Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 40Г

Сталь конструкционная легированная 40Г: описание, свойства, применение

Сталь 40Г – конструкционная легированная сталь, широко используемая в машиностроении и других отраслях промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях повышенных нагрузок и износа. Она отличается хорошей прочностью, износостойкостью и обрабатываемостью, что делает ее востребованным материалом для производства широкого спектра изделий.

Обозначение и Расшифровка

Обозначение стали 40Г расшифровывается следующим образом:

• 40 – указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0,40% C).
• Г – указывает на наличие в составе марганца (Mn) в качестве легирующего элемента. Буква "Г" без числового коэффициента означает, что содержание марганца находится в пределах 1-1,5%.

Химический Состав

Химический состав стали 40Г строго регламентируется соответствующими стандартами. Ниже представлена таблица с указанием процентного содержания основных элементов:

Элемент	Содержание (%)
Углерод (C)	0.37 - 0.45
Марганец (Mn)	0.80 - 1.20
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Хром (Cr)	до 0.30
Никель (Ni)	до 0.30
Медь (Cu)	до 0.30
Сера (S)	до 0.040
Фосфор (P)	до 0.035
Мышьяк (As)	до 0.08

Примечание: Указанные значения могут незначительно отличаться в зависимости от конкретного стандарта или технических условий производителя.

Механические Свойства

Механические свойства стали 40Г определяют ее поведение под воздействием различных нагрузок. Эти характеристики зависят от способа обработки (например, закалка и отпуск) и размеров заготовки. Приведем типичные значения механических свойств для стали 40Г после нормализации:

Характеристика	Значение	Единица измерения
Предел прочности (временное сопротивление)	600 - 750	МПа
Предел текучести	340 - 400	МПа
Относительное удлинение	18 - 22	%
Относительное сужение	45 - 55	%
Ударная вязкость (KCU)	40 - 60	Дж/см²
Твердость по Бринеллю (HB)	179 - 229

Расшифровка характеристик:

• Предел прочности (временное сопротивление, σв): Максимальное напряжение, которое материал может выдержать перед разрушением.
• Предел текучести (σт): Напряжение, при котором материал начинает деформироваться без увеличения нагрузки.
• Относительное удлинение (δ): Процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к его первоначальной длине. Характеризует пластичность материала.
• Относительное сужение (ψ): Процентное уменьшение площади поперечного сечения образца в месте разрыва по отношению к его первоначальной площади. Также характеризует пластичность материала.
• Ударная вязкость (KCU): Способность материала сопротивляться разрушению под воздействием ударных нагрузок.
• Твердость по Бринеллю (HB): Мера сопротивления материала вдавливанию индентора (шарика) под определенной нагрузкой.

Физические Свойства

Физические свойства стали 40Г важны для понимания ее поведения в различных условиях эксплуатации:

Характеристика	Значение	Единица измерения
Плотность	7850	кг/м³
Модуль упругости первого рода (E)	200 - 210	ГПа
Коэффициент линейного теплового расширения (α)	11.8 - 12.5	10⁻⁶/°C
Теплопроводность (λ)	46 - 50	Вт/(м·°C)
Удельная теплоемкость (c)	480 - 500	Дж/(кг·°C)
Электрическое сопротивление (ρ)	0.18 - 0.22	мкОм·м

Расшифровка характеристик:

• Плотность: Масса вещества на единицу объема.
• Модуль упругости первого рода (Модуль Юнга): Характеризует способность материала сопротивляться упругой деформации при растяжении или сжатии.
• Коэффициент линейного теплового расширения: Относительное изменение линейных размеров материала при изменении температуры на 1 градус Цельсия.
• Теплопроводность: Способность материала проводить тепло.
• Удельная теплоемкость: Количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг вещества на 1 градус Цельсия.
• Электрическое сопротивление: Способность материала сопротивляться прохождению электрического тока.

Термическая Обработка

Термическая обработка играет ключевую роль в формировании требуемых свойств стали 40Г. Наиболее распространенные виды термической обработки:

• Нормализация: Нагрев до температуры выше температуры Ac3 (температура полного аустенитного превращения) с последующим охлаждением на воздухе. Улучшает структуру и механические свойства.
• Закалка: Нагрев до температуры закалки (обычно 840-870°C) с последующим быстрым охлаждением в воде или масле. Обеспечивает высокую твердость и износостойкость.
• Отпуск: Нагрев закаленной стали до определенной температуры (в зависимости от требуемых свойств) с последующим охлаждением. Снимает внутренние напряжения и повышает пластичность.
• Улучшение: Комплексная термическая обработка, включающая закалку и высокий отпуск. Обеспечивает оптимальное сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости.

Свариваемость

Сталь 40Г относится к сталям ограниченно свариваемым. При сварке необходимо соблюдать определенные меры предосторожности:

• Предварительный подогрев до 150-200°C.
• Использование качественных сварочных материалов (электродов, проволоки).
• Медленное охлаждение после сварки.
• Термическая обработка после сварки для снятия напряжений.

При несоблюдении этих мер возможно образование трещин в сварном шве и околошовной зоне.

Области Применения

Сталь 40Г благодаря своим свойствам нашла широкое применение в различных отраслях промышленности:

• Машиностроение:
  • Изготовление осей, валов, зубчатых колес, шатунов, кулачковых валов, распределительных валов и других деталей, работающих на износ и выдерживающих значительные нагрузки.
  • Производство крепежных элементов (болтов, гаек, шпилек).
  • Детали коробок передач.
• Автомобилестроение:
  • Производство деталей двигателей и трансмиссий.
  • Изготовление деталей подвески и рулевого управления.
• Транспортное машиностроение:
  • Вагоностроение: оси вагонов, детали тележек.
  • Судостроение: валы, шестерни.
• Сельскохозяйственное машиностроение:
  • Изготовление деталей плугов, культиваторов, сеялок и другой сельскохозяйственной техники.
• Нефтегазовая промышленность:
  • Изготовление деталей насосов, компрессоров и другого оборудования.
• Горнодобывающая промышленность:
  • Производство деталей горно-шахтного оборудования.
• Производство инструмента:
  • Крупные штампы, оправки, бандажи.

Виды Металлопроката

Сталь 40Г поставляется в виде различных видов металлопроката:

• Сортовой прокат:
  • Круг (ГОСТ 2590-2006)
  • Квадрат (ГОСТ 2591-2006)
  • Полоса (ГОСТ 103-2006)
  • Шестигранник (ГОСТ 2879-2006)
• Листовой прокат:
  • Лист горячекатаный (ГОСТ 1577-93)
  • Лист холоднокатаный (ГОСТ 16523-97)
• Трубы:
  • Бесшовные горячедеформированные (ГОСТ 8732-78)
  • Бесшовные холоднодеформированные (ГОСТ 8734-75)
• Поковки и штамповки: (ГОСТ 8479-70)

ГОСТы, Регламентирующие Сталь 40Г и Металлопрокат из нее

Существует ряд ГОСТов, регламентирующих химический состав, механические свойства и сортамент стали 40Г, а также стандарты на металлопрокат, изготавливаемый из этой стали. Вот некоторые из них:

• ГОСТ 4543-71. Сталь легированная конструкционная. Марки и общие технические требования. - Основной стандарт, определяющий химический состав, механические свойства и общие технические требования к стали 40Г.
• ГОСТ 1577-93. Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной качественной стали. Общие технические условия. - Регламентирует требования к толстолистовому прокату из конструкционной стали, включая сталь 40Г.
• ГОСТ 16523-97. Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения. Технические условия. - Описывает требования к тонколистовому прокату, который может быть изготовлен из стали 40Г.
• ГОСТ 2590-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. - Определяет размеры и предельные отклонения для круглого проката из стали 40Г.
• ГОСТ 2591-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. - Определяет размеры и предельные отклонения для квадратного проката из стали 40Г.
• ГОСТ 2879-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный шестигранный. Сортамент. - Определяет размеры и предельные отклонения для шестигранного проката из стали 40Г.
• ГОСТ 103-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. - Определяет размеры и предельные отклонения для полосового проката из стали 40Г.
• ГОСТ 8732-78. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент. - Определяет размеры и требования к трубам, которые могут быть изготовлены из стали 40Г.
• ГОСТ 8734-75. Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент. - Определяет размеры и требования к трубам, которые могут быть изготовлены из стали 40Г.
• ГОСТ 8479-70. Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия. - Регламентирует требования к поковкам, изготавливаемым из стали 40Г.
• ГОСТ 7505-89 Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски
• Другие ГОСТы и ТУ (Технические условия) могут применяться в зависимости от конкретного вида продукции и требований заказчика.

Операции в Цехах с Использованием Стали 40Г

Сталь 40Г широко используется в различных цехах машиностроительных и металлообрабатывающих предприятий, где подвергается разнообразным технологическим операциям:

• Литейный цех: Изготовление отливок сложных форм, которые в дальнейшем подвергаются механической обработке.
• Кузнечный цех: Горячая деформация заготовок (поковок) для придания им требуемой формы.
• Термический цех: Проведение термической обработки (закалка, отпуск, нормализация) для достижения требуемых механических свойств.
• Механический цех: Обработка заготовок резанием (точение, фрезерование, шлифование) для получения готовых деталей с высокой точностью размеров и формы.
• Сварочный цех: Сварка деталей и конструкций из стали 40Г с соблюдением технологии сварки для обеспечения прочности и надежности соединения.
• Инструментальный цех: Изготовление штампов, пресс-форм и другого инструмента, используемого для обработки металла.
• Цех металлоконструкций: Изготовление сварных металлоконструкций различного назначения.

В каждом из этих цехов сталь 40Г подвергается специфическим операциям, направленным на получение деталей и конструкций с заданными характеристиками и свойствами, что делает ее незаменимым материалом в современной промышленности.