Сталь 40Х конструкционная легированная – характеризуется высокой твердостью и износостойкостью. После термической обработки 40Х приобретает механические свойства: высокую ударную вязкость и прочность на разрыв.
Классификация: Сталь конструкционная легированная.
Применение: Сталь 40Х используют в условиях высокой механической нагрузки и трения благодаря прочности и износостойкости. Это детали машин и механизмов – оси, валы, шестерни, поршни, которые подвергают значительным динамическим нагрузкам. Сталь 40Х также эксплуатируют в узлах, подвергающихся термообработке, для улучшения их механических свойств при рабочих температурах от –40 до +450 °С.
Тип выпуска и вид поставки стали 40Х
- Поковки: ГОСТ 8479-70.
- Сортовой и фасонный прокат: ГОСТ 1133-71, ГОСТ 11474-76, ГОСТ 9234-74, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006.
- Листы и полосы: ГОСТ 103-2006, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 82-70, ГОСТ 1577-93.
- Калиброванный и шлифованный пруток: ГОСТ 1051-73, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77.
- Трубы и соединительные части: ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 9567-75, ГОСТ 7909-56, ГОСТ 23270-89, ГОСТ 24950-81, ГОСТ 53383-2009.
- Проволока стальная низкоуглеродистая: ГОСТ 1526-81.
Расшифровка обозначения в марке 40Х
Как читать маркировку стали 40Х?
- 40 – содержание углерода в сотых долях процента. В данном случае 40 указывает на 0,4% углерода в составе стали. Чем выше процент углерода, тем выше прочность и твердость сплава.
- Х – обозначение легирующего элемента хрома (Cr). Хром добавляют в сплав для прочности, твердости и устойчивости к износу. В стали марки 40Х содержание хрома составляет от 0,8% до 1,1%.
Химический состав стали 40Х согласно ГОСТ 4543-2016
Таблица химического состава
Элемент | Углерод | Кремний | Марганец | Никель | Сера | Хром | Медь | Фосфор |
Массовая доля, % | 0.36-0.44 | 0.17-0.37 | 0.5-0.8 | < 0.3 | < 0.035 | 0.8-1.1 | < 0.3 | < 0.035 |
Физические свойства стали 40Х
Температура, °С | Модуль упругости, E 10 -5,МПа | Коэффициент линейного расширения, a 10 6, 1/°С | Коэффициент теплопроводности, l, Вт/м·°С | Удельная теплоемкость, C, Дж/кг·°С | Удельное электросопротивление (R 109), Ом·м |
20 | 2.14 | - | 46 | 210 | |
100 | 2.11 | 11.9 | 46 | 466 | 285 |
200 | 2.06 | 12.5 | 42.7 | 508 | 346 |
300 | 2.03 | 13.2 | 42.3 | 529 | 425 |
400 | 1.85 | 13.8 | 38.5 | 563 | 528 |
500 | 1.76 | 14.1 | 35.6 | 592 | 642 |
600 | 1.64 | 14.4 | 31.9 | 622 | 780 |
700 | 1.43 | 14.6 | 28.8 | 634 | 936 |
800 | 1.32 | - | 26 | 664 | 1100 |
900 | - | - | 26.7 | - | 1140 |
1000 | - | - | 28 | - | 1170 |
1100 | - | - | 28.8 | - | 120 |
1200 | - | - | - | - | 1230 |
Механические свойства стали 40Х
Состояние поставки, режим термообработки | Сечение, мм | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение ψ, % | KCU, ударная вязкость, кДж / м2 |
Пруток. Закалка 860 °C, масло. Отпуск 500 °C, вода или масло | 25 | 780 | 980 | 10 | 45 | 59 |
Поковка: нормализация | 500 - 800 | 245 | 470 | 15 | 30 | 34 |
Свойства 40Х при повышенных температурах
Температура испытаний, °С | σ0,2, МПа | σB, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/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 |
Технологические свойства стали 40Х
Температура ковки | начала 1250°С, конца 800°С |
Свариваемость материала | Трудносвариваема. Способы сварки: РДС, ЭШС, необходимы подогрев и термообработка |
Флокеночувствительность: чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: склонна.
Твердость стали 40Х: HB 10 -1 = 217 МПа
Применение стали 40Х
Сталь 40Х используют в производстве деталей, испытывающих значительные механические нагрузки и требующих высокой износостойкости. Основные области применения:
- Машиностроение: Валы, шестерни, оси, шпиндели, стойки и детали, подверженные износу.
- Автомобилестроение: Изготовление прочных и надежных компонентов трансмиссии и ходовой части – болты, втулки, полуоси, штоки.
- Станкостроение: Детали станков, которые должны выдерживать вибрации и удары – шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы.
- Нефтегазовая и энергетическая промышленность: Компоненты оборудования, работающего в сложных условиях – буровые штанги, клапаны и муфты.
- Инструментальная промышленность: Производство инструментов для штамповки, резки и других видов обработки металлов – фрезы, сверла, штампы, зубила.
Преимущества стали 40Х
- Высокая прочность: Сталь 40Х обладает отличной прочностью и способностью выдерживать большие механические нагрузки.
- Хорошая износостойкость: Хром в составе стали улучшает её сопротивление износу, что особенно важно для деталей, работающих в условиях трения и подвижных нагрузок.
- Хорошая закаливаемость: Сталь 40Х легко поддается закалке, что позволяет значительно повысить её твёрдость и долговечность.
- Отличная обрабатываемость: Сталь хорошо поддается механической обработке – резке, шлифовке, сверлению и т. д., что упрощает производство сложных деталей.
- Устойчивость к коррозии в закаленном состоянии: Хотя сталь 40Х не является нержавеющей, хром добавляет ей некоторую коррозионную стойкость, особенно после термической обработки и в условиях умеренно агрессивных сред.
Недостатки стали 40Х
Сталь марки 40Х обладает рядом недостатков, которые стоит учитывать при её применении:
- Ограниченная свариваемость – материал требует тщательной подготовки и использования специального оборудования для качественной сварки. Это связано с высоким содержанием углерода, что может привести к образованию трещин при сварке.
- Подверженность отпускной хрупкости – при нагреве и последующей закалке сталь может стать хрупкой, особенно при неправильной термообработке. Это делает материал менее надежным в условиях высоких нагрузок и требует строгого контроля термообработки.
- Чувствительность к перегреву – сталь склонна к ухудшению механических свойств при перегреве, что ограничивает её применение в условиях высоких температур.
- Низкая коррозионная стойкость: Сталь 40Х не является коррозионностойким материалом. Она подвержена ржавлению при эксплуатации во влажных или агрессивных средах, если не используются защитные покрытия.
Аналоги и заменители стали 40Х
Российские аналоги и заменители: марки 38ХА, 40ХН, 40ХР, 40ХС.
Зарубежные аналоги:
- 5135, 5140, 5140H, 5140RH, G51350, G51400, H51350, H51400 (США)
- 1.7034, 1.7035, 1.7045, 37Cr4, 41Cr4, 41CrS4, 42Cr4 (Германия)
- SCr435, SCr435H, SCr440, SCr440H (Япония)
- 37Cr4, 38C4, 38C4FF, 41Cr4, 42C4, 42C4TS (Франция)
- 37Cr4, 41Cr4, 530A36, 530A40, 530H36, 530H40, 530M40 (Англия)
- 37Cr4, 37Cr4KD, 41Cr4, 41Cr4KD, 41CrS4 (Евросоюз)
- 36CrMn4, 36CrMn5, 37Cr4, 38Cr4KB, 38CrMn4KB, 41Cr4, 41Cr4KB (Италия)
- 37Cr4, 38Cr4, 38Cr4DF, 41Cr4, 41Cr4DF, 42Cr4, F.1201, F.1202, F.1210, F.1211 (Испания)
- 35Cr, 38CrA, 40Cr, 40CrA, 40CrH, 45Cr, 45CrH, ML38CrA, ML40Cr (Китай)
- 38HA, 40H (Польша).