчатые колеса). |
Химический состав
| Стандарт | C | S | P | Mn | Cr | Si | Ni | Fe | Cu | V | Ti | Mo | W |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TУ 108-1029-81 | 0.36-0.44 | ≤0.022 | ≤0.025 | 0.5-0.8 | 0.8-1.1 | ≤0.37 | ≤0.25 | Остаток | ≤0.25 | — | — | — | — |
| TУ 14-1-4118-2004 | 0.36-0.44 | ≤0.035 | ≤0.035 | 0.5-0.8 | 0.8-1.1 | 0.17-0.37 | ≤0.3 | Остаток | ≤0.3 | ≤0.05 | ≤0.03 | ≤0.15 | ≤0.2 |
| TУ НЗЛ 342-89 | 0.36-0.44 | ≤0.025 | ≤0.025 | 0.5-0.8 | 0.8-1.1 | 0.17-0.37 | ≤0.25 | Остаток | ≤0.3 | — | — | — | — |
| ГОСТ 10702-78 | 0.36-0.44 | ≤0.035 | ≤0.035 | 0.5-0.8 | 0.8-1.1 | ≤0.2 | ≤0.3 | Остаток | ≤0.3 | ≤0.05 | ≤0.03 | ≤0.15 | ≤0.2 |
Fe — основа.
По ГОСТ 4543-71, ГОСТ 10702-78 и ТУ 14-1-4118-86 химический состав приведен для стали марки 40Х.
По ГОСТ 4543-71 регламентировано содержание в высококачественной стали: P≤0,025%; S≤0,025%; Сu≤0,30%; в особовысококачественной стали: P≤0,025%; S≤0,015%; Сu≤0,25%. В соответствии с заказом может быть установлено содержание Si=0,10-0,37%.
ТУ НЗЛ 342-89 химический состав приведен для стали марки 40ХА.
По ТУ 108-1028-81 и ТУ 108-1029-81 химический состав приведен для стали марки 40ХА. В заготовках допускается отклонения по содержанию элементов, указанных в таблице: углерод ± 0,010 %, кремний + 0,030 %.
При изготовлении заготовок дисков с высотой ступицы от 450 до 650 мм содержание фосфора и серы в стали должно быть не более 0,018 % каждого; для металла ВДП и ЭЛП допускается отклонение содержания марганца +0,10 %/-0,15 % . В стали ЭШП содержание серы должно быть не более 0,015 %. При разливке стали без вакуумирования для изготовления заготовок дисков с высотой ступицы более 300 мм должно производиться определение содержания водорода в металле. Результаты определения содержания водорода не являются приемо-сдаточными и по требованию потребителя подлежат занесению в паспорт заготовок.
Сталь 40Х: характеристики, применение, твердость и свариваемость стали 40Х
Марка стали: 40Х (заменители 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР).
Класс: сталь конструкционная легированная.
Использование в промышленности: 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..
Твердость: HB 10 -1 = 217 МПа
Свариваемость материала: трудносвариваема. Способы сварки: РДС, ЭШС, необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС — необходима последующая термообработка.
Температура ковки, oС: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
Флокеночувствительность: чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: склонна.
Вид поставки:
- Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 10702-78.
- Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73.
- Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.
- Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74.
- Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 82-70.
- Поковки ГОСТ 8479-70.
- Трубы ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 13663-86.
| Зарубежные аналоги марки стали 45 | |
| США | 5135, 5140, 5140H, 5140RH, G51350, G51400, H51350, H51400 |
| Германия | 1.7034, 1.7035, 1.7045, 37Cr4, 41Cr4, 41CrS4, 42Cr4 |
| Япония | SCr435, SCr435H, SCr440, SCr440H |
| Франция | 37Cr4, 38C4, 38C4FF, 41Cr4, 42C4, 42C4TS |
| Англия | 37Cr4, 41Cr4, 530A36, 530A40, 530H36, 530H40, 530M40 |
| Евросоюз | 37Cr4, 37Cr4KD, 41Cr4, 41Cr4KD, 41CrS4 |
| Италия | 36CrMn4, 36CrMn5, 37Cr4, 38Cr4KB, 38CrMn4KB, 41Cr4, 41Cr4KB |
| Бельгия | 37Cr4, 41Cr4, 45C4 |
| Испания | 37Cr4, 38Cr4, 38Cr4DF, 41Cr4, 41Cr4DF, 42Cr4, F.1201, F.1202, F.1210, F.1211 |
| Китай | 35Cr, 38CrA, 40Cr, 40CrA, 40CrH, 45Cr, 45CrH, ML38CrA, ML40Cr |
| Швеция | 2245 |
| Болгария | 37Cr4, 40Ch, 41Cr4 |
| Венгрия | 37Cr4, 41Cr4, Cr2Z, Cr3Z |
| Польша | 38HA, 40H |
| Румыния | 40Cr10, 40Cr10q |
| Чехия | 14140 |
| Австралия | 5132H, 5140 |
| Южная Корея | SCr435, SCr435H, SCr440, SCr440H |
Сталь 40Х и ее характеристики
В нашей компании вы можете заказать разнообразные изделия из металла, используемые в быту, строительстве и в промышленности. От того, из какого материала создан металлопрокат, зависят его качества, свойства и характеристики.
Мы предлагаем вам ознакомиться с разнообразными видами стали. К примеру, марка стали 40Х, относящаяся к классу конструкционной легированной, пользуется особой популярностью. В данном разделе вы узнаете больше про этот материал.
Если у вас возникают вопросы по товарам или вы хотите сделать заказ, то звоните нашим специалистам! Менеджеры компании работают круглосуточно.
В данном материале имеется 0,40 процента углерода и меньше полутора процентов хрома.
Этот материал относится к трудносвариваемым. Вы можете осуществлять сваривание ручным дуговым методом и электрошлаковым, но в начале следует подогреть сталь, а после произвести термическую обработку. При контактной точечной сварке также требуется дальнейшая термическая обработка.
Твердость стали 40Х следующая: HB 10 -1 = 217 МПа.
Заменителями этого материала могут стать марки 45X, 38XA, 40XH, 40XC, 40ХФ, 40XP.
Если вы собираетесь ковать эту сталь, то в начале процесса нужно нагреть ее до 1 250 градусов по Цельсию, а в конце остудить до 800 градусов. Если ковке подвергались изделия сечением до 350 миллиметров, их нужно охлаждать на воздухе.
Больше информации вы можете узнать из таблиц, расположенных на сайте.
Применение 40Х
Она поставляется в виде сортового, а также фасонного проката. Вы можете найти прутья с разнообразными видами обработки поверхности, сделанные из этого материала. Также популярностью пользуется серебрянка и листы разной толщины. Из данной стали изготавливают и трубы, и полосы. Она используется для производства поковок ГОСТ 8479-70.
Этот материал широко применяется в промышленной сфере.
Сталь Ст 40Х используется для изготовления осей и стержней для передачи крутящего момента, вал-шестеренок, поршней, трубопроводной арматуры, колец, вращающихся деталей, инструментов для клепальных работ, измерительных устройств, болтов, деталей для аппаратов с вращающимися барабанами, деталей конической формы и прочих элементов. Сталь марки 40Х требуется, если нужно произвести улучшаемые изделия, имеющие повышенную прочность.
Химический состав, основные характеристики
Уже в обозначении стали 35 – характеристики сплава
Простая цифровая информация указывает, пожалуй, на самое важное – процентное содержание углерода при незначительном объеме примесей, что и определяет целый ряд востребованных потребителем свойств
Химические элементы в процентном соотношении распределены следующим образом: Fe – примерно 97, C – 0,32- 0,4, Si – 0,17- 0,37, Mn – 0,5-0,8. Ni, Cr, Cu составляют по 0,25, а вот P, S и As – соответственно, 0,035, 0,040 и 0,08.
Сталь 35, характеристики ее, обусловлены принадлежностью к классу среднеуглеродистых сплавов, куда также входят стали марок 30, 40, 45 и 50. Сырье отличается высокими прочностными свойствами, при этом не обладает ни пластичностью, ни вязкостью низколегированных сталей, что, впрочем, и не требуется. Механические свойства подробно расписаны в таблицах ГОСТа 1050-88
Механические свойства стали 40
Механические свойства при повышенных температурах
| t испытания,°C | σ0,2, МПа | σB, МПа | δ5, % | ψ, % |
| Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, прокатанный. Скорость деформации 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с. | ||||
| 700 | 99 | 140 | 48 | 85 |
| 800 | 70 | 110 | 53 | 97 |
| 900 | 54 | 71 | 55 | 100 |
| 1000 | 28 | 58 | 69 | 100 |
| 1100 | 24 | 37 | 60 | 100 |
| 1200 | 16 | 26 | 87 | 100 |
| 1300 | 12 | 18 | 56 | 100 |
Механические свойства проката
| Термообработка, состояние поставки | Сечение, мм | σB, МПа | δ5, % | δ4, % | ψ, % | KCU, Дж/м2 | HB |
| Сталь горячекатаная, кованая калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации | 25 | 570 | 19 | 45 | 59 | ||
| Сталь калиброванная 5-й категории после нагартовки | 610 | 6 | 35 | ||||
| Сталь калиброванная 5-й категории после отжига или высокого отпуска | 510 | 14 | 40 | ||||
| Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска и отжига | <590 | 40 | 197 | ||||
| Листы термообработанные 1−2-й категории | 4−14 | 510−650 | 21 | 167 | |||
| Листы нормализованные и горячекатаные | 80 | 560 | 20 | ||||
| Листы отожженные или высокоотпущенные | 80 | 520 | 21 | ||||
| Полосы нормализованные или горячекатаные | 6−25 | 570 | 19 | 45 | |||
| Лист горячекатаный | <2 | 510−660 | 16 | ||||
| Лист горячекатаный | 2−3,9 | 510−660 | 17 | ||||
| Лист холоднокатаный | <2 | 510−660 | 17 | ||||
| Лист холоднокатаный | 2−3,9 | 510−660 | 18 | ||||
| Лента холоднокатаная отожженная | 0,1−4 | 450−700 | 14 | ||||
| Лента холоднокатаная нагартованная класс прочности Н2 | 0,1−4 | 850−1050 | |||||
| Лента отожженная плющенная | 0,1−4 | <700 | 10 |
Механические свойства поковок
| Термообработка, состояние поставки | Сечение, мм | σ0,2, МПа | σB, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/м2 | HB |
| Нормализация | |||||||
| КП 215 | 300−500 | 215 | 430 | 18 | 40 | 44 | 123−167 |
| КП 215 | 500−800 | 215 | 430 | 16 | 35 | 39 | 123−167 |
| КП 245 | 100−300 | 245 | 470 | 19 | 42 | 39 | 143−179 |
| КП 245 | 300−500 | 245 | 470 | 17 | 35 | 34 | 143−179 |
| КП 275 | <100 | 275 | 530 | 20 | 40 | 44 | 156−197 |
| КП 275 | 100−300 | 275 | 530 | 17 | 38 | 34 | 156−197 |
| Закалка. Отпуск | |||||||
| КП 275 | 300−500 | 275 | 530 | 15 | 32 | 29 | 156−197 |
| КП 275 | 500−800 | 275 | 530 | 13 | 30 | 29 | 156−197 |
| КП 315 | 100−300 | 315 | 570 | 14 | 35 | 34 | 167−207 |
| КП 345 | <100 | 345 | 590 | 18 | 45 | 59 | 174−217 |
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| t отпуска,°С | σ0,2, МПа | σB, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/м2 | HB |
| 200 | 750 | 930 | 7 | 45 | 29 | 267 |
| 300 | 710 | 860 | 8 | 51 | 69 | 247 |
| 400 | 640 | 790 | 10 | 57 | 88 | 225 |
| 500 | 550 | 730 | 12 | 62 | 127 | 208 |
| 600 | 450 | 660 | 16 | 66 | 167 | 188 |
| 700 | 380 | 620 | 17 | 71 | 206 | 170 |
Физические свойства стали 40Х
| Температура испытания,°С | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
| Модуль нормальной упругости, Е, ГПа | 214 | 211 | 206 | 203 | 185 | 176 | 164 | 143 | 132 | |
| Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа | 85 | 83 | 81 | 78 | 71 | 68 | 63 | 55 | 50 | |
| Плотность стали, pn, кг/м3 | 7850 | 7800 | 7650 | |||||||
| Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С) | 41 | 40 | 38 | 36 | 34 | 33 | 31 | 30 | 27 | |
| Уд. электросопротивление (p, НОм · м) | 278 | 324 | 405 | 555 | 717 | 880 | 1100 | 1330 | ||
| Температура испытания,°С | 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 |
| Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С) | 11.8 | 12.2 | 13.2 | 13.7 | 14.1 | 14.6 | 14.8 | 12.0 | ||
| Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг ·°С)) | 466 | 508 | 529 | 563 | 592 | 622 | 634 | 664 |
Физические свойства стали 40Х
| Температура испытания,°С | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
| Модуль нормальной упругости, Е, ГПа | 214 | 211 | 206 | 203 | 185 | 176 | 164 | 143 | 132 | |
| Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа | 85 | 83 | 81 | 78 | 71 | 68 | 63 | 55 | 50 | |
| Плотность стали, pn, кг/м3 | 7850 | 7800 | 7650 | |||||||
| Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С) | 41 | 40 | 38 | 36 | 34 | 33 | 31 | 30 | 27 | |
| Уд. электросопротивление (p, НОм · м) | 278 | 324 | 405 | 555 | 717 | 880 | 1100 | 1330 | ||
| Температура испытания,°С | 20−100 | 20−200 | 20−300 | 20−400 | 20−500 | 20−600 | 20−700 | 20−800 | 20−900 | 20−1000 |
| Коэффициент линейного расширения (a, 10−6 1/°С) | 11.8 | 12.2 | 13.2 | 13.7 | 14.1 | 14.6 | 14.8 | 12.0 | ||
| Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг ·°С)) | 466 | 508 | 529 | 563 | 592 | 622 | 634 | 664 |
Описание
Сталь 40 применяется: для изготовления листового проката 4−14 мм 1−2 категории, предназначенного для холодной штамповки; коленчатых валов, шатунов, зубчатых венцов, маховиков, зубчатых колес, болтов, осей и других деталей после улучшения; валов и надставок валов гидрогенераторов; деталей средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твёрдости и повышенной износостойкости при малой деформации (длинные валы, ходовые валики, зубчатые колеса) после поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ; деталей трубопроводной арматуры после закалки и отпуска; горячекатаного полосового профиля с уклоном для сельскохозяйственных машин; кованых заготовок валов компрессорных машин и газовых турбин (из стали 40А); проволоки, применяемой для изготовления спиц мотоциклов и велосипедов.
механические характеристики по ГОСТ. Сталь 40 и её химический состав.
Эта сталь поступает на промышленные предприятия в виде поковок, проволоки, лент, полос, толстых и тонких листов, калиброванных и шлифованных прутков – словом, практически в любом виде фасонного сортового проката, используемого на производстве. Высокие свойства прочности, твердости и износостойкости позволяют использовать сталь 40 марки в изготовлении труб и крепежных деталей, поковок и дисков, валов и фланцев, роторов и втулок, а также зубчатых колес, которые рассчитаны на длительной службы и способны работать в условиях повышенных температур (но не более 425оС).
Сталь 40: химический состав и механические характеристики
К 97-процентной основе из железа (Fe) в данном сплаве добавляется 0,37-0,45% углерода. Основным улучшающим элементом здесь служит марганец – 0,5-0,8%. Остальные химические составляющие представлены в следующих пропорциях:
- Si – 0,17-0,37%
Cu – не более 0,3% Cr – не более 0,25% Ni – не более 0,25% As – не более 0,08% P – не более 0,035% S – не более 0,035%
При чётком соблюдении технологии выплавки твердость данного сплава может достигать HB 10-1=187МПа. Согласно ГОСТу, 40 марка является не склонной к отпускной хрупкости и не чувствительна к образованию флокенов. Прочие эксплуатационные и механические свойства стали 40 марки можно найти в таблицах:
Сварка стали 40х
Этот сплав принадлежит к категории ограниченно свариваемых. Оптимальными способами сварки станут применение ЭШС, РДС, а также АДС, выполняемая под газовой защитой и с флюсом. Недостаточная свариваемость частично может быть компенсирована предварительным подогревом соединяемых кромок, а также последующей термообработкой.
При выполнении электрошлаковой сварки (ЭШС) сплав 40 марки соединяют двумя электродными проволоками типа Св-10Г2 d=3мм, используя скорость подачи в 140-150 м/ч. В полученном шве концентрация углерода будет составлять всего 0,25-0,27%, однако это нисколько не уменьшит прочностные характеристики материала шва, поскольку они будут превышать аналогичный показатель основного металла, взятый из ГОСТ 1050-74. Вместе с тем, будет иметь место значительное уменьшение ударной вязкости непосредственно в зоне плавления, поскольку на участках перегрева станет происходить укрупнение зерна. Выполнив нормализацию сварного соединения в соответствии с технологией, ударную вязкость можно повысить до 40 Дж/см2.
Термическая обработка
Во многих случаях термическая обработка позволяет существенно повысить эксплуатационные качества металла. Термическая обработка стали 40Х проводится с учетом особенностей структуры. Рекомендации по выполнению подобной процедуры следующие:
- Закалка стали 40Х проводится в масляной среде. Это позволяет существенно повысить качество поверхностного слоя структуры.
- Проводимая закалка 40Х проводится с последующим охлаждением заготовки. Для этого может применяться обычная воздушная или масляная среда. Масло позволяет существенно повысить качество получаемого изделия, в то время как на воздухе охлаждение происходит при больших размерах. Применение водной среды может привести к появлению окалины и других дефектов.
- Обязательно проводится отпуск, который позволяет снизить внутренние напряжения. Отпуск проводится в масле или на воздухе.
Термообработка стали 40Х проводится в зависимости от нагрузок, на которые рассчитаны изделий. Расчет проводится в зависимости от трех критических точек. Закалка проводится при температуре 860 градусов Цельсия. Показатель часового интервала составляет 4 часа. Отпуск на воздухе может проводиться при температуре 200 градусов Целься, при применении масляной ванны показатель повышается до 500 градусов Цельсия. В некоторых случаях проводится нормализация стали 40Х.
При правильном проведении термической обработки твердость после закалки составляет около 217 HB. При этом внутренние напряжения существенно снижаются, за счет чего существенно продлевается срок эксплуатации получаемого изделия.
В заключение отметим, что рассматриваемая сталь довольно сложна в изготовлении, за счет чего существенно повышается себестоимость. Именно поэтому легированный сплав применяется при изготовлении ответственных изделий, которые должны обладать исключительной прочностью. Поверхность характеризуется достаточно высокой устойчивостью к воздействию влаги, но при этом показатель не соответствует нержавейке. Это связано с тем, что нержавейка имеет в составе хром с концентрацией около 18%. Включение других химических элементов позволяет расширить область применения сплавов.
Термическая обработка стали 40Х
Одной из ключевых характеристик металла является твёрдость, то есть, способность сопротивляться внедрению в него других, более твёрдых материалов. От уровня твердости зависит возможность применения металла при производстве тех или иных деталей машин и механизмов.
Твердость металла оказывает непосредственное влияние на:
Прочность;
Стойкость к износу и ряда других.
Инженер-технолог, подбирая режимы обработки металла из стали 40Х, руководствуется, в том числе и параметрами твёрдости. Для изменения параметра твердости используют термическую обработку.
Кроме того, она необходима для улучшения механических свойств как отдельных деталей, так и конструкции в целом. В состоянии поставки твердость стали 40Х составляет 217 Мпа — по Бринелю. Для её повышения, применяют разные методы термической обработки.
В частности, для 40Х используют следующие способы закалки с применением:
единственного хладагента;
двух хладагентов;
струи охладителя;
Первый способ подразумевает под собой то, что будет использоваться один тип охладителя (вода, масло и пр.).
Второй, предполагает, то, что после охлаждения заготовки в воде, ее отправляют в масло.
Третий метод основан на том, что на разогретую часть детали, направляют струю охладителя (масло, вода). Этот способ применяют в том случае, если возникает потребность в закалке определённой части детали, например, венца зубчатого колеса. Кроме того, такая технология отличается тем, что в процессе обработки не возникает «паровая» рубашка и это положительно сказывается на качестве закалки.
В процессе термической обработки возникают проблемы защиты детали от дефектов, которые могут появиться после того, как появилась окалина (следствие воздействия кислорода) или выгорания углерода. Для предотвращения этого камеру, в которой происходит нагрев заготовки, насыщают газом, являющейся продуктом сгорания метана. На самом деле защита заготовки от воздействия атмосферного кислорода — это важная задача.
Кстати, термическую обработку изделий, выполненных из стали марки 40Х, лучше всего проводить в герметически закрытой печи. Иногда, для изоляции детали от воздействия посторонних факторов во время обработки в печи применяют чугунную стружку. То есть заготовку обкладывают чугунной стружкой или крошкой.
