Сталь 40х відноситься до конструкційних легованих сплавів. Слово «конструкційна» вказує на те, що матеріал використовується для виготовлення різноманітних механізмів, конструкцій і деталей, що застосовуються в машинобудуванні і будівництві, і володіє певним набором хімічних, фізичних і механічних властивостей.
Хімічний склад
Цифра 40 в маркуванні свідчить про те, що процентний вміст вуглецю в сплаві коливається в межах від 0.36 до 0.44, а буквене позначення х вказує на наявність легуючого елемента хрому в кількості не менше 0.8 і не більше 1.1 відсотка. Легування стали хромом надає їй властивість стійкості до корозії в окислювальному середовищі й атмосфері. Говорячи іншими словами, сталь набуває нержавіючі властивості. Крім того, хром визначає структуру сплаву, його технологічні і механічні характеристики.
Решта хімічні елементи входять до складу стали х 40 в такій кількості:
- не більше 97% заліза;
- 0, 5 - 0, 8% марганцю;
- 0, 17 - 0, 37% кремнію;
- не більше 0, 3% міді;
- не більше 0, 3% нікелю;
- не більше 0, 035% фосфору;
- не більше 0, 035% сірки.
Фізичні характеристики
Майже всі фізичні властивості металів прямо або обернено пропорційно залежать від температури. Такі показники, як питомий опір, коефіцієнт лінійного розширення і питома теплоємність зростають з ростом температури, а щільність стали, її модуль пружності і коефіцієнт теплопровідності, навпаки, падають при збільшенні температури.
Ще одна фізична характеристика, звана масою, яка не залежить практично ні від чого. Зразок можна піддавати термічній обробці, охолоджувати, обробляти, надавати йому різну форму, а маса при цьому буде залишатися величиною незмінною.
Фізичні показники всіх відомих марок вітчизняних сталей і сплавів, в тому числі і описуваної марки, зведені в таблиці і розміщені в довідниках з металознавства.
Вплив термічної обробки на якість
Сталь в початковому стані являє собою досить пластичну масу і піддається обробці шляхом деформування. Її можна кувати, штампувати, вальцювати.
Для зміни механічних властивостей і досягнення необхідних якостей застосовується термічна обробка металу. Суть термічної або теплової обробки полягає в застосуванні сукупності операцій по нагріванню, витримці і охолодженню твердих металевих сплавів. В результаті такої обробки сплав змінює свою внутрішню структуру і набуває певні, необхідні виробнику і споживачеві, властивості.
критичні точки
Критичні точки - це температури, при яких змінюється структура сталі і її фазовий стан. Обчислені в 1868 році російським металургом і винахідником Дмитром Костянтиновичем Черновим, тому іноді їх називають точками Чернова.
Позначають такі точки буквою А. Нижня точка А1 відповідає температурі, при якій аустеніт перетворюється в перліт при охолодженні або перліт в аустеніт при нагріванні. Точка А3 - верхня критична точка, відповідна температурі, при якій починається виділення фериту при охолодженні або закінчується його розчинення при нагріванні.
Якщо критична точка визначається при нагріванні, то до букви «А» додається індекс «с», а при охолодженні - індекс «r».
Для даної стали визначена наступна температура критичних точок:
- 743 * С - АС1;
- 815 * С - Ас3;
- 730 * C - Аr3;
- 693 * C - Ar1.
Алгоритм термообробки сталі і сплавів:
отжиг:- гарт;
- відпустку;
- нормалізація;
- старіння;
- кріогенна обробка.
Термообробка для стали 40х. Характеристика температурного режиму відповідно до вимог ГОСТ 4543-71:
- гарт стали 40х в масляному середовищі при температурі 860 * С;
- відпустку в воді або маслі при температурі 500 * С.
В результаті такої термічної обробки дана сталь набуває підвищену твердість (число твердості НВ не більше 217), високий межа міцності при розриві (980 Н / м2) і ударну в'язкість 59 Дж / см2.
межа плинності
Говорячи про механічні властивості, потрібно обов'язково згадати про таку важливу характеристику, як межа плинності. Якщо прикладене навантаження занадто велика, то конструкція або її деталі починають деформуватися і в металі виникають не пружні (повністю зникають, оборотні), а пластичні (незворотні залишкові) деформації. Говорячи іншими словами, метал «тече».
Межа плинності - це межа між пружними і упругопластические деформаціями. Значення межі текучості залежить від безлічі факторів: режиму термічної обробки, наявність домішок і легуючих елементів в сталі, мікроструктури і типу кристалічної решітки, температури.
У металознавстві розрізняють поняття фізичного і умовної межі текучості.
Фізичний межа плинності - це таке значення напруги, при якому деформація зразка збільшується без збільшення прикладеного навантаження. У довідниках ця величина позначається σт і для марки 40х її значення не менше 785 Н / мм 2 або 80 кгс / мм2.
Слід зазначити, що пластичні (незворотні) деформації з'являються в металі не миттєво, а наростають поступово, зі збільшенням прикладеного навантаження. Тому, з точки зору технології, доречніше застосування терміна «умовний (технічний) межа плинності».
Умовним (або технічним) межею плинності називається напруга, при якому дослідний зразок отримує пластичне (необоротне) подовження своєї розрахункової довжини на 0.2%. У таблицях ця величина позначається як σ 0, 2 і для стали 40х становить:
- при температурі від 101 до 200 * С - 490 МПа;
- при температурі від 201 до 300 * С - 440 МПа;
- при температурі від 301 до 500 * С - 345 МПа.
технологічні характеристики
Підводячи підсумок, можна охарактеризувати сталь 40х як твердий і міцний матеріал, що витримує великі навантаження без руйнувань. ПК числі позитивних властивостей відносяться:
- стійкість до температурних коливань;
- відмінні корозійні властивості;
- високі показники міцності.
Поряд з цими якостями, у даного матеріалу є, на жаль, і недоліки. До них відносяться:
- труднощі при зварюванні;
- схильність до відпускної крихкості;
- чутливість до утворення флокенов.
Після підігріву з наступною термообробкою описувана сталь піддається ручного дугового зварювання (РДС) і електрошлакового зварювання (ЕШС). Якщо застосовується контактна точкове зварювання (КТС), то необхідна подальша термічна обробка.
Повільне охолодження конструкційної легованої сталі 40х після відпустки призводить до її крихкості. Цей недолік відсутній при швидкому охолодженні, але в цьому випадку можуть виникнути внутрішня напруга, що викликають деформацію.
Флокеночутливість - це схильність металу до утворення внутрішніх дефектів (порожнин і тріщин), так званих флокенов. Для усунення цього недоліку сплав вакуумують ковші з одночасним продуванням аргоном і електродуговим підігрівом.
асортимент металопрокату
Сталь 40х виробляється і постачається на ринок в наступному вигляді:
- сортовий прокат (в тому числі фасонний) по ГОСТам 4543-71, 2591-2006, 2590-2006, 10702-78 і 2879-2006;
- Серебрянка і шліфований пруток по ГОСТу 14955-77;
- пруток калібрований по ГОСТам 8559-75, 7417-75, 1051-73 і 8560-78;
- смуга по ГОСТам 82-70, 103-2006 і 1577-93;
- труби по ГОСТам 13663-86, 8731-74, 8733-74;
- поковки по ГОСТу 8479-70;
- лист товстий по ГОСТам 19903-74і1577-93.
Відомо достатню кількість вітчизняних (40ХР, 40ХС, 40ХН, 40ХФ, 38ХА, 45Х) і зарубіжних аналогів описуваної марки стали.
Область застосування
Завдяки своїм властивостям сталь 40х широко застосовується в різних галузях промисловості. Її використовують при виготовленні кулачкових і колінчастих валів, осей та піввісь, штоків, плунжеров, вал-шестернею, шпинделів, кілець, оправок, болтів, рейок, втулок та інших деталей, до міцності яких пред'являються підвищені вимоги. Також використовується ця сталь для виготовлення конструкцій, експлуатованих в умовах низьких температур зовнішнього середовища, наприклад, при спорудженні авто- і залізничних мостів в північних широтах.