Сталь 40х — характеристики и применение

Сферы применения

Благодаря высоким механическим свойствам, сталь 40Х используют для изготовления деталей повышенной прочности. К их числу относятся:

• оси и полуоси;
• валы;
• валы-шестерни;
• плунжеры;
• штоки;
• коленвалы;
• кольца;
• щпиндели;
• рейки;
• болты;
• губчатые венцы;
• втулки и пр.

Проведение термической обработки позволяет значительно повысить прочность и другие характеристики металла. После термообработки материал может применяться для изготовления разверток, насадок и корпусов метчиков. Также из такого сплава производят конструкции, эксплуатируемые при экстремально низких температурах, к примеру, элементы железнодорожных мостов.

Магнитные свойства стали 40Х делают ее незаменимой при производстве столовых приборов, кастрюль, сковородок и другой посуды. Ее можно использовать для приготовления пищи на индукционных плитах.

Особенности проведения термообработки

Термообработка подразумевает выполнение следующих действий:

• отжига;
• закалки;
• отпуска;
• нормализации;
• старения;
• криогенной обработки.

Для закалки изделия на 4 часа помещают в масло, нагретое до 860°С. Отпуск производят на воздухе при температуре 500°С. После такой обработки сталь приобретает высокую твердость, прочность на разрыв и ударную вязкость.

Преимущества и недостатки

Ознакомившись с характеристиками стали 40Х, применением и основными качествами, можно приступать к рассмотрению ее преимуществ и недостатков. К числу первых относится следующее:

• высокие антикоррозийные свойства;
• устойчивость к температурным перепадам;
• отличные показатели прочности.

Изделия, изготовленные из стали этой марки, очень твердые и прочные. Поэтому в процессе эксплуатации они способны выдерживать значительные нагрузки без структурных разрушений.

Как и любой другой сплав, 40Х имеет и свои недостатки. Это трудносвариваемый металл, отличающийся чувствительностью к образованию флокенов и склонностью к отпускной хрупкости.

Зарубежные аналоги

Аналоги сплава марки 40Х выпускаются и в других странах. Их маркировка отличается от российской, но состав практически идентичен. К числу таких сплавов относятся:

• 41Cr4, 41Cr54 (Германия);
• S140, S140H (Америка);
• 41Cr4, 42C4 (Франция);
• S30A40, S30H40, S30M40 (Великобритания);
• SS2245 (Швеция);
• 41Cr4, 41Cr4KB (Италия);
• SCr435-H, SCr440 (Япония);
• 40H (Польша).

Среди ассортимента сталей, представленного российскими производителями, полных аналогов марки 40Х нет. Но есть металлы, схожие по составу и по своим эксплуатационным характеристикам. К их числу относятся:

• 45Х;
• 38ХА;
• 40ХН;
• 40ХС;
• 40ХФ;
• 40ХР.

Возможность выполнения замены должна определяться только после проведения оценки, и сравнения свойств разных марок сталей.

Термическая обработка, закалка сталь 45, сталь 40Х

Название сплава расшифровывается как хромоникелевая конструкционная легированная сталь. За качество стали 40ХН отвечает ГОСТ 4543-71, который относит его к классу высокопрочных сталей для применения в конструкционных целях (хромоникелевый стальной сплав с легирующими элементами). То есть для получения изделий, применяемых при машиностроении и строительстве. Внедрение никеля в состав сплава — улучшает показатель химической устойчивости.

Скачать ГОСТ 4543-71

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.

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

Общие данные

Заменитель

Сталь 40ХФ, Сталь 40ХР, Сталь 45Х, Сталь 38ХА, Сталь 40ХН, Сталь 40ХС,

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7414-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74.Полоса ГОСТ 82-70, ГОСТ 103-76, ГОСТ 1577-81.Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 13663-68.

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.

Отечественные и зарубежные аналоги

Россия	09Г2, 09Г2Т, 09Г2ДТ, 10Г2С
Германия	1.0511, 1.1186, C40, C40E, C40R, C42D, Ck35, Ck40, Cm40
Польша	40, 40A, 40rs, D40, P40
Англия	060A40, 080A40, 080M40, C40, C40E, CS40
США	1040, 1042, G10400, G10420
Япония	S40C, S43C, SWRCH38K, SWRCH40K
Китай	40, ML40

Более детальная информация:

Марка стали 40

Марка стали

Вид поставки Сортовой прокат – ГОСТ 1050-88, ГОСТ 10702–78. Поковки – ГОСТ 8479–70, ТУ 108.11.890–87. Лист – ГОСТ 1577–93, ГОСТ 16523–97,  ГОСТ 4041–71. Лента – ГОСТ 2284–79, ГОСТ 10234–77. Полоса – ГОСТ 1577–93. Проволока – ГОСТ 5663–79.

40

Массовая доля элементов, % по ГОСТ 1050–88

Температура критических точек, ºС

С

Si

Mn

S

P

Cr

Ni

Cu

As

N

Ас1

Ас3

Аr1

Аr3

0,37 0,45

0,17– 0,37

0,50– 0,80

≤ 0,040

≤ 0,035

≤ 0,25

≤ 0,30

≤ 0,30

≤ 0,08

≤ 0,008

730

790

690

780

Примечание. По ТУ 108.11.890–87 содержание Cr, Ni и Cu – не более 0,40%.

Механические свойства при комнатной температуре

НД

Режим термообработки

Сечение, мм

σ0,2, Н/мм2

σВ, Н/мм2

δ %

Ψ, %

KCU, Дж/см2

HRC

НВ

Операция

t, ºС

Охлаждающая среда

не менее

ГОСТ 1050–88

В горячекатаном состоянии

Не определяются

≤ 207

В отожженном состоянии

–

510

14

40

–

≤ 187

Нормализация

870

Воздух

До 80 Свыше 80 до 250

335 335

570 570

19 17

45 40

59 59

–

Закалка Отпуск

830–870 550–600

Вода или масло Воздух

До 16 От 16 до 40 От 40 до 100

460 400 355

650–800 630–780 600–750

16 18 19

– – –

202 202 202

ГОСТ 1577–93

Лист. Без термообработки, после контролируемой прокатки или нормализован-ный

До 20 Свыше 20 до 32 Свыше 32 до 160

– – –

560 560 560

20 18 17

– – –

– – –

≤ 217

Лист отожженный или высокоотпущен-ный

До 20 Свыше 20 до 32 Свыше 32 до 160

520 520 520

21 19 18

– – –

– – –

≤ 187

Лист, полоса. Нормализация

850–880

Воздух

До 16 От 16 до 100 От 100 до 160

320 290 260

530–720 530–720 510–700

19 171 19 171 17 151

– – –

– – –

≤ 217

Лист, полоса. Закалка Отпуск

830–860 840–870 540–680

Вода Масло Воздух

До 16 Свыше 16 до 40 Свыше 40 до 100

460 400 350

650–800 630–780 600–750

16 18 19

35 40 45

302 302 302

Полоса нормализованная

До 20 Свыше 20 до 32 Свыше 32 до 60

335 335 335

570 570 570

19 17 16

45 45 45

– – –

ГОСТ 2284–79

Отжиг

0,1–4,0

–

440–690

14

–

–

ГОСТ 4041–71

Термическая обработка

4,0–14,0

–

510–660

21

–

–

HRB ≤ 85

≤ 167

ГОСТ 5663–79

Без термической обработки

1 класс

ø1,0–6,0

– –

560–710 740

–

55 40

– –

2  класс

40	Механические свойства при комнатной температуре
НД	Режим термообработки	Сечение, мм	σ0,2, Н/мм2	σВ, Н/мм2	δ, %	Ψ, %	KCU, Дж/см2	HRC	НВ
Операция	t, ºС	Охлаждающая среда		не менее
ГОСТ 8479–70	Нормализация Отпуск	840–860 600–650	Воздух Воздух или печь	До 100 100–300 300–500 500–800	275 275 245 215	530 530 470 430	20 17 17 16	40 38 35 35	44 34 34 39		156–197 156–197 143–179 123–167
Закалка Отпуск	830–850 580–640	Вода Воздух или печь	До 100 101–300 301–500	345 315 275	590 570 530	18 14 15	45 35 32	59 34 29		174–217 167–207 156–197
ГОСТ 10234–77	Отжиг			s 0,1–4,0 ширина 0,5–12	–	690	10	–	–	–
ГОСТ 10702–78	Термическая обработка			5–48	–	590	–	40	–	–	≤ 197
ГОСТ 16523– 97	Термическая обработка	Горячекатаный лист	До 2,0 Свыше 2,0	– –	490–720 490–720	12 13	– –	– –
Холоднокатаный лист	До 2,0 Свыше 2,0	– –	490–720 490–720	13 14	– –	– –
ТУ 108.11. 890–87	Термическая обработка	До 800	245	470	15	30	34		143–179
ДЦ	Поверхностная закалка с нагревом ТВЧ и отпуск при 160–180 ºС	–	Не определяются	Повер- хности 40–53
1 Поперечные образцы. 2 Работа удара, Дж.
Назначение. Оси, коленчатые валы, вал-шестерни, штоки, шестерни, бандажи, детали турбин, детали арматуры, шатуны, шпиндели, звездочки,  распределительные валики, болты, головки цилиндров, шпонки, фрикционные диски, плунжеры и др. Крепежные детали котлов и трубопроводов ТЭС, АЭС, паровых и газовых турбин. Корпусные детали газовых турбин, цельнокованые валы гидравлических турбин.
Предел выносливости, Н/мм2	Термообработка	Ударная вязкость, KCU, Дж/см2, при t, ºС	Термообработка
σ-1	τ-1	+ 20	– 20	– 40	– 60	– 80
250	–	Закалка с  850 ºС в воде, отпуск при 570 ºС.	80	–	–	56	–	52	Закалка с  850 ºС в воде, отпуск при 400 ºС.
393	–	Закалка   845 ºС, вода, отпуск  550 ºС, σВ = 710 Н/мм2.
Технологические характеристики
Ковка	Охлаждение поковок, изготовленных
Вид полуфабриката	Температурный интервал ковки,  ºС	из слитков	из заготовок
Размер сечения, мм	Условия охлаждения	Размер сечения, мм	Условия охлаждения
Слиток Заготовка	1280–750 1280–800	Поковки всех размеров: ответственного назначения	Нормализация, два переохлаждения, отпуск	До 400	На воздухе
остальные	На воздухе
Свариваемость	Обрабатываемость резанием	Флокеночувствительность
Ограниченно свариваемая. Способы сварки: РД, РАД, АФ, МП и ЭШ. Рекомендуются подогрев и последующая термообработка. КТ – без ограничений.	В горячекатаном состоянии при  170 НВ и σВ = 530 Н/мм2 К√ = 1,2 (твердый сплав), К√ = 1,05 (быстрорежущая сталь)	Не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости
Не склонна

Расшифровка маркировки

Сталь марки 40Х изготавливается в соответствии с требованиями, представленными ГОСТ 4543-71. Именно этот документ регламентирует химический состав материала и его эксплуатационные качества.

Обозначение 40Х указывает на следующее:

• цифра 40 свидетельствует о процентном содержании углерода, присутствующего в сплаве;
• буквенное обозначение «Х» — о присутствии в составе хрома.

Следует заметить, что углерод является неотъемлемой частью любого стального сплава. В стали этой марки его содержится 0,44%. Именно углерод предопределяет основные эксплуатационные характеристики металла.

Хром является легирующим компонентом, придающим металлу коррозийную стойкость. Здесь его концентрация не превышает 1,1%, поэтому в маркировке его цифровое значение отсутствует.

Согласно ГОСТ 4543-71, характеристики стали 40Х не отличаются высокими антикоррозийными качествами. Но в данный сплав входит множество других легирующих компонентов, улучшающих его эксплуатационные характеристики.

Сталь 40Х

Как ранее было отмечено, для правильного проведения закалки и отпуска стали следует учитывать ее состав и многие другие особенности. Выбрать правильно режимы термической обработки можно с учетом следующей информации:

1. Рассматриваемая сталь относится к конструкционной легированной группе. Легированная группа характеризуется содержанием большого количества примесей, которые определяют изменение эксплуатационных качеств, в том числе твердости.
2. Используется в промышленности при создании валов, осей, штоков, оправок, реек, болтов, втулок, шестерней и других деталей.
3. Показатель твердости до проведения термической обработки HB 10-1 = 217 Мпа.
4. Температура критических точек определяет момент, при котором сталь 40Х начинает терять свои качества из-за термической обработки: c₁= 743 , Ac₃(Ac_m) = 815 , Ar₃(Arc_m) = 730, Ar₁ = 693.
5. При температуре отпуска 200 °С HB = 552.

Расшифровка стали 40Х говорит о том, что в составе материала находится 0,40% углерода и 1,5% хрома.

Описание

Сталь 40Х применяется: для изготовления горячекатаного толстолистового проката; осей, валов, вал-шестерней, плунжеров, штоков, коленчатых и кулачковых валов, колец, шпинделей, оправок, реек, зубчатых венцов, болтов, полуосей, втулок и других улучшаемых деталей повышенной прочности; деталей трубопроводной арматуры из сортового проката; штампованных заготовок и поковок (требуется термообработка: закалка в масло (или через воду в масло) и отпуск на воздухе или в масле); заготовок маховиков дизелей; колец цельнокатаных различного назначения; кованых заготовок валов компрессорных машин и газовых турбин (из стали 40ХА); бесшовных бурильных труб, применяемых при геологоразведочном колонковом бурении; заготовок дисков паровых турбин с рабочей температурой до 350 °C; заготовок валов и цельнокованых роторов стационарных и транспортных паровых турбин; труб, применяемых в авиационной технике.

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.

Химический состав стали

Таблица 1. Химический состав Сталь 40Х

1. Как было упомянуто выше, содержание углерода в стали 40Х варьируется от 0.36 до 0.44 процента.
2. Доля железа, основы любой стали,  равна 97%.
3. Никеля содержится до 0.3%.
4. Процент меди в составе сплава не превышает 0.3%.

5. Из добавок больше всего содержится марганца и хрома, от 0.5 до 0.8 процента и от 0.8 до 1.1 процента соответственно.

6. Содержание серы и фосфора, которые ухудшают качество стали, должно быть минимальным, допускается до 0.035%.

7. Часть кремния в составе сплава может варьироватся от 0.17 до 0.37%.

Сплав нередко подвергается рафинированию. Рафинирование – это очищение металла, обычно это делается когда металл расплавлен. Существует несколько способов рафинирования. Рафинированные металлы отличаются высоким качеством за счет правильной однородной структуры.

Аналоги стали и область применения

4Х13 — старое название. Существуют зарубежные аналоги, отличающиеся чистотой сплава, отсутствием или наличием примесей.

Зарубежные аналоги разных поставщиков: американские AISI420, японские SUS420J2, французские X40Cr14, английские 420S45, итальянские X40Cr14, испанские F.3404, китайские 4C13, польские 4h23, чешские 17024. Все аналоги имеют похожие характеристики.

Область применения:

1. Мерительный инструмент.
2. Режущий инструмент.
3. Предметы домашнего обихода.
4. Медицинские инструменты.
5. Валы.
6. Пружины.
7. Подшипники.
8. Мерительные приспособления для ковочного производства.
9. Детали компрессорных установок.
10. Режущие ножи аппаратов для горячей штамповки.

Достоинства и недостатки стали марки 40х

Положительные стороны:

1. Высокая прочность, твердость.
2. Устойчивость к образованию ржавчины.
3. Высокий предел текучести.
4. Устойчивость к механическим воздействиям.

Отрицательные стороны:

1. Возможность образования флокенов. Этот недостаток свойственен многим видам сталей.
2. Высокая отпускная хрупкость. После выполнения процесса закалки структура становится уязвимой к механическим нагрузкам.
3. Плохая свариваемость. Из-за этого возникает сложности в изготовлении металлоконструкций из данного сплава.
4. Высокий риск образования трещин, пустот внутри структуры при изготовлении отливок из стали.

Чтобы сделать сплав более восприимчивым к разным видам обработки, промышленными предприятиями проводится вакуумизация. Она позволяет снизить количество вредных компонентов состава. Готовые детали подходят для применения при низких температурах, на открытом воздухе.

Стальные листы (Фото: Instagram / polezhaeva999)

Объемная закалка стали 40х

При сильном нагреве практически все материалы изменяют свои физические характеристики. В некоторых случаях нагрев проводится целенаправленно, так как подобным образом можно улучшить некоторые эксплуатационные качества, к примеру, твердость. Термическая обработка на протяжении многих лет используется для повышения твердости поверхности стали.

Выполнять закалку следует с учетом особенностей металла, так как технология повышения твердости поверхности создается на основании состава материала. В некоторых случаях провести закалку можно в домашних условиях, но стоит учитывать, что сталь относиться к труднообрабатываемым материалам и для придания пластичности нужно проводить сильный нагрев до высоких температур при помощи определенного оборудования.

В данном случае рассмотрим особенности нагрева стали 40Х для повышения пластичности и проведения закалки или отпуска.

Арматура, швеллер цена

Работая на рынке с 1997 года, ежемесячно отгружает крупные партии порядка 1000 тонн. Высококачественный металлопрокат (лист, арматура, швеллер) с широкой географией поставок — от Калининграда до Сахалина. В результате, сотни объектов по всей России обеспечиваются высококачественным металлопрокатом для самых различных нужд. Купить металлопрокат (арматура, швеллер, лист) в городе Екатеринбург могут как крупные компании, так и частные лица. Весь металлопрокат, реализуемый со складов нашей организации, сертифицирован заводами-производителями и соответствует ГОСТ и ТУ.

Работая с вы получаете:

• высококачественную продукцию
• профессиональный подбор продукции в соответствии с необходимыми требованиями
• сервис от квалифицированного персонала компании
• выгодные условия оплаты
• предоставление скидок и товарных кредитов постоянным клиентам
• возможность выполнения индивидуальных заказов
• возможность выбора из высоколиквидных складских запасов компании
• отгрузку в минимальные сроки на условиях самовывоза, а также автомобильным, железнодорожным и речным транспортом до вашего склада

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:

1. скорости нагрева металла 40Х;
2. времени выдержки;
3. 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:

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 при испытании.

Описание и история сплава

Название сплава расшифровывается как хромоникелевая конструкционная легированная сталь. За качество стали 40ХН отвечает ГОСТ 4543-71, который относит его к классу высокопрочных сталей для применения в конструкционных целях (хромоникелевый стальной сплав с легирующими элементами). То есть для получения изделий, применяемых при машиностроении и строительстве. Внедрение никеля в состав сплава — улучшает показатель химической устойчивости.

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.

Как выбрать спортивный респиратор

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.

Аналоги стали и область применения

4Х13 — старое название. Существуют зарубежные аналоги, отличающиеся чистотой сплава, отсутствием или наличием примесей.

Зарубежные аналоги разных поставщиков: американские AISI420, японские SUS420J2, французские X40Cr14, английские 420S45, итальянские X40Cr14, испанские F.3404, китайские 4C13, польские 4h23, чешские 17024. Все аналоги имеют похожие характеристики.

Область применения:

1. Мерительный инструмент.
2. Режущий инструмент.
3. Предметы домашнего обихода.
4. Медицинские инструменты.
5. Валы.
6. Пружины.
7. Подшипники.
8. Мерительные приспособления для ковочного производства.
9. Детали компрессорных установок.
10. Режущие ножи аппаратов для горячей штамповки.

Существующие аналоги

Производством стали с аналогичными свойствами занимаются все развитые страны. В разных странах она имеет свою маркировку:

• в США это сталь, которая имеет маркировку AISI 420;
• в Германии аналогами нашей стали является целая линейка (от X38Cr13 до X46Cr13);
• Китай производит сталь под маркой 4С13;
• в Японии это сталь SUS 420J2;
• во Франции, тоже имеется целая линейка со схожими характеристиками. Это X40Cr14, Z33C13, Z38C13M, Z40C13, Z40C14, Z44C14, Z50C14.

Все эти аналоги имеют хорошие антикоррозийные показатели. Они могут длительное время выдерживать воздействие с такими слабоагрессивными жидкостями, как спиртосодержащие напитки, вино и даже коньячный спирт.

Технологические свойства

Свою устойчивость к коррозии сталь получает после прохождения сложного технологического процесса, который заключается в специальной закалке. Во время этого действия отмечается полное растворение карбида, как результат – антикоррозийная защита. Снижение стойкости к коррозии связано с низким содержанием хрома в карбиде или снижением температуры плавления до 6000С. При правильно проведённом технологическом процессе такого явления не должно быть.

Плавку стали проводят в печах открытого типа или индукционных печах.

Температура при этом составляет от 850 до 11000С. Такой величины достаточно для полного деформирования. Во избежание образования трещин в техпроцесс включены режимы нагрева и охлаждения, проводимые попеременно.

Расплавленная сталь 40Х13.

Термообработка

Из-за высокого содержания хрома сталь 40х13 нужно калить при высокой температуре, нагревать нужно очень точно.

Правильная закалка даёт высокую твёрдость (58HRC), но в ущерб пластичности. Считается, что твёрдость 40х13 должна лежать в пределах от 53 до 56 HRC. Значения, превышающие этот порог, либо сильно завышены, либо технология при закалке была нарушена. От такого действия сталь становится чересчур хрупкой.

Технология сварного соединения изделий

Шаг 1. Подготовка металлических деталей:

• подгонка по размеру, по форме;
• зачистка металла от окисления и ржавчины.

Шаг 2. Подготовка кромок металла под сварку. Этот пункт особенно актуален при работе с толстыми заготовками (более 3 мм):

• ширина зазора 1-2 мм;
• угол разделки 45-60 0 ;
• погон стыков у деталей разной толщины.

Шаг 3. Подготовка инструментов и оборудования:

• требование к материалу сварочной проволоки и электрода: состав их должен как можно ближе соответствовать свариваемой марке стали;
• для соединения сварочным методом стали 40Х удобно пользоваться техническими таблицами по выставлению величины тока в зависимости от толщины свариваемых поверхностей и размера электрода.

Шаг 4. Прогрев деталей до начала сваривания.

Сталь 40Х является чувствительной к перепадам температур и образованию трещин из-за этого. Прогревать деталь нужно газовой горелкой перед любым видом сварки.

Шаг 5. Точечно прихватить соединяемые части.

Чтобы избежать деформации или сдвига свариваемых деталей, практично сделать точечный прихват по всей длине планируемого сварного шва.

Шаг 6. Сварочный процесс выбранным методом.

Шаг 7. Прогрев сваренных деталей.

После сваривания прогрев нужен для снятия напряжения в деталях и выпаривания остатков водорода. Эта процедура особенно важна при контактно-точечной сварке.