Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 40Х

Сталь конструкционная легированная 40Х: описание, свойства, применение

Сталь 40Х – это высококачественная конструкционная легированная сталь, широко применяемая в машиностроении и других отраслях промышленности благодаря своим превосходным механическим свойствам, высокой прочности и износостойкости. Эта сталь обладает хорошей обрабатываемостью, свариваемостью и способностью к закалке, что делает ее универсальным материалом для изготовления различных деталей и конструкций, работающих в условиях высоких нагрузок и температур.

Свойства стали 40Х

Сталь 40Х характеризуется следующими ключевыми свойствами:

• Высокая прочность: Обеспечивает надежность и долговечность деталей, работающих под высокими нагрузками.
• Износостойкость: Позволяет деталям выдерживать длительную эксплуатацию в условиях трения и абразивного износа.
• Ударная вязкость: Гарантирует устойчивость к разрушению при динамических нагрузках и ударах.
• Хорошая обрабатываемость: Облегчает изготовление деталей различной сложности с высокой точностью.
• Свариваемость: Позволяет создавать сварные конструкции, сохраняющие прочность и надежность.
• Прокаливаемость: Обеспечивает получение высокой твердости и износостойкости после термической обработки.
• Жаропрочность: Сохраняет механические свойства при повышенных температурах.

Химический состав стали 40Х (ГОСТ 4543-2016)

Химический состав стали 40Х строго регламентируется ГОСТ 4543-2016 "Прокат из легированной конструкционной стали. Общие технические условия". Точный состав определяет ее свойства и возможности применения.

Элемент	Содержание (%)
Углерод (C)	0.36 - 0.44
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.50 - 0.80
Никель (Ni)	До 0.30
Хром (Cr)	0.80 - 1.10
Медь (Cu)	До 0.30
Сера (S)	До 0.035
Фосфор (P)	До 0.035
Ванадий (V)	До 0.15

Расшифровка обозначения стали 40Х:

• 40 – указывает на содержание углерода в сотых долях процента, то есть около 0.40% углерода.
• Х – обозначает, что сталь легирована хромом. Отсутствие цифры после буквы "Х" указывает на содержание хрома около 1%.

Механические свойства стали 40Х

Механические свойства стали 40Х зависят от состояния поставки и проведенной термической обработки. Ниже приведены типичные значения для различных состояний:

• Состояние поставки: горячекатаный или кованый:
  • Предел прочности (временное сопротивление разрыву), σ_в: 660 - 780 МПа
  • Предел текучести, σ_т: 390 - 540 МПа
  • Относительное удлинение при разрыве, δ₅: 16 - 20 %
  • Относительное сужение, ψ: 45 - 50 %
  • Ударная вязкость, KCU: 49 - 78 Дж/см²
  • Твердость по Бринеллю, HB: 197 - 229
• Состояние поставки: улучшенное (закалка и отпуск):
  • Предел прочности (временное сопротивление разрыву), σ_в: 880 - 1080 МПа (в зависимости от температуры отпуска)
  • Предел текучести, σ_т: 690 - 880 МПа (в зависимости от температуры отпуска)
  • Относительное удлинение при разрыве, δ₅: 10 - 14 %
  • Относительное сужение, ψ: 40 - 50 %
  • Ударная вязкость, KCU: 39 - 69 Дж/см²
  • Твердость по Роквеллу, HRC: 25 - 35 (в зависимости от температуры отпуска)

Физические свойства стали 40Х

• Плотность: 7850 кг/м³
• Модуль упругости первого рода (E): 2.06 × 10⁵ МПа
• Коэффициент линейного теплового расширения (α): 11.9 × 10^-6 / °C (в диапазоне 20-100 °C)
• Теплопроводность (λ): 44 Вт/(м·°C)
• Удельная теплоемкость (c): 480 Дж/(кг·°C)
• Электрическое сопротивление (ρ): 0.24 × 10^-6 Ом·м

Расшифровка обозначений физических свойств:

• Плотность (ρ): Масса вещества в единице объема. Важный параметр для расчета веса деталей и конструкций.
• Модуль упругости первого рода (E): Характеризует способность материала сопротивляться упругой деформации при растяжении или сжатии.
• Коэффициент линейного теплового расширения (α): Отражает изменение размеров материала при изменении температуры. Важен при проектировании конструкций, работающих в условиях перепада температур.
• Теплопроводность (λ): Способность материала проводить тепло.
• Удельная теплоемкость (c): Количество тепла, необходимое для нагрева единицы массы материала на один градус.
• Электрическое сопротивление (ρ): Способность материала сопротивляться прохождению электрического тока.

Сферы применения стали 40Х

Сталь 40Х нашла широкое применение в различных отраслях промышленности благодаря своим универсальным свойствам. Основные области применения включают:

• Машиностроение:
  • Изготовление валов, осей, шестерен, зубчатых колес, кулачков, коленчатых валов, распределительных валов, крепежных деталей (болтов, гаек, шпилек), работающих при высоких нагрузках и скоростях.
  • Производство деталей двигателей внутреннего сгорания (шатуны, пальцы поршневые).
  • Изготовление деталей трансмиссий автомобилей и других транспортных средств.
  • Производство корпусных деталей редукторов и насосов.
• Автомобилестроение:
  • Производство коленчатых валов, шестерен, полуосей, деталей рулевого управления.
  • Изготовление деталей подвески и тормозной системы.
• Авиационная промышленность:
  • Производство деталей шасси, элементов управления.
• Нефтегазовая промышленность:
  • Изготовление бурового оборудования, деталей насосов, трубопроводной арматуры.
• Энергетика:
  • Производство деталей турбин, генераторов, насосов.
• Сельскохозяйственное машиностроение:
  • Производство деталей почвообрабатывающей техники, комбайнов.
• Инструментальное производство:
  • Изготовление штампов, оправок, осей.

Виды металлопроката из стали 40Х

Сталь 40Х поставляется в различных видах металлопроката, что позволяет использовать ее для изготовления деталей различной формы и размеров:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используется для изготовления валов, осей, крепежных деталей, заготовок для последующей обработки.
• Квадрат: Используется для изготовления деталей квадратной формы, а также заготовок для последующей обработки.
• Полоса: Применяется для изготовления плоских деталей, ножей, пружин.
• Лист: Используется для изготовления корпусных деталей, обшивки, штампованных изделий.
• Трубы: Применяются в трубопроводах, конструкциях, работающих под давлением.
• Поковки: Используются для изготовления крупных деталей сложной формы, требующих высокой прочности.
• Сортовой прокат: Шестигранник, уголок, швеллер (используется реже, но возможно изготовление).

ГОСТы, регламентирующие сталь 40Х и металлопрокат из нее

Существует ряд ГОСТов, регламентирующих требования к стали 40Х и металлопрокату из нее. Основные из них:

• ГОСТ 4543-2016 "Прокат из легированной конструкционной стали. Общие технические условия" - определяет общие технические требования к стали 40Х, химический состав, механические свойства и другие параметры.
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент" - определяет сортамент круглого проката из стали 40Х.
• ГОСТ 2591-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент" - определяет сортамент квадратного проката из стали 40Х.
• ГОСТ 103-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент" - определяет сортамент полосового проката из стали 40Х.
• ГОСТ 19265-73 "Прутки и полосы из инструментальной стали. Общие технические условия" - может применяться к стали 40Х, используемой для изготовления инструмента.
• ГОСТ 1050-2013 "Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия" - содержит общие требования к качеству металлопродукции, применимые к стали 40Х.
• ГОСТ 14959-2016 "Прокат круглый со специальной отделкой поверхности из нелегированной и легированной стали. Технические условия" - регламентирует требования к круглому прокату с улучшенной поверхностью.

Операции в цехах, использующие сталь 40Х

Сталь 40Х активно используется в различных цехах на различных этапах производства, включая:

• Заготовительный цех:
  • Резка: Разделение металлопроката (круг, квадрат, полоса, лист) на заготовки необходимой длины с использованием ленточнопильных станков, гильотинных ножниц, плазменной или лазерной резки.
  • Рубка: Разделение проката на заготовки с помощью механических или гидравлических рубок.
  • Гибка: Придание заготовкам необходимой формы с использованием гибочных прессов.
• Механический цех:
  • Токарная обработка: Изготовление деталей вращения (валы, оси, шестерни) на токарных станках. Включает в себя обточку, расточку, подрезку торцов, нарезание резьбы.
  • Фрезерная обработка: Изготовление деталей сложной формы с использованием фрезерных станков. Включает в себя фрезерование плоскостей, пазов, канавок, профилей.
  • Сверление: Создание отверстий различного диаметра с использованием сверлильных станков.
  • Шлифование: Финишная обработка поверхностей для достижения высокой точности и шероховатости с использованием шлифовальных станков.
  • Расточка: Увеличение диаметра отверстий с высокой точностью с использованием расточных станков.
  • Зубонарезание: Изготовление зубьев шестерен и зубчатых колес на зубофрезерных или зубодолбежных станках.
• Термический цех:
  • Закалка: Нагрев стали до определенной температуры с последующим быстрым охлаждением (обычно в воде или масле) для повышения твердости и прочности.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до более низкой температуры для снижения внутренних напряжений и повышения пластичности.
  • Нормализация: Нагрев стали до определенной температуры с последующим охлаждением на воздухе для улучшения структуры и снятия внутренних напряжений.
  • Отжиг: Медленный нагрев и охлаждение стали для снижения твердости и повышения пластичности.
  • Цементация: Насыщение поверхностного слоя стали углеродом для повышения твердости и износостойкости. (Применяется реже к стали 40Х, чаще к сталям с меньшим содержанием углерода)
• Сварочный цех:
  • Сварка: Соединение деталей из стали 40Х с использованием различных методов сварки (дуговая, газовая, контактная). Требует предварительного подогрева и последующей термообработки для снятия напряжений.
• Инструментальный цех:
  • Изготовление штампов, пресс-форм, оправок и другого инструмента, используемого в других цехах.

 

Сталь 40Х является надежным и универсальным материалом, широко используемым в различных отраслях промышленности. Ее высокие механические свойства, хорошая обрабатываемость и свариваемость делают ее незаменимой для изготовления ответственных деталей и конструкций, работающих в условиях высоких нагрузок и температур. Правильный выбор режима термической обработки позволяет получить оптимальное сочетание прочности, твердости и вязкости, обеспечивая долговечность и надежность изделий.