Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 40ХС

Сталь конструкционная легированная 40ХС: описание, свойства, применение

Сталь 40ХС – это высококачественная конструкционная легированная сталь, широко используемая в машиностроении и других отраслях промышленности для изготовления деталей, подвергающихся высоким нагрузкам и работающих в условиях повышенного износа. Она обладает оптимальным сочетанием прочности, вязкости и износостойкости, что делает ее незаменимой в производстве ответственных элементов конструкций.

Расшифровка обозначения:

• 40 – указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (0,40% C).
• Х – указывает на наличие хрома в составе стали.
• С – указывает на наличие кремния в составе стали.

Химический состав стали 40ХС (ГОСТ 4543-2016)

Химический состав стали 40ХС строго регламентируется ГОСТ 4543-2016, что гарантирует стабильность ее свойств и характеристик.

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.36 - 0.44
Кремний (Si)	0.90 - 1.20
Марганец (Mn)	0.50 - 0.80
Хром (Cr)	0.80 - 1.10
Никель (Ni)	до 0.30
Медь (Cu)	до 0.30
Сера (S)	до 0.035
Фосфор (P)	до 0.035
Ванадий (V)	до 0.15
Мышьяк (As)	до 0.08

Влияние элементов на свойства стали 40ХС:

• Углерод: Обеспечивает прочность и твердость стали, но снижает ее пластичность и свариваемость.
• Кремний: Увеличивает прочность, упругость и износостойкость стали. Раскисляет сталь при выплавке.
• Марганец: Улучшает прокаливаемость, повышает прочность и износостойкость. Связывает серу, уменьшая вредное влияние.
• Хром: Повышает прочность, твердость, коррозионную стойкость и прокаливаемость стали. Образует карбиды, повышающие износостойкость.
• Никель: Улучшает прокаливаемость, повышает вязкость и ударную прочность.
• Медь: Повышает коррозионную стойкость в атмосферных условиях.
• Сера и Фосфор: Вредные примеси, снижающие пластичность, ударную вязкость и свариваемость стали. Содержание строго ограничено.
• Ванадий: Улучшает структуру стали, повышает прочность и износостойкость.
• Мышьяк: Вредная примесь, снижающая свариваемость.

Механические свойства стали 40ХС (ГОСТ 4543-2016)

Механические свойства стали 40ХС зависят от способа обработки (закалка, отпуск) и размера заготовки. Приведенные ниже значения являются ориентировочными и могут варьироваться в зависимости от конкретных условий.

Свойство	Значение
Предел прочности (временное сопротивление), σв, МПа	880-1080 (после закалки и отпуска)
Предел текучести, σт, МПа	680-880 (после закалки и отпуска)
Относительное удлинение, δ5, %	9-12 (после закалки и отпуска)
Относительное сужение, ψ, %	40-50 (после закалки и отпуска)
Ударная вязкость, KCU, Дж/см2	40-60 (после закалки и отпуска)
Твердость по Бринеллю, HB	241-302 (после закалки и отпуска)

Термическая обработка:

Для достижения оптимальных механических свойств сталь 40ХС подвергается термической обработке, включающей закалку и отпуск.

• Закалка: Нагрев до температуры 860-880 °C, охлаждение в масле или воде.
• Отпуск: Нагрев до температуры 500-600 °C (в зависимости от требуемых свойств), выдержка и охлаждение на воздухе.

Влияние термической обработки на свойства:

Закалка обеспечивает высокую твердость и прочность, но снижает пластичность и вязкость. Отпуск позволяет снизить внутренние напряжения, повысить вязкость и улучшить обрабатываемость, при этом сохраняя достаточно высокую прочность.

Физические свойства стали 40ХС

Физические свойства стали 40ХС важны для понимания ее поведения в различных условиях эксплуатации.

Свойство	Значение
Плотность, ρ, кг/м3	7850
Модуль упругости первого рода, E, ГПа	205
Коэффициент линейного расширения, α, 10-6/°C	11.7 (20-100 °C)
Теплопроводность, λ, Вт/(м·°C)	35 (20 °C)
Удельная теплоемкость, c, Дж/(кг·°C)	480 (20 °C)
Электрическое сопротивление, ρ, мкОм·м	0.24 (20 °C)
Магнитные свойства	Ферромагнитная

Свариваемость стали 40ХС

Свариваемость стали 40ХС ограничена. Для получения качественного сварного соединения требуется предварительный подогрев до 200-300 °C, сварка с использованием специальных электродов и последующий отпуск для снятия напряжений. Рекомендуется применять сварку в защитных газах.

Области применения стали 40ХС

Благодаря своим высоким механическим свойствам и износостойкости, сталь 40ХС широко применяется в различных отраслях промышленности:

• Машиностроение:
  • Изготовление шестерен, валов, осей, зубчатых колес, кулачков, коленчатых валов, распределительных валов, пальцев, болтов, гаек и других деталей, работающих при высоких нагрузках и знакопеременных напряжениях.
  • Производство деталей двигателей внутреннего сгорания, таких как шатуны, клапаны и поршневые пальцы.
  • Изготовление деталей коробок передач и редукторов.
  • Производство инструментов и штампов для холодной и горячей деформации.
• Автомобилестроение:
  • Изготовление деталей подвески, рулевого управления и тормозной системы.
  • Производство деталей трансмиссии.
• Нефтегазовая промышленность:
  • Изготовление деталей бурового оборудования, таких как буровые долота, замковые соединения и переводники.
  • Производство деталей насосов и компрессоров.
• Авиационная промышленность:
  • Изготовление деталей, работающих при высоких температурах и нагрузках.
• Сельскохозяйственное машиностроение:
  • Изготовление деталей плугов, культиваторов и других сельскохозяйственных машин.
• Горнодобывающая промышленность:
  • Изготовление деталей экскаваторов, дробилок и другого горно-шахтного оборудования.
• Энергетика:
  • Производство деталей турбин и генераторов.

Виды металлопроката из стали 40ХС

Сталь 40ХС поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Используется для изготовления валов, осей, пальцев и других деталей вращения.
• Квадрат: Используется для изготовления деталей, требующих высокой прочности и жесткости.
• Полоса: Используется для изготовления плоских деталей, таких как пластины, фланцы и накладки.
• Лист: Используется для изготовления корпусов, емкостей и других конструкций.
• Поковки и штамповки: Используются для изготовления сложных деталей, требующих высокой точности и прочности.
• Трубы: Используются для транспортировки жидкостей и газов в условиях высоких нагрузок и давлений.

ГОСТы, регламентирующие сталь 40ХС и металлопрокат из нее

Сталь 40ХС и металлопрокат из нее регламентируются следующими ГОСТами:

• ГОСТ 4543-2016: Сталь конструкционная легированная. Марки. (Основной стандарт, определяющий химический состав и механические свойства стали 40ХС).
• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. (Регламентирует размеры и форму круглого проката).
• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. (Регламентирует размеры и форму квадратного проката).
• ГОСТ 103-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. (Регламентирует размеры и форму полосового проката).
• ГОСТ 1577-93: Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной и углеродистой стали общего назначения. Технические условия. (Регламентирует требования к толстолистовому прокату).
• ГОСТ 19281-2014: Прокат повышенной прочности. Общие технические условия. (Регламентирует требования к прокату повышенной прочности, который может изготавливаться из стали 40ХС).
• ГОСТ 8479-70: Поковки из конструкционной легированной и углеродистой стали. Общие технические условия. (Регламентирует требования к поковкам из стали 40ХС).
• ГОСТ 10705-80: Трубы стальные электросварные. Технические условия. (В данном ГОСТе сталь 40ХС не упоминается, но ее применение возможно после согласования с заказчиком и подтверждения соответствия требованиям стандарта по механическим свойствам и свариваемости).

Операции в цехах, выполняемые с использованием материалов из стали 40ХС

Сталь 40ХС проходит через различные этапы обработки в цехах металлургических и машиностроительных предприятий:

• Металлургический цех:
  • Выплавка стали: Сталь выплавляется в электропечах или конвертерах с соблюдением строгого химического состава.
  • Разливка стали: Расплавленная сталь разливается в слитки или заготовки для дальнейшей переработки.
  • Прокатное производство: Заготовки прокатываются на прокатных станах для получения различных видов металлопроката (круг, квадрат, полоса, лист).
• Термический цех:
  • Закалка: Металлопрокат или детали нагреваются до температуры закалки и охлаждаются для повышения твердости и прочности.
  • Отпуск: Закаленные детали нагреваются до температуры отпуска для снижения внутренних напряжений и повышения вязкости.
  • Нормализация: Нагрев до температуры выше температуры рекристаллизации с последующим охлаждением на воздухе для улучшения структуры стали.
• Механический цех:
  • Токарная обработка: Изготовление деталей вращения на токарных станках (валы, оси, пальцы).
  • Фрезерная обработка: Изготовление деталей сложной формы на фрезерных станках (корпуса, кронштейны).
  • Шлифовальная обработка: Доведение поверхности деталей до требуемой шероховатости и точности размеров.
  • Зуборезная обработка: Нарезание зубьев на зубчатых колесах и шестернях.
  • Сверление: Создание отверстий в деталях.
  • Резьбонарезание: Нарезание резьбы на болтах, гайках и других деталях.
• Сварочный цех:
  • Сварка: Соединение деталей из стали 40ХС с использованием различных видов сварки (дуговая, газовая, контактная).
  • Контроль качества сварных соединений: Проверка сварных швов на наличие дефектов.
• Инструментальный цех:
  • Изготовление штампов и пресс-форм: Изготовление инструментов для холодной и горячей деформации металла.
• Ремонтный цех:
  • Восстановление изношенных деталей: Восстановление размеров и формы деталей из стали 40ХС путем наплавки, шлифовки и других методов.

 

Сталь 40ХС – это универсальный материал, обладающий широким спектром применения благодаря своим высоким механическим свойствам и износостойкости. Правильный выбор режима термической обработки и соблюдение технологии обработки позволяют получить детали с оптимальным сочетанием прочности, вязкости и долговечности. Применение стали 40ХС регламентируется соответствующими ГОСТами, что гарантирует качество и надежность изделий, изготовленных из этого материала.