Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 40ХМФА

Сталь конструкционная легированная 40ХМФА: описание, свойства, применение

Сталь 40ХМФА – высококачественная конструкционная легированная сталь, широко применяемая в машиностроении и других отраслях промышленности для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях высоких нагрузок, повышенных температур и износа. Уникальный химический состав и специальная термическая обработка обеспечивают стали 40ХМФА превосходные механические свойства, высокую прочность, вязкость и стойкость к усталости.

Расшифровка марки стали 40ХМФА:

Обозначение марки стали 40ХМФА расшифровывается следующим образом:

• 40 – указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента, то есть около 0,40% углерода.
• Х – указывает на наличие хрома в составе стали.
• М – указывает на наличие молибдена в составе стали.
• Ф – указывает на наличие ванадия в составе стали.
• А – указывает на то, что сталь является высококачественной (автоматной).

Отсутствие цифр после букв, обозначающих легирующие элементы, означает, что их содержание в стали находится в пределах от 1% до 1,5%.

Химический состав стали 40ХМФА (ГОСТ 4543-2016):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.37 - 0.45
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
Молибден (Mo)	0.15 - 0.25
Ванадий (V)	0.10 - 0.20
Сера (S)	до 0.025
Фосфор (P)	до 0.025
Мышьяк (As)	до 0.08
Кислород (O)	до 0.007

Влияние химических элементов на свойства стали 40ХМФА:

• Углерод (C): Основной элемент, определяющий прочность и твердость стали. Увеличение содержания углерода повышает прочность, но снижает пластичность и свариваемость.
• Хром (Cr): Повышает прочность, твердость, износостойкость и коррозионную стойкость стали. Улучшает прокаливаемость и повышает температуру отпуска.
• Молибден (Mo): Улучшает прокаливаемость, повышает прочность при высоких температурах, уменьшает отпускную хрупкость. Способствует образованию мелкозернистой структуры.
• Ванадий (V): Улучшает структуру стали, измельчает зерно, повышает прочность и ударную вязкость. Увеличивает сопротивление ползучести.
• Марганец (Mn): Раскисляет сталь, повышает прочность и твердость, улучшает прокаливаемость.
• Кремний (Si): Раскисляет сталь, повышает прочность и упругость.

Механические свойства стали 40ХМФА (ГОСТ 4543-2016):

Механические свойства стали 40ХМФА зависят от режима термической обработки. Ниже приведены типичные значения для различных состояний поставки:

Свойство	Значение	Условия
Предел прочности (временное сопротивление), σв, МПа	980 - 1270	Закалка в масло с 850 °C + Отпуск при 500 °C
Предел текучести, σт, МПа	835 - 1175	Закалка в масло с 850 °C + Отпуск при 500 °C
Относительное удлинение, δ5, %	12 - 17	Закалка в масло с 850 °C + Отпуск при 500 °C
Относительное сужение, ψ, %	45 - 55	Закалка в масло с 850 °C + Отпуск при 500 °C
Ударная вязкость, KCU, Дж/см2	59 - 98	Закалка в масло с 850 °C + Отпуск при 500 °C
Твердость по Бринеллю, HB	269 - 363	Закалка в масло с 850 °C + Отпуск при 500 °C
Критическая температура хрупкости, Тк, °C	-70 … -40	Термообработка: закалка и отпуск

Расшифровка обозначений механических свойств:

• σ_в (Предел прочности): Максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения.
• σ_т (Предел текучести): Напряжение, при котором материал начинает деформироваться пластически (необратимо).
• δ₅ (Относительное удлинение): Процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к его первоначальной длине. Характеризует пластичность материала.
• ψ (Относительное сужение): Процентное уменьшение площади поперечного сечения образца в месте разрыва по отношению к его первоначальной площади. Также характеризует пластичность материала.
• KCU (Ударная вязкость): Способность материала сопротивляться хрупкому разрушению при ударных нагрузках. Измеряется в Джоулях на квадратный сантиметр (Дж/см²).
• HB (Твердость по Бринеллю): Сопротивление материала вдавливанию индентора (шарика) под определенной нагрузкой.
• Тк (Критическая температура хрупкости): Температура, при которой материал переходит из вязкого состояния в хрупкое.

Физические свойства стали 40ХМФА:

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

Расшифровка обозначений физических свойств:

• ρ (Плотность): Масса вещества в единице объема.
• E (Модуль упругости): Мера сопротивления материала упругой деформации.
• α (Коэффициент линейного теплового расширения): Относительное изменение длины материала при изменении температуры на один градус.
• λ (Теплопроводность): Способность материала проводить тепло.
• c (Удельная теплоемкость): Количество тепла, необходимое для нагрева единицы массы вещества на один градус.
• ρ (Электрическое сопротивление): Способность материала оказывать сопротивление прохождению электрического тока.

Термическая обработка стали 40ХМФА:

Сталь 40ХМФА подвергается различным видам термической обработки для достижения требуемых механических свойств. Основные виды термообработки:

• Закалка: Нагрев до температуры 840-860°C, выдержка и быстрое охлаждение в масле или воде. Закалка обеспечивает высокую твердость и прочность.
• Отпуск: Нагрев закаленной стали до температуры 500-650°C, выдержка и охлаждение на воздухе. Отпуск снижает твердость и повышает пластичность и ударную вязкость.
• Нормализация: Нагрев до температуры 860-890°C и охлаждение на воздухе. Нормализация улучшает структуру стали и повышает ее прочность.
• Отжиг: Нагрев до температуры 750-800°C и медленное охлаждение вместе с печью. Отжиг снимает внутренние напряжения и улучшает обрабатываемость.

Свариваемость стали 40ХМФА:

Сталь 40ХМФА относится к ограниченно свариваемым сталям. Для получения качественных сварных соединений необходимы предварительный подогрев до 200-300°C, применение специальных сварочных материалов и последующая термообработка (отпуск). Рекомендуемые способы сварки: ручная дуговая сварка покрытыми электродами (РДС), аргонодуговая сварка неплавящимся электродом (TIG), механизированная сварка в защитных газах (MIG/MAG).

Области применения стали 40ХМФА:

Сталь 40ХМФА широко используется в различных отраслях промышленности для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях высоких нагрузок, повышенных температур и износа. Основные области применения:

• Авиационная промышленность: Детали авиационных двигателей (валы, диски, лопатки компрессоров), детали шасси, крепежные элементы.
• Автомобильная промышленность: Коленчатые валы, шатуны, шестерни, пружины, торсионы, детали рулевого управления.
• Энергетическое машиностроение: Роторы турбин, диски, валы, крепежные детали.
• Нефтегазовая промышленность: Детали бурового оборудования, трубопроводная арматура, крепежные элементы.
• Общее машиностроение: Шестерни, валы, оси, пружины, кулачки, крепежные детали, работающие при высоких нагрузках и температурах.
• Производство инструментов: Штампы, пуансоны, матрицы.

Виды металлопроката из стали 40ХМФА:

Сталь 40ХМФА поставляется в виде различных видов металлопроката:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используемый для изготовления валов, осей, крепежных деталей.
• Квадрат: Используется для изготовления деталей квадратной формы, крепежных элементов.
• Полоса: Используется для изготовления пружин, рессор, деталей корпусов.
• Лист: Используется для изготовления деталей корпусов, емкостей, штампованных изделий.
• Труба: Используется для изготовления трубопроводов, деталей конструкций.
• Поковки и штамповки: Используются для изготовления деталей сложной формы, требующих высокой прочности и надежности.

ГОСТы, регламентирующие сталь 40ХМФА и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 4543-2016. Сталь легированная конструкционная. Марки. Определяет химический состав, механические свойства и требования к качеству стали 40ХМФА.
• ГОСТ 2590-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. Определяет сортамент круглого проката из стали 40ХМФА.
• ГОСТ 2591-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. Определяет сортамент квадратного проката из стали 40ХМФА.
• ГОСТ 103-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. Определяет сортамент полосового проката из стали 40ХМФА.
• ГОСТ 1577-93. Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной качественной стали. Общие технические условия. Определяет требования к качеству толстолистового проката из стали 40ХМФА.
• ГОСТ 8479-70. Поковки из конструкционной легированной стали. Общие технические условия. Определяет требования к качеству поковок из стали 40ХМФА.
• ГОСТ 7417-75. Сталь калиброванная круглая. Сортамент.
• ГОСТ 7419-90. Сталь калиброванная шестигранная. Сортамент.
• ГОСТ 14955-77. Сталь качественная круглая со специальной отделкой поверхности. Технические условия.

Операции в цехах, производящих продукцию из стали 40ХМФА:

Сталь 40ХМФА используется на различных этапах производства в различных цехах, в зависимости от изготавливаемой продукции. Ниже перечислены основные операции, в которых задействована сталь 40ХМФА:

• Кузнечный цех: Изготовление поковок и штамповок. Сталь нагревается до ковочной температуры (1150-850°C) и подвергается деформации на кузнечном оборудовании (молоты, прессы).
• Механический цех: Обработка заготовок (поковок, проката) на металлорежущих станках (токарные, фрезерные, сверлильные, шлифовальные) для получения деталей требуемой формы и размеров. Включает в себя точение, фрезерование, сверление, растачивание, шлифование и другие виды механической обработки.
• Термический цех: Проведение термической обработки (закалка, отпуск, нормализация, отжиг) для придания деталям требуемых механических свойств.
• Сварочный цех: Сварка деталей из стали 40ХМФА с использованием различных способов сварки (РДС, TIG, MIG/MAG).
• Инструментальный цех: Изготовление штампов, пуансонов, матриц из стали 40ХМФА для производства штампованных изделий.
• Литейный цех: (Менее распространенно) Изготовление отливок из стали 40ХМФА для деталей сложной формы.
• Цех металлоконструкций: Изготовление металлоконструкций различного назначения, в которых сталь 40ХМФА может использоваться в качестве конструктивных элементов.

Контроль качества:

На всех этапах производства осуществляется строгий контроль качества, включающий:

• Входной контроль: Проверка химического состава и механических свойств поступающего металлопроката.
• Операционный контроль: Контроль размеров, формы и качества поверхности деталей после каждой технологической операции.
• Выходной контроль: Проверка механических свойств, микроструктуры и размеров готовых деталей.
• Неразрушающий контроль: Проведение ультразвукового, магнитопорошкового и других видов неразрушающего контроля для выявления внутренних дефектов.

Преимущества стали 40ХМФА:

• Высокая прочность и твердость
• Хорошая вязкость и ударная вязкость
• Высокая износостойкость
• Хорошая прокаливаемость
• Сохранение прочности при повышенных температурах
• Относительно хорошая обрабатываемость резанием

Недостатки стали 40ХМФА:

• Ограниченная свариваемость
• Склонность к отпускной хрупкости (при неправильном режиме отпуска)
• Более высокая стоимость по сравнению с углеродистыми сталями

 

Сталь 40ХМФА – надежный и проверенный временем материал, обладающий комплексом ценных свойств, что позволяет применять ее в самых ответственных областях машиностроения. Правильный выбор режима термической обработки и соблюдение технологических требований обеспечивают получение деталей с высокими эксплуатационными характеристиками и длительным сроком службы.