Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 40ХГНМ

Сталь конструкционная легированная 40ХГНМ: описание, свойства, применение

Сталь 40ХГНМ относится к категории конструкционных легированных сталей. Это высокопрочный материал, обладающий отличными механическими свойствами, износостойкостью и способностью выдерживать высокие нагрузки. Благодаря своему уникальному химическому составу и термической обработке, сталь 40ХГНМ находит широкое применение в различных отраслях промышленности, где требуется надежность и долговечность деталей.

Свойства стали 40ХГНМ

Сталь 40ХГНМ характеризуется следующими свойствами:

• Высокая прочность: Обеспечивается легированием хромом, марганцем и никелем, что позволяет стали выдерживать значительные нагрузки.
• Повышенная вязкость: Благодаря никелю, сталь обладает хорошей сопротивляемостью к хрупкому разрушению.
• Износостойкость: Хром повышает твердость и износостойкость стали, что особенно важно для деталей, подверженных трению и абразивному износу.
• Прокаливаемость: Легирующие элементы обеспечивают глубокую прокаливаемость, что позволяет получать высокую прочность по всему сечению детали.
• Улучшенная обрабатываемость: Несмотря на высокую прочность, сталь 40ХГНМ относительно хорошо поддается механической обработке.
• Свариваемость: Ограниченно свариваемая. Рекомендуется предварительный подогрев и последующая термообработка.
• Коррозионная стойкость: Не является нержавеющей, требует защиты от коррозии.

Химический состав стали 40ХГНМ

Химический состав стали 40ХГНМ строго регламентируется ГОСТ 4543-71. Ниже приведена таблица с указанием процентного содержания элементов:

Элемент	% (по массе)
Углерод (C)	0.36 - 0.44
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.70 - 1.00
Никель (Ni)	1.25 - 1.75
Хром (Cr)	0.80 - 1.10
Медь (Cu)	≤ 0.30
Сера (S)	≤ 0.025
Фосфор (P)	≤ 0.025
Ванадий (V)	≤ 0.15

Расшифровка обозначения:

• 40: Указывает на содержание углерода в сотых долях процента (0.40%).
• Х: Обозначает наличие хрома.
• Г: Обозначает наличие марганца.
• Н: Обозначает наличие никеля.
• М: Обозначает наличие молибдена (хоть он и не входит в состав регламентированный ГОСТом, он может добавляться для улучшения свойств).

Механические свойства стали 40ХГНМ

Механические свойства стали 40ХГНМ зависят от режима термической обработки. Приведем примерные значения для стали после закалки и отпуска:

Свойство	Значение
Предел прочности (временное сопротивление), σв, МПа	980 - 1270
Предел текучести, σт, МПа	780 - 1080
Относительное удлинение, δ5, %	12 - 18
Относительное сужение, ψ, %	40 - 50
Ударная вязкость, KCU, Дж/см2	50 - 80
Твердость по Бринеллю, HB	280 - 360

Расшифровка обозначений:

• σ_в: Предел прочности – напряжение, при котором происходит разрушение материала.
• σ_т: Предел текучести – напряжение, при котором начинается пластическая деформация материала.
• δ₅: Относительное удлинение – процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к его первоначальной длине.
• ψ: Относительное сужение – процентное уменьшение площади поперечного сечения образца после разрыва по отношению к его первоначальной площади.
• KCU: Ударная вязкость – характеристика сопротивления материала хрупкому разрушению при ударных нагрузках.
• HB: Твердость по Бринеллю – показатель сопротивления материала вдавливанию индентора (шарика) под определенной нагрузкой.

Физические свойства стали 40ХГНМ

Свойство	Значение
Плотность, ρ, кг/м3	7850
Модуль упругости, E, ГПа	205 - 210
Коэффициент Пуассона, ν	0.28
Теплопроводность, λ, Вт/(м·К)	30 - 40
Удельная теплоемкость, c, Дж/(кг·К)	460 - 480
Температура плавления, °C	1420 - 1460

Расшифровка обозначений:

• ρ: Плотность – масса вещества в единице объема.
• E: Модуль упругости – характеристика сопротивления материала упругой деформации.
• ν: Коэффициент Пуассона – отношение относительной поперечной деформации к относительной продольной деформации.
• λ: Теплопроводность – способность материала проводить тепло.
• c: Удельная теплоемкость – количество тепла, необходимое для нагревания единицы массы вещества на один градус.

Сферы применения стали 40ХГНМ

Благодаря своим высоким механическим свойствам, сталь 40ХГНМ широко используется в различных отраслях промышленности:

• Машиностроение: Изготовление ответственных деталей, работающих при высоких нагрузках и износе: валы, шестерни, зубчатые колеса, оси, коленчатые валы, шатуны, кулачки, плунжеры, штоки, крепежные элементы (болты, гайки).
• Автомобилестроение: Производство деталей трансмиссии, подвески, рулевого управления и других узлов, подверженных высоким нагрузкам.
• Авиационная промышленность: Изготовление деталей авиационных двигателей и шасси.
• Нефтегазовая промышленность: Производство бурового оборудования, насосов и других деталей, работающих в агрессивных средах.
• Металлургия: Производство прокатных валков, изложниц и другого оборудования.
• Энергетика: Изготовление роторов турбин, валов генераторов и других деталей энергетического оборудования.
• Транспортное машиностроение: Производство осей вагонов и локомотивов, деталей подвижного состава.

Виды металлопроката из стали 40ХГНМ

Сталь 40ХГНМ поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используемый для изготовления валов, осей, крепежных элементов и других деталей.
• Квадрат: Используется для изготовления деталей квадратной формы, а также для последующей механической обработки.
• Полоса: Используется для изготовления плоских деталей, а также для сварных конструкций.
• Лист: Используется для изготовления корпусов, обшивок и других конструкций.
• Трубы: Используются для транспортировки жидкостей и газов, а также для изготовления конструкций.
• Поковки: Используются для изготовления деталей сложной формы, требующих высокой прочности.
• Штамповки: Используются для массового производства деталей сложной формы.

ГОСТы, регламентирующие сталь 40ХГНМ и металлопрокат из нее

Сталь 40ХГНМ и металлопрокат из нее регламентируются следующими ГОСТами:

• ГОСТ 4543-71: Сталь легированная конструкционная. Марки. (Определяет химический состав, механические свойства и другие характеристики стали 40ХГНМ).
• 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 19281-2014: Прокат толстолистовой и широкополосный из сталей общего назначения. Технические условия.
• ГОСТ 8734-75: Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент.
• ГОСТ 8732-78: Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент.
• ГОСТ 8479-70: Поковки из конструкционной легированной стали. Общие технические условия.
• ГОСТ 7505-89: Поковки стальные штампованные. Общие технические условия.

Необходимо отметить, что это не исчерпывающий список ГОСТов, и в зависимости от конкретного вида металлопроката и области применения могут применяться и другие нормативные документы.

Операции в цехах с использованием стали 40ХГНМ

Сталь 40ХГНМ широко используется в различных цехах металлургических и машиностроительных предприятий. Вот некоторые примеры операций, где применяется этот материал:

• Механическая обработка (механические цеха):
  • Токарная обработка: Изготовление валов, осей, зубчатых колес и других деталей вращения.
  • Фрезерная обработка: Изготовление корпусных деталей, пазов, канавок и других сложных элементов.
  • Сверление: Создание отверстий для крепежа и других целей.
  • Шлифовка: Достижение высокой точности размеров и шероховатости поверхности.
  • Зубонарезание: Изготовление зубчатых колес и других зубчатых элементов.
• Термическая обработка (термические цеха):
  • Закалка: Повышение твердости и прочности стали.
  • Отпуск: Снятие внутренних напряжений после закалки и придание стали необходимых свойств.
  • Нормализация: Улучшение структуры стали и повышение ее обрабатываемости.
  • Цементация: Насыщение поверхностного слоя стали углеродом для повышения твердости и износостойкости.
  • Азотирование: Насыщение поверхностного слоя стали азотом для повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости.
• Литейное производство (литейные цеха):
  • Изготовление отливок сложных форм, требующих высокой прочности и износостойкости.
• Кузнечно-прессовое производство (кузнечные цеха):
  • Ковка: Изготовление поковок различной формы и размеров.
  • Штамповка: Изготовление штампованных деталей массового производства.
• Сварочное производство (сварочные цеха):
  • Сварка конструкций из стали 40ХГНМ (требуется предварительный подогрев и последующая термообработка).
• Инструментальное производство (инструментальные цеха):
  • Изготовление штампов, пресс-форм и другого инструмента для машиностроения.
• Ремонтное производство (ремонтные цеха):
  • Восстановление изношенных деталей оборудования.

В заключение, сталь 40ХГНМ – это высококачественный конструкционный материал, обладающий широким спектром применения. Ее уникальные свойства делают ее незаменимой во многих отраслях промышленности, где требуется высокая надежность и долговечность деталей. При выборе стали 40ХГНМ для конкретного применения необходимо учитывать требования к механическим свойствам, условиям эксплуатации и технологическим возможностям производства.