Сплав стали марка ст40

Обновлено: 01.05.2025

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

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.

Температура критических точек, °С

Ac₁	Ас₃	Аr₃	Аr₁	M_н
735	768	700	660	305

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

C	Si	Mn	Сr	Ni	P	S	Cu
					не более
0,36-0,44	0,17-0,37	0,50-0,80	0,45-0,75	1,00-1,40	0,035	0,035	0,30

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Режим умягчающей обработки стали 40ХН [1]

Марка Стали	Операция	Температура нагрева в °C	Условия охлаждения *
40ХН	Отжиг	800-820	30-40° С/ч

Ориентировочные режимы термической обработки стали 40ХН [1]

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
40ХН	Отжиг	800-830	Медленное	187-241

Механические свойства

Механические свойства проката в зависимости от сечения [2]

ПРИМЕЧАНИЕ. Нормализация при 870-925°С; закалка с 790°С в масле; отпуск при 540°С.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t_отп, °С	Предел текучести σ_0,2, МПа	Предел прочности при растяжении σ_в, МПа	Относительное удлинение после разрыва δ₅, %	Относительное сужение ψ, %	KCU, Дж/см 2	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

Предел выносливости

Ударная вязкость KCU

ПРИМЕЧАНИЕ. σ 425 _2,6/10000=103 МПа, σ 425 _6/10000=138 МПа, σ 425 _6,1/100000=69 МПа; σ 535 _3,2/10000=21 МПа.

Технологические свойства

Прокаливаемость

Полоса прокаливаемости для стали 40ХН после нормализации при 850°С и закалки с 820°С приведена на рисунке ниже.

Средняя цена по России в 2021 году

Стоимость стали 40х зависит от размера горячекатаного круга:

От 52-100 мм — 36 руб. за 1 кг.
От 105-200 мм — 35 руб. за 1 кг.
От 210-290 мм — 34 руб. за 1 кг.
От 310-500 мм — 55 руб. за 1 кг.

Материал производится по ГОСТу 2590-88 и относится к сортовому металлопрокату (как разновидность) — представлен в виде стержня с круглым сечением.

Цена в 2021 году

Круг конструкционный 40ХН 6 мм – 63 300 рублей за тонну.
Круг конструкционный 40ХН 300 мм – 74 500 рублей за тонну.

Примечание: цены указаны по состоянию на 2021 год.

Зарубежные аналоги (заменители)

Зарубежные аналоги марки 40ХН не имеют кардинальных отличий в кристаллической решётке. Соотношение элементов находится в диапазоне погрешности до сотых единиц. Основное различие – в маркировке.

США – 3135, 3140H, G31400.
Германия – 1.5710, 1.5711, 36NiCr6, 40NiCr6.
Япония – SNC236.
Франция – 35NC6.
Англия – 640M40.
Китай – 40CrNi.
Швеция – 2530.
Болгария – 40ChN.
Румыния – 40CrNi12, 40CrNi12q.
Чехия – 16240.
Австралия – 3140, 3140H.

Как видим, сталь 40ХН является конструкционным видом материала. Широкое применение данный сплав нашёл в промышленности, там, где требуется дополнительная прочность. Дефицита данного материала в 2021 году не наблюдается.

С точки зрения производственных процессов при изготовлении не требует дополнительных капитальных затрат. Характеристики стали получают за счёт добавления элементов и определенного температурного режима на разных этапах производства.

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 Цельсия, 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.

Свойства Ст 40х при повышенных температурах

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.

Сталь 40Х

Среди всех различных материалов, которые применяются в машиностроительной и других областях, наибольшее распространение получила сталь. Она выпускается в самых различных вариантах исполнения, эксплуатационные качества во многом зависят от химического состава. Процесс легирования позволяет придать материалу определенные эксплуатационные качества. К примеру, высокая концентрация хрома приводит к повышению коррозионной стойкости. Довольно большое распространение получила сталь 40Х. Она представлена легированной структурой, которая может выдерживать несущественное воздействие влаги и некоторых химических веществ. Сталь 40Х, характеристики которой могут быть улучшены при проведении термической обработки, имеет ряд особенностей, о которых далее поговорим подробнее.

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.

Описание и история сплава

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.

Область применения

По степени свариваемости структуры она относится к 4 группе. Сварочный шов может стать причиной образования различных трещин. Именно поэтому материал 40Х перед выполнением сварочных работ предварительно разогревается, что позволяет избежать просто огромного количества проблем с эксплуатацией полученного изделия.

Кроме этого, требуется проводить предварительную подготовку кромок к выполнению дуговой сварки. При применении контактно-точечной технологии требуется термическая обработка.

Другие свойства рассматриваемого материала определяют его широкое применение. На производственные площадки поставляются заготовки следующего типа:

Листы. Листвой металл получил широкое распространение, к примеру, при холодной или горячей штамповке. Кроме этого, листы металл используются при обшивке каркасных конструкций.
Поковки используются в качестве основы при создании различных изделий.
Трубы сегодня весьма распространены, к примеру, при создании отопительной системы или для транспортировки различной жидкости.
Металлопрокат применяется в машиностроительной области в качестве заготовки для различных деталей.

Круг ф 160 ст 40Х с обточкой

После проведения термической обработки Сталь 40 может применяться для получения насадок, разверток и корпусов метчиков. Аналог стали 40Х может использоваться для получения различных ответственных конструкций, к примеру, осей, валов, зубчатых колес, болтов или плунжеров. Аналоги зарубежные могут использоваться для изготовления деталей, которые будут эксплуатироваться на открытом воздухе при низкой температуре. Примером назовем элементы мостов и железнодорожных конструкций.

Для существенного увеличения эксплуатационных характеристик получаемых изделий проводится различная термическая обработка.

Закалка приводит к существенному повышению твердости поверхности, однако хрупкость снизить можно только при отпуске. Достигнуть требуемых показателей можно только при соблюдении особенностей технологии.

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.

Сталь 40ХН

Свойства

Различают технологические и физические свойства стали 40х. Подробнее см. ниже.

Технологические

Технологические свойства подразумевают применение и эксплуатацию стальных изделий при соответствующей температуре:

Шайбы и гайки — от -40 до +450 градусов.
Шпильки — от -40 до +425 градусов.

К отпускной хрупкости металл не склонен.

Физические

Физические свойства определяются согласно ГОСТу 4543-2016. По государственным стандартам регламентированная плотность составляет 7,85 г/см³, и представляет собой типичную величину для конкретной марки.

Сталь 40х отличается высокой прочностью и устойчивостью к коррозии, выдерживает экстремальные температуры ( в т. ч. резкие перепады), к тому же не требует обработки поверхностей.

Расшифровка стали 40Х

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.

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.

Сталь марки 40

Электрошлаковая сварка стали марки 40: сварку стали 40 толщиной 120 мм рекомендуется выполнять двумя электродными проволоками Св-10Г2 диаметром 3 мм при скорости подачи 140-150 м/ч. Концентрация углерода в шве при этом составляет 0,25-0,27%. Прочностные характеристики металла шва превышают соответствующие показатели основного металла по ГОСТ 1050-74, однако ударная вязкость в зоне сплавления и на участке перегрева (2 мм от зоны сплавления) невелика (

0,13 МДж/м 2 ), что объясняется значительным укрупнением зерна. После нормализации сварного соединения произошло изменение зерна, и ударная вязкость повысилась до 40 Дж/см 2 .

При электрошлаковой сварке сталей этого класса в зоне сплавления могут наблюдаться микротрещины (рис. ниже), возникающие, как правило, если скорость подачи электродной проволоки превосходит допустимую.

Причиной их образования служит неблагоприятное сочетание временных напряжений растяжения и пониженной технологической прочности свариваемого металла. Последняя понижается при увеличении содержания серы в металле.

Для предотвращения околошовных трещин в углеродистых сталях можно рекомендовать предварительный подогрев изделия, сварку на повышенном напряжении и пониженной скорости подачи электродной проволоки. Хороший результат достигается при сварке на повышенном вылете электродной проволоки.

Краткие обозначения:
σ_в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ_0,05	- предел упругости, МПа	J_к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ_0,2	- предел текучести условный, МПа	σ_изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ₅,δ₄,δ₁₀	- относительное удлинение после разрыва, %	σ_-1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ_сж0,05 и σ_сж	- предел текучести при сжатии, МПа	J_-1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %	n	- количество циклов нагружения
s _в	- предел кратковременной прочности, МПа	R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %	E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2	T	- температура, при которой получены свойства, Град
s _T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю	C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу	p_n и r	- плотность кг/м 3
HRC_э	- твердость по Роквеллу, шкала С	а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В	σ t _Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору	G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Химический состав стали

Как ранее было отмечено, химический состав стали 40Х определяется маркировкой. Однако, она не отображает весь состав. Сталь марки 40Х характеризуется следующими особенностями:

Химический состав стали 40х по ГОСТ

Рафинирование структуры различными легирующими элементами проводится при применении сильных раскислителей, после чего вводится шлак, обрабатываемый кремнием и углеродом.

Технологические свойства

Трудносвариваемая, флокеночувствительна, склонна к отпускной хрупкости.

Область применения

В строительстве сталь применяется в производстве монолитных и железобетонных строений и конструкций.
В автомобильной сфере сталь 40ХН применяется при изготовлении деталей машин, в том числе валов, болтов, фланцевых соединений.
В производственных процессах изготовления оборудования, деталей, вспомогательных конструкций.
Также сталь марки 40ХН широко применяется для изготовления инструментов (как ручных, так и автоматизированных).
Производство декоративных элементов внешней и внутренней отделки также не обходится без стали.
Вот еще ряд важных направлений, где используется сталь марки 40ХН:

крепежные детали арматуры;
при изготовлении шпинделей, штоков;
детали пневмоприводов, арматур, проходящих эксплуатацию в зоне низких температурных режимов;
основные детали арматур, применяемых в строительстве атомных станций.

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.

Лист стали 40ХН

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.

Зарубежные аналоги

Помимо российских аналогов стали 40х (45Х, 40ХС, 40ХР и др.), существуют также и зарубежные, например:

В Германии — 41CrS4, 37Cr4.
В США — H51350, G51400.
В Китае — 38CrA, 40CrA и др.

Сталь 40х — высокопрочный, выдерживающий практически любые нагрузки и температуры, материал. Его используют для изготовления мелких и крупных металлических деталей/готовых изделий в разных сферах производства:

автомобилестроение;
медицина;
домашний быт и др.

В случае необходимости марку можно заменить отечественными или зарубежными аналогами.

Сталь марки 40Х

Расшифровка марки стали 40Х: эта марка означает, что в стали содержится 0,40% углерода и менее 1,5% хрома.

Преимущества термообработки изделий из стали 40Х в кипящем слое по сравнению с традиционными способами: был исследован нагрев под закалку высокопрочных болтов из сталей 40Х и 38ХС. Из опытов следует, что при горизонтальном положении болта М24 в кипящем слое частиц корунда диаметром 0,32 мм, отапливаемом природным газом, медленнее всего температура повышается на оси болта в месте стыка его тела и головки. Скорость нагрева в этой точке почти вдвое меньше, чем на поверхности в середине болта, так что во избежание перегрева температура кипящего слоя не должна заметно превышать конечную температуру нагрева. В слое с температурой 900° С болт прогревается до 860° С примерно за 3 мин (термопара зачеканена на оси под головкой), в то время как в применяемых в настоящее время электропечах К-160 нагрев до 860° С длится, по нашим экспериментальным данным, 40 мин. За это время в электропечах образуется значительный слой отслаивающейся окалины, в то время как при нагреве в кипящем слое с двухступенчатым сжиганием поверхность получается чистой. Эксперименты показали, что для аустенизации достаточна выдержка болтов из обеих сталей при температуре слоя 860-870° С в течение 10-15 мин. Поскольку скорость охлаждения этих изделий в кипящем слое оказалась недостаточной, закалку осуществляли в масле. Отпущенные после закалки (410° С, 80 мин) болты отличались высокими показателями прочности при достаточной пластичности:

Сталь 40Х: σ_в=147-150 кгс/мм 2 , а_н=3,84-3,27 кгс_*м/см 2 , HB 345-360

(ударную вязкость а_н определяли на образцах, предел прочности σ_в на целых болтах).

Краткие обозначения:
σ_в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ_0,05	- предел упругости, МПа	J_к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ_0,2	- предел текучести условный, МПа	σ_изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ₅,δ₄,δ₁₀	- относительное удлинение после разрыва, %	σ_-1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ_сж0,05 и σ_сж	- предел текучести при сжатии, МПа	J_-1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %	n	- количество циклов нагружения
s _в	- предел кратковременной прочности, МПа	R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %	E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2	T	- температура, при которой получены свойства, Град
s _T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю	C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу	p_n и r	- плотность кг/м 3
HRC_э	- твердость по Роквеллу, шкала С	а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В	σ t _Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору	G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

Описание материала

Сталь – это сплав железа и углерода (возможны и другие элементы). В зависимости от доли содержания углерода в сплаве с железом на выходе получается сталь (сплав) с различными физико-химическими свойствами. Классифицируют сталь по различным параметрам. Основными из них являются прочность, назначение, химический состав, структура.

Маркировка «Сталь 40ХН» расшифровывается следующим образом. Цифра 40 означает примерное содержание углерода, в нашем случае – 0,40 %. «Х» показывает наличие в сплаве хрома (примерно 1%). Буква Н – присутствие в сплаве никеля (также примерно 1 %).

Сталь 40ХН – конструкционная легированная сталь. Широкое применение данные виды сплавов нашли в промышленности. О применении стали 40ХН речь пойдёт ниже.

У данного вида стали есть ряд особенностей. Например, данная сталь является трудносвариваемой. Процесс сварки легированных сталей достаточно трудоёмкий, это нужно учитывать при выборе материала. Это связано с особенностями образования хрупких связей в околошовной зоне. Другими словами, сварочный процесс возможен, но должен происходить по специальной технологии.

Лучшим вариантом будет проводить сварочные работы до отпуска изделия при прогреве или перед отжигом.

Особенности термообработки

Технологический процесс термообработки заготовки из стали обязан включать в себя процесс под названием «отпуск». Задача процесса отпуска – повысить пластичность изделия и снизить его хрупкость. И одновременно необходимо добиться прочности заготовки. Данный процесс происходит при постепенном остывании печи с заготовками.

Для деталей изготовляемых из стали 40ХН зачастую требуется дополнительная термическая обработка. Суть её состоит в том чтобы закалка происходила сначала в воде, а потом в масле. Либо сразу в масле с последующим остыванием (отпуском) в масле или на воздухе.

При термообработке марки стали 40ХН есть своя технологическая карта. Применяются закалка и отпуск при определенных температурных и временных интервалах. Средние показатели для термообработки выглядят так: температура ковки начальная составляет 1250, температура окончания – 830.

Расшифровка

Круг стальной 40ХН − гладкая стальная арматура размером в сечении от 6 до 300 мм.

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.

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

Сталь марки 40Г

Основные характеристики стали марки 40х, ее применение и аналоги

Сталь 40х используется для изготовления деталей сложных механизмов, участвующих в добыче газа, нефти и атомной энергии. Конечный продукт представлен в виде составляющих стальных балок для эстакад и железных дорог. И, поскольку в состав марки «40х» входит хром, такая сталь становится термически более прочной и устойчивой к коррозии.

Её применение в промышленности многообразно — кулачковые и коленчатые валы, оси/полуоси, штоки, кольца, рейки, болты, втулки и многое другое.

Физические и механические свойства

Рассматривая механические свойства стали 40Х следует учитывать, что она обладает высокой твердостью и прочностью, структура может выдерживать существенную нагрузку и во время эксплуатации не подвергаться разрушению. Сталь 40Х характеризуется следующими положительными качествами:

Достаточно высокая коррозионная стойкость, которая достигается при включении в состав хрома.
Высокие прочностные показатели. Твердость измеряется в различных показателях, часто применяется HRC и HB. Показатель твердости соответствует значению 217 МПа.
При выборе более подходящего материала уделяется внимание и удельному весу. Плотность стали 40Х составляет 7820 кг/м 3 .

Свойства Ст 40х

Модуль упругости и предел текучести могут варьироваться в достаточно большом диапазоне, что зависит от температуры. К примеру, при существенном повышении температуры модуль упругости падает. Предел текучести определяет то, насколько применим сплав при получении заготовок методом литья.

Есть и несколько существенных недостатков у сплава:

Отпускная хрупкость. После закалки структура становится весьма восприимчивой к ударной нагрузке. Снизить вероятность повышения хрупкости можно при соблюдении технологии термической обработки.
Высокая степень склонности к образованию флокенов. Она свойственна довольно большому количеству различных сплавов.
Плохая свариваемость усложняет процесс изготовления различных изделий. При желании могут применяться самые различные технологии сварки. Процесс существенно упрощается за счет предварительного нагрева структуры. Кроме этого, структура сложна в резке при применении сварочного оборудования.
Флокеночувствительность – свойство, которое определяет высокую вероятность появления внутренних трещин после отливки различных изделий. Подобные дефекты часто возникают при горячей деформации легированной стали. Подобные дефекты становятся причиной высокой концентрации водорода во время термической обработки. Снизить вероятность появления дефектов можно за счет строгого соблюдения температурного режима.

В последнее время достаточно часто применяется метод вакуумизации сплава, за счет чего снижается концентрация водорода. Именно поэтому качество полученной структуры существенно увеличивается.

Характеристики

Удельный вес стали – 7820 кг/м 3 . Твердость материала – HB 10 -1 = 207 МПа; температура критических точек – Ac1 = 735, Ac3(Acm) = 768 , Ar3(Arcm) = 700 , Ar1 = 660 , Mn = 305; обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 166–170 и σв = 690 МПа, К υ тв. спл = 1,0 и Кυ б.ст = 0,9.

Сталь 40ХН относится к трудносвариваемым материалам. РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.

Флокеночувствительность: повышенно чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: склонна.

Какая твердость в прокате?

По Роквеллу: твердость после отпуска в диапазоне 38–26.
По Бринеллю – равна 207 МПа.
В состоянии плавки – 179 МПа.

Плотность

Маркировка

Химический состав

Помимо никеля и хрома в состав марки 40 ХН входят ещё несколько элементов. Ниже приведено отношение элементов в сотых долях процента.

углерод – 0,36–0,44;
кремний – 0,17–0,37;
марганец – 0,5–0,8;
никель – 1–1,4;
сера – до 0,035;
фосфор – до 0,035;
хром – 0,45–0,75;
медь – до 0.3.

Механические и другие свойства

Предел прочности – 980 МПа.
Предел текучести – 785 МПа.
Ударная вязкость – 690 кДж/м 2 .
Температура эксплуатации. Свои свойства сталь 40ХН сохраняет до значения в 500 градусов.
Отпускная хрупкость: склонна к хрупкости.
Свариваемость: трудносвариваемая.
Группа стали: сталь легированная конструкционная.

Характеристики

К числу характеристик стали 40х относят:

твёрдость;
плотность;
предел текучести/прочности;
ударную вязкость и пр.

Твердость

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.

Обратите внимание! Чем твёрже сталь, тем меньшей прочностью она обладает. В первом случае её невозможно (или сложно) чем-либо поцарапать, во втором — она способна повредиться даже от лёгкого удара (это и есть недостаточная прочность).

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

Данная марка подразумевает содержание в стали 0,40% углерода и около 1,5% хрома.

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%.

Важно! В качестве примесей сталь содержит молибден, вольфрам, титан и ванадий. Допустимое количество каждого из них не превышает 0,20% для первых двух и 0,05% для вторых. Также стандарт не запрещает присутствия алюминия и бора (в минимальном количестве, процентное содержание не указывается).

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.

Сталь 40х обладает высокой прочностью — 271 МПа. Также она способна сохранять структуру при больших нагрузках.

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%.

Обратите внимание! Также под механическими свойствами подразумеваются такие показатели, как твёрдость, прочность, пластичность и упругость.

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.

Конструкционная легированная сталь 40ХН: характеристики и аналоги

Сталь – один из самых распространенных материалов современности. Его использование распространяется почти на все сферы жизнедеятельности человека. От строительства небоскребов до медицины и кухонной утвари. В этой статье мы подробно остановимся на марке стали 40ХН.

Расшифровка

Название «Сталь 40х» расшифровывается очень просто. Цифры означают содержание углерода в составе продукта (в процентном соотношении до 0,40%). Тогда как буква «Х» говорит о присутствии хрома (используется как дополнительное легирующее вещество) — его содержание не превышает 1,1%.

Читайте также:

Марка Стали	Температура нагрева в °C при скорости нагрева выше A_c₁ град/сек
	30-60	100-200	400-500
	Продолжительность нагрева выше A_c₁ сек
	2-4	1,0-1,5	0,5-0,8
40ХН	900-940°C	920-960°C	960-1020°C