Меню

Режимы термической обработки стали 40хн

Марка стали 40х

К сожалению, исследуя просторы необъятного интернета в поисках простых и понятных рядовому читателю статей на тему металлоконструкций и сталей в принципе, в лучшем случае вы найдете пару неструктурированных статей, смысла в которых не столь уж и много. В остальных же случаях информация подается в виде простых вырезок из нормативных документов, где вся информация будет приведена в виде малопонятных научно-технических аббревиатур и обозначений.

Такое положение дел нас не устраивает, поэтому в сегодняшней статье мы как можно более просто ознакомимся с основными характеристиками стали 40ХН, а также обсудим сферу ее применения и химический состав.

Использование

Начнем наш экскурс с самого простого, а именно с ответа на довольно важный вопрос. Где же применяется эта сталь или, если немного перефразировать, для какой отрасли характеристики стали 40ХН будут наиболее востребованы?

Если обращаться к документации, а именно к ГОСТу 4543-71, то нам станет ясно, что сталь 40ХН – конструкционная, легированная, хромоникелевая. Такое название четко дает понять, что данный сорт стали применяется преимущественно для изготовления чего-либо. В большинстве случаев применение стали 40ХН тесно связано с изготовлением деталей для различных механизмов.

К примеру, из 40ХН часто изготавливают оси и валы двигателей, шестерни, валики, шатуны, рычаги и многое другое. Все вышеперечисленные детали в течение всей своей эксплуатации подвержены высоким нагрузкам, из чего мы можем сделать вывод, что характеристики и механические свойства стали 40ХН не столь уж и плохи.

Однако не стоит думать, что сталь этой марки выпускают уже в виде готовых деталей. Как и любую другую сталь, 40ХН поставляют на рынок в виде привычных всем полос, прутков, шестигранников, квадратов.

Сталь 40ХН конструкционная легированная

Заменитель

Аналоги

Расшифровка

Согласно ГОСТ 4543-2016 наименование марок стали состоит из цифр и буквенного обозначения химических элементов:

  • Цифра 40 перед буквенным обозначением указывает среднюю массовую долю углерода (С) в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 0,40%.
  • Буква Х указывает, что сталь легирована хромом, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание хрома в стали до 1,5%.
  • Буква Н указывает, что сталь легирована никелем, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание никеля в стали до 1,5%.

Вид поставки

  • Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 10702-78.
  • Калиброванный пруток ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.
  • Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955 — 77.
  • Лист толстый ТУ 14-1-1930-77.
  • Полоса ГОСТ 103-76.
  • Поковка и кованая заготовка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.
  • Валки ОСТ 24.013.21-85
  • Труба ОСТ 14-21-77.

Характеристики и применение [3]

Сталь 40ХН является хромо-никелевой конструкционной легированной сталью, относится к группе улучшаемой стали и к сталям повышенной прокаливаемости, т.е. прокаливающейся в деталях диаметром 50-75 мм.

Сталь данной марки относится к лучшим образцам конструкционной стали. Комбинация никеля с хромом позволяет применять сталь 40ХН для изготовления деталей ответственного назначения, например:

  • оси,
  • валы,
  • шатуны,
  • зубчатые колеса,
  • валы экскаваторов,
  • муфты,
  • валы-шестерни,
  • шпиндели,
  • болты,
  • рычаги,
  • штоки,
  • цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости.
  • Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Так как никель целиком растворяется в твердом растворе, он способствует более значительному увеличению твердости и прочности феррита, чем хром. Особенно важно, что упрочнение здесь сопровождается также увеличением пластичности. При одновременном присутствии в стали никеля и хрома достигается хорошее сочетание механических свойств (прочности и вязкости), а также большая прокаливаемость.

Сталь 40ХН широко применяется в нефтяном машиностроении для изготовления наиболее ответственных деталей, например:

  • особо нагруженных подъемных, трансмиссионных и промежуточных валов,
  • зубчатых соединительных муфт,
  • звездочек ценных передач буровых установок,
  • пластин и роликов втулочно-роликовых цепей,
  • осей талевых блоков,
  • стволов вертлюг,
  • защелок и осей элеваторов.
Читайте также:  Почему у лобелии листья стали бордовые

При применении стали хромо-никелевой стали необходимо иметь в виду, что она обладает склонностью к отпускной хрупкости особенно в интервале температур 450-550°C. Поэтому детали из этой стали следует после высокого отпуска охлаждать быстро (в воде или в масле). При в ведении в сталь 40ХН небольшого количества молибдена склонность к отпускной хрупкости понижается.

Рекомендации по применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали Закалка + отпуск при температуре, °С Примерный уровень прочности, Н/мм (кгс/мм2) Температура применения не ниже, °С Использование в толщине не более, мм
40ХН 500 1000(100) -80 50

Температура критических точек, °С

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

ПРИМЕЧАНИЕ: Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 (ГОСТ 4543-2016).

Рекомендуемые температуры закалки отожженной стали 40ХН при нагреве ТВЧ [1]

Марка Стали Температура нагрева в °C при скорости нагрева выше Ac1 град/сек
30-60 100-200 400-500
Продолжительность нагрева выше Ac1 сек
2-4 1,0-1,5 0,5-0,8
40ХН 900-940°C 920-960°C 960-1020°C

Режим умягчающей обработки стали 40ХН [1]

Ориентировочные режимы термической обработки стали 40ХН [1]

Марка Стали Температура нагрева для закалки и нормализации в °C Охлаждающая среда Температура отпуска в °C Механические свойства
Твердость Предел прочности при растяжении σв в кГ/мм2 δ в %
HB HRC
40ХН 800-840 Масло 180-200 45-50 150 8
550-600 255-286 85-95 14-16

ПРИМЕЧАНИЕ. Охлаждение с указанной скоростью до 500°C, а затем на воздухе.

Ориентировочные режимы предварительной термической обработки стали 40ХН [2]

Марка стали Операция термической обработки Температура, °C Способ охлаждения Твердость HB
40ХН Нормализация 840-860 На воздухе 207-255
Отжиг 800-830 Медленное 187-241

Механические свойства

Источник Состояние поставки Сечение, мм КП Предел текучести σ0,2, МПа Предел прочности при растяжении σв, МПа Относительное удлинение после разрыва δ5 (δ4), % Относительное сужение ψ, % KCU, Дж/см2 Твердость HB, не более
не менее
ГОСТ 4543-71 Пруток. Закалка с 820°С в воде или масле; отпуск при 500°С, охл. в воде или масле 25 785 980 11 45 69
ГОСТ 8479-70 Поковка. Нормализация 100-300 315 315 570 14 35 34 167-207
300-500 12 30 29 167-207
500-800 11 30 29 167-207
Поковка. Закалка+отпуск 300-500 345 345 590 14 38 49 174-217
До 100 395 395 615 17 45 59 187-229
100-300 15 40 54
300-500 13 35 49
500-800 11 30 39
До 100 440 440 635 16 45 59 197-235
100-300 14 40 54
300-500 13 35 49
500-800 11 30 39
До 100 490 490 655 16 45 59 212-248
100-300 13 40 54
До 100 540 540 685 15 45 59 223-262
100-300 13 40 49
До 100 590 590 735 14 45 59 235-277
100-300 13 40 49

Механические свойства проката в зависимости от сечения [2]

Сечение, мм Предел текучести σ0,2, МПа Предел прочности при растяжении σв, МПа Относительное удлинение после разрыва δ5, % Относительное сужение ψ, % Твердость HB
40 780 960 18 58 325
80 730 920 20 54 302
120 710 910 50 300

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

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

tотп, °С Предел текучести σ0,2, МПа Предел прочности при растяжении σв, МПа Относительное удлинение после разрыва δ5, % Относительное сужение ψ, % KCU, Дж/см2 Твердость HB
400 1220 1370 10 41 32 387
600 1080 1160 14 51 46 302
600 760 910 20 60 83 241
Читайте также:  Расшифровать марку стали хца4н2па

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 820°С в масле.

Механические свойства при повышенных температурах

tисп, °С Предел прочности при растяжении σв, МПа Относительное удлинение после разрыва δ5, % Относительное сужение ψ, %
Нормализация при 850°С
20 790 18 48
200 750 50
300 690 20
400 540 25 65
500 480 25 79
600 350 27 85
Образец диаметром 6мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 50мм/мин, скорость деформации 0,031/c
700 225 36 92
800 130 57 96
900 91 71 100
1000 62 75 100
1100 45 76 100
1200 31 100

Предел выносливости

Характеристики прочности σ-1, МПа τ-1, МПа
Предел текучести σ0,2=780 МПа; Предел прочности при растяжении σв=980 МПа;НВ 300-320 490 294
Предел текучести σ0,2=690 МПа; Предел прочности при растяжении σв=880 МПа;НВ 270-300 441 274
Предел текучести σ0,2=570 МПа; Предел прочности при растяжении σв=780 МПа;НВ 200-240 392 235
Предел прочности при растяжении σв=790 МПа; нормализация; НВ 197 314-392(n=107)

Ударная вязкость KCU

Состояние поставки КСU, Дж/см2 при температуре, °С
+20 -20 -40 -60
Поковка 200×30мм. Закалка+отпуск 116 116 93 80

ПРИМЕЧАНИЕ. σ4252,6/10000=103 МПа, σ4256/10000=138 МПа, σ4256,1/100000=69 МПа; σ5353,2/10000=21 МПа.

Технологические свойства

Температура ковки, ° Сначала 1250, конца 830. Сечения до 50 мм охлаждаются на воздухе, сечения от 51 до 200 мм — охлаждение в мульде, сечения с 201 до 300 мм — с печью.
Свариваемость Трудносвариваемая. Способ сварки — РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием Kv тв.спл. = 1,0 и Kv б.ст. = 0,9 в горячекатанном состоянии при НВ 166-170 и Предел прочности при растяжении σв=690 МПа.
Флокеночувствительность Повышенно чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости Склонна

Прокаливаемость

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

Критический диаметр d после закалки в различных средах

Количество мартенсита,% Критическая твердость HRCэ d, мм после закалки
в воде в масле
50 44-47 60-112 34-76
90 50-53 40-86 18-56

Плотность ρп кг/см3 при температуре испытаний, °С

Коэффициент линейного расширения α*106, К-1

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Модуль Юнга (нормальной упругости) Е, ГПа

Библиографический список

  1. И.С.Каменичный. Краткий справочник технолога термиста. 1963 г.
  2. Фиргер И.В. Термическая обработка сплавов: Справочник. 1982 г.
  3. Шрейбер Г.К., С.М.Перлин, Б.Ф.Шибряев. Конструкционные материалы в нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности. 1969 г.

Узнать еще

Сталь 45Х конструкционная легированная…

Сталь инструментальная легированная…

Сталь конструкционная легированная…

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:

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%.

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.

Читайте также:  Отличие стали 35х от стали 40х

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:

При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска

При выборе метода разогрева поверхности следует обратить внимание на ТВЧ. Этот метод более популярен, чем обычная объемная обработка по причине достижения необходимой температуры за более короткое время.

В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.

Читать также: Переходник 12в на 220в

Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:

  1. разогревается электропечь;
  2. следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
  3. время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
  4. 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 0 при испытании.

Отпуск и нормализация

Отпуск проводится непосредственно сразу после завершения закалки, так как есть большая вероятность возникновения трещин в структуре. Разогревается изделие в этом случае до точки ниже критической, проводится выдерживание на протяжении определенного промежутка времени и выполняется охлаждение. Отпуск обеспечивает улучшение структуры, устраняет напряжение и повышает пластичность, устраняет хрупкость стали 40Х.

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска

Различают три вида рассматриваемой термообработки:

  1. Низкий отпуск определяет разогрев поверхности до 250 °С с выдержкой и охлаждение на воздухе. Применяется для снятия напряжений и незначительного повышения пластичности практически без потери твердости. В случае конструкционного сплава применяется крайне редко.
  2. Средний отпуск позволяет нагревать изделие до 500 °С. В этом случае вязкость значительно повышается, а твердость снижается. Используют этот метод термообработки при получении пружин, рессор и некоторого инструмента.
  3. Высокий позволяет раскаливать деталь до 600 °С. В этом случае происходит распад мартенсита с образованием сорбита. Подобная структура представлена лучшим сочетанием прочности и пластичности. Также повышается показатель ударной вязкости. Используют этот метод термообработки для получения деталей, применяемых при ударных нагрузках.

Еще одним видом распространенной термообработки является нормализация. Зачастую нормализация проводится путем разогрева металла до верхней критической точки с последующей выдержкой и охлаждением в обычной среде, к примеру, на открытом воздухе. Проводят нормализацию для придания мелкозернистой структуры, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости.

Читать также: Автоматические станки для производства

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Adblock
detector