Физические и механические свойства Стали 40Х
Сталь плохо поддается сварке. Чтобы сваривать детали из этой стали их вначале нагревают, далее сваривают методом ручной дуговой сварки или электрошлаковой сварки. Далее сваренные заготовки подвергают термообработке.
И так какие же физические и механические свойства стали?
- Стали 40Х присуща высокая твердость. Этот параметр поддается изменению путем термообработки.
- Удельный вес следующая важная характеристика. Для стали 40Х эта величина равна 7820 кг/кг*м3.
- Твердость по Бринеллю для стали 40Х в идеале равна 217 Мпа.
Физические свойства Сталь40Х. Фото
Механические свойства Сталь 40Х. Фото
Вообще сталь после непосредственной выплавки представляет собой достаточно пластичную структуру. Ее можно деформировать множеством различных способов. Ковать, штамповать, вальцевать. Давайте рассмотрим это подробнее:
- Металлы нередко подвергают ковке. Температура ковки разная для разных сплавов, и это еще один важный параметр. Для стали 40Х начальная температура ковки равна 1250 градусов по Цельсию. Завершающая температура равна 800 градусам. Небольшие изделия допускается охлаждать на открытом воздухе.
- Поковка стали залог прочности будущего изделия. До поковки металл должен подвергнуться ковке или штамповке. Штамповкой достигается наибольшая точность обработки заготовки. Штамповка может быть горячей либо холодной. После штамповки стоимость готового изделия значительно уменьшается. Это происходит благодаря тому, что сокращаются металлические отходы и затраты времени. Ковка не позволяет получить достаточную точность обработки, соответственно увеличиваются затраты. Но необходимо отметить, что в этом случае мы получаем изделие с лучшими качествами. Металл после ковки становится более гибким и прочным.
- Для получения дополнительных характеристик заготовки подвергают отпуску. Отпуском называют нагрев ниже температуры плавления. В частности отпуск делает металл более пластичным. Как нежелательный эффект можно получить снижение пластичности после данной обработки. Это называется отпускной хрупкостью. Сталь 40Х не характеризуется отпускной хрупкостью. Однако она не лишена склонности к образованию флокенов. Флокенами называют деформации, которые образуются при литье металлов. Проще говоря это разрывы.
Область применения
Металлопрокат стали 40Х получил широкое применение в машиностроительных отраслях для производства изделий повышенной прочности и выносливости при воздействии интенсивных нагрузок:
- труб для отопительных систем;
- дисков, роторов для паровых турбин;
- коленчатых и кулачковых валов;
- крепежных деталей.
Листовую сталь используют:
- для холодной и горячей штамповки;
- обшивки каркасных конструкций.
Из прутков, изготовленных по ГОСТу 5950-2000, производят инструменты, применяющиеся в условиях небольших скоростей и температур, не превышающих 2 тыс. градусов.
Для изготовления основных деталей арматуры атомных станций
Сплав поставляется в виде кускового металла, обработанного горячим штампованием или в форме крепежных изделий. Применение конечного продукта при температуре свыше +500°С не допускается.
Арматура для атомных станций также изготавливается из стали
Металл деталей теряет свои свойства и не рекомендован к применению при температуре ниже -60°С. Не допускается использовать детали сечением более 30 мм и прочностью менее 1000 Н. Требуются два этапа обработки — прокаливание и отпуск.
Детали арматуры, изготавливаемые из стали
Для изготовления шпинделей и штоков
Материал поставляется в форме сортового проката. Конечный продукт допускается к использованию в температурных пределах -40…+450°С при условии прокаливания.
Шпиндель, изготовленный из стали
Для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок
Форма поставки — кусковой металл, прошедший горячее штампование или прокатные заготовки. Сплав сохраняет структуру и свойства при температуре окружающей среды -40…+450°С.
При использовании для блоков и стволов арматуры, нижний температурный порог составляет -30°С. Допускаются к применению заготовки, улучшенные прокаливанием и высоким отпуском, не подвергавшиеся сварке.
Фланец из стали
Для крепежных деталей арматуры
Нижняя граница допустимой температуры среды составляет -60…-40°С. Каждый образец продукции подвергается испытанию по Шарпи на удар маятникового копра в месте напротив надреза. Результат считается положительным, если показатель вязкости к действию ударной нагрузки равен или превышает 300 кДж/м.
Крепежные детали из стали
Характеристики
К числу характеристик стали 40х относят:
- твёрдость;
- плотность;
- предел текучести/прочности;
- ударную вязкость и пр.
Твердость
Твёрдость стали (hb – hrc) может выражаться в разных числовых значениях, в зависимости от шкалы измерения:
- По Роквеллу — методика основана на измерении глубины проникновения индентора (твёрдого наконечника) в исследуемый материал. Твёрдость по этой шкале составляет 217 МПа.
- По Бринеллю — индентор вдавливают в образец металла в течение 2-8 секунд (нагрузка — плавно нарастающая) и измеряют диаметр получившегося отпечатка. В качестве инденторов применяют шарики из прочных сплавов диаметром от 1 до 10 мм. Твёрдость стали 40х по Бринеллю равна 187 МПа.
- В состоянии плавки — твёрдость в период плавления колеблется в пределах 18 МПа.
Плотность
Плотность стали 40х равна 7820 кг/м³. Плотность вещества является постоянной величиной, и измеряется при помощи гидростатического метода — образец взвешивают в воздухе, а потом в воде, и вычисляют его плотность (отношение массы тела к объёму). Жидкость, используемая в качестве измерения, должна хорошо смачивать материал, но при этом не вступать с ним в реакцию. Поэтому для взвешивания применяют дистиллированную воду.
Марка
Возможные заменители — 45Х, 38ХА, 40ХС и др. Класс: конструкционная легированная. Вид и состояние поставки:
- сортовой прокат (в т. ч. фасонный);
- пруток и серебрянка;
- лист толстый;
- трубы и т. д.
Термин «конструкционная» указывает на то, что металл используется для изготовления различных конструкций, механизмов и деталей, например, в сфере строительства и машиностроения.
Химический состав
Цифра «40» присутствует в марочнике неслучайно, указывая на процентное содержание углерода в сплаве (от 0,36 до 0,44). А буква «Х» свидетельствует о наличии хрома (от 0,8 до 1,1%). Также в химсоставе присутствуют и другие химические элементы:
- железо — около 97%;
- кремний — не более 0,37%;
- марганец — до 0,8%;
- никель — 0,3;
- сера — всего 0,035%;
- фосфор — 0,035%;
- медь — около 0,3%.
Предел прочности
Под пределом прочности понимают такое механическое напряжение, выше которого материал разрушается или деформируется. Максимальная прочность стали в момент сгиба составляет 509 МПа, а при временном сопротивлении — 960 МПа.
Этот показатель измеряется с помощью испытаний на растяжение и деформацию. При этом устанавливают не только предел прочности, но и удлинение, временное сопротивление и др.
Предел текучести
Физический предел текучести — это значение напряжения, при котором деформация испытываемого материала увеличивается без дополнительной нагрузки. Предел текучести стали 40х равен 785 Н/мм2. На конечный результат влияют различные факторы:
- толщина металла;
- режим термообработки;
- наличие примесей в составе продукта;
- дефекты кристаллической решётки и т. д.
Прочность
Прочность — это стойкость металла к воздействию внешних нагрузок. Чтобы узнать, какая прочность стали, проводят испытания на специальных машинах с разной мощностью. Последние состоят из нагружающего механизма, создающего усилие, и бывают механическими и гидравлическими.
Ударная вязкость
Ударная вязкость данной марки составляет 400 – 850 кДж/кв. м. Предел прочности на разрыв равен 980 Н/м2. Под ударной вязкостью понимают способность металла поглощать механическую энергию, образующуюся в процессе разрушения и деформации.
Температура эксплуатации
Средняя температура эксплуатации стали 40х — минус 40 градусов. Максимально допустимая температура — плюс 425 градусов. Это важные показатели характеристики применения материала в комфортных для металлических изделий условиях. Значения выше или ниже могут привести к процессам разрушения и деформации.
Механические свойства
Вот механические свойства стали 40х в зависимости от закалки при температуре 860 градусов в масле и температурой отпуска, равной 500 градусов:
- Предел текучести — в пределах 785 МПа.
- Временное сопротивление — 980 МПа.
- Минимальное относительное удлинение — не более 10%.
- Относительное сужение — 45%.
Отпускная хрупкость
Отпускная хрупкость — это особое состояние сплава, характеризующееся небольшим значением ударной вязкости. При нормальных условиях этот показатель на оказывает влияния на механические свойства стали.
Специалисты дают описание 2 видов отпускной хрупкости:
- Первая — подразумевает температуры 250-35- градусов.
- Вторая — отпуск при температурах выше 500 градусов.
Следовательно, в первом случае материал будет более прочным, во втором — более хрупким.
Расшифровка стали 40Х
На территории СНГ применяется стандарт ГОСТ 4543-2016, который позволяет определить не только химический состав, но и различные эксплуатационные качества материала.
Сталь 40Х ГОСТ определяет следующие вещества в составе:
- Первая цифра 40 применяется для обозначения основного элемента в составе, которым является углерод. Как правило, большая часть состава приходится на железо, а углерод, концентрация которого составляет 0,44%, определяет основные эксплуатационные характеристики.
- Следующая буква Х указывает на то, что в составе есть легирующий элемент, представленный хромом. Отсутствие цифры после буквы указывает на то, что концентрация элемента составляет 1,1%. Как ранее было отмечено, хром повышает коррозионную стойкость структуры. Однако, рассматриваемая марка стали 40Х не характеризуется высокими антикоррозионными качествами.
- Рассматривая 40Х ГОСТ отметим, что в состав входит довольно большое количество никеля, кремния и марганца. Они определяют некоторые эксплуатационные характеристики металла, но они не отмечаются в маркировке.
Расшифровка позволяет определить химический состав и основные эксплуатационные качества материала. Стоит учитывать, что зарубежные производители применяют иные стандарты при маркировке материалов, но химический состав у аналогов примерно схожий.
https://youtube.com/watch?v=WNzjCyHQego
Подробно о нагреве металла
Если следовать технологии, то закалка металла требует проведения 3 этапов:
- Нагрев стали;
- Выдержка. Благодаря выполнению этой операции удается довести до конца все структурные превращения и обеспечить выполнение сквозного прогрева;
- Охлаждение.
Если приходится иметь дело с конструкциями, выполненными из углеродистых сталей, то их закалку проводят в камерных печах. Особенностью этой процедуры является отсутствие необходимости в предварительном подогреве. Это связано со способностью материала прекрасно переносить такие неприятные явления, как коробление и растрескивание. Если необходимо закаливать такие сложные конструкции, как резкие переходы и тонкие грани, то здесь без предварительного подогрева не обойтись. Подобная процедура может быть выполнена двумя способами:
- С использованием соляных печей, в которые заготовку нужно погрузить на 3-4 секунды в три приема;
- При помощи отдельных печей, в которых следует создать температурный режим 400- 500 градусов Цельсия.
Важным моментом закалки металла является то, что эта процедура должна проводиться при равномерном нагреве. Бывает так, что в течение одного приема такую задачу невозможно решить. В этом случае следует выдержать условия для проведения сквозного прогрева
Особое внимание следует уделить количеству изделий, которые планируется закаливать. С увеличением их количества необходимо увеличивать длительность их прогрева. Скажем, если закалке будет подвергаться дисковая фреза, имеющая диаметр 2,4 см, то ее необходимо нагревать в течение 13 минут
Если подобной обработке планируется подвергать десяток аналогичных изделий, то время нагрева должно быть увеличено до 18 минут
Скажем, если закалке будет подвергаться дисковая фреза, имеющая диаметр 2,4 см, то ее необходимо нагревать в течение 13 минут. Если подобной обработке планируется подвергать десяток аналогичных изделий, то время нагрева должно быть увеличено до 18 минут.
Область применения Стали 40Х
Материал плохо поддается сварке. Однако все же приходится иногда сваривать изделия. Для этого их предварительно нагревают. Это позволяет получать достаточно прочный шов.
Трудности при сварке однако не мешают широкому применению стали 40Х.
Применение Стали 40Х. Фото
Достоинств у нее гораздо больше, по-этому приминение Стали 40Х широкое:
- Из данного сплава изготавливается стальной сортовой прокат. Это продукция из стали представленная различными поперечными сечениями. В основном этот вид проката используется для обработки на токарных и токарно-фрезерных станках.
- Калиброванные и шлифованные прутки из стали 40Х. Когда необходима высокая точность сечения прутка используют калиброванные на металлургических предприятиях изделия. Этот вид проката отличается соблюдением размеров (возможна даже микронная точность) по всей длине изделия. В дополнение к этому высокое качество обработки поверхности.
- Лист стали 40Х. Отличается повышенной прочностью, что определяет его использование для изготовления деталей работающих под высокой нагрузкой. Благодаря высокой сопротивляемости нагрузкам лист стали 40Х находит применение в ракетостроении и химической промышленности. Это исключительно популярный вид металлопроката. Его легко получить, а далее путем термической обработки добиться нужных свойств. Это облегчает процесс производства, так как отпадает необходимость искать и отливать дорогие и редкие легированные сплавы.
- Шестигранник сталь 40Х. Прутки определенной геометрической формы востребованы в разных отраслях промышленности. В частности пруток с сечением в форме шестигранника. Изделие очень востребовано благодаря своим уникальным свойствам. Эта форма удобна для изготовления шпилек, болтов, гаек, прочих видов крепежа. Крепеж из стали 40Х способен работать в особо нагруженных механизмах при не очень благоприятных условиях. Шестигранник очень востребован в автомобильной промышленности. Из него изготавливают оси, плунжеры (цилиндрические поршни), валы, штоки, другие сильно нагруженные детали машин. Ниже на видео наведен пример изготовления болтов и гаек:
- Круг из стали 40Х. Там где требуется сопротивление деформирующим нагрузкам находит применение прокат в виде круглых прутков из стали 40Х. Его часто применяют для изготовления вращающихся деталей: силовых валов, осей и полуосей машин, штоков. Строители очень нуждаются в надежном материале для связи и крепления элементов конструкций, которые должны быть особо надежными. Здесь и находит применение круг из стали 40Х. Предприятия могут отпускать прокат уже нарезанным на куски нужной длины, что несомненно также способствует его широкому применению.
- Серебрянка. Часто изделию не требуется дополнительная обработка поверхности. Это могут быть например отвертки, сверла, другие инструменты. Некоторые музыкальные инструменты также изготавливаются с использованием серебрянки, в частности треугольник. Серебрянку получают волочением стали (или прокатом). Верхний слой металла шлифуется, иногда его даже и полируют. Таким образом получается круглая калиброванная сталь диаметром до 30 мм.
- Следующая важная область применения, изготовление самых разных труб. Разумеется трубы из стали 40Х используются везде где есть потребность в трубах. Это ЖКХ, химическое оборудование, судостроение, котельные, автомобилестроение, трубопроводы. Список можно долго продолжать.
Химический состав стали.
Основные показатели химического состава Стали 40Х оговорены в её маркировке – от 0,36 до 0,44%, а буква Х означает присутствие легирующего элемента – хрома, доля которого в составе от 0,8 до 1,1%. Ниже приведён полный состав:
- железо (Fe) – до 97%;
- кремний (Si) – от 0,17 до 0,37%;
- марганец (Mn) – от 0,5 до 0,8%;
- никель (Ni) – до 0,3%;
- сера (S) – до 0,035%;
- фосфор (P) – до 0,035%;
- хром (Cr) – от 0,8 до 1,1%;
- медь (Cu) – lдо 0,3%;
Существующие ГОСТы на Сталь 40Х.
Ввиду большого разнообразия существующего проката и заготовок из Стали 40Х, качество и характеристики всего выпускаемого ассортимента регламентируются следующими ГОСТами:
- круг Саль 40Х ГОСТ 2590-2006 (ГОСТ 2590-88) круг (пруток) стальной горячекатаный;
- круг Сталь 40Х ГОСТ 7417-75 круг (пруток) калиброванный;
- круг Сталь 40Х ГОСТ 14955-77 круг (пруток) со специальной отделкой поверхности (серебрянка);
- шестигранник Сталь 40Х ГОСТ 2879-2006 (ГОСТ 2879-88) шестигранник горячекатаный;
- шестигранник Сталь 40Х ГОСТ 8560-78 шестигранник калиброванный;
- лист Сталь 40Х ГОСТ 19903-74 прокат листовой горячекатаный;
Сталь 40Х. Механические свойства.
| ГОСТ | Состояние поставки, режим термообработки | Сечение, мм | КП | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (кДж / м2) | НВ, не более |
| 4543-71 | Пруток. Закалка 860 °С, масло. Отпуск 500 °С, вода или масло | 25 | 780 | 980 | 10 | 45 | 59 | ||
| 8479-70 | Поковки: | 500-800 | 245 | 245 | 470 | 15 | 30 | 34 | 143-179 |
| нормализация | 300-500 | 275 | 275 | 530 | 15 | 32 | 29 | 156-197 | |
| закалка, отпуск | 500-800 | 275 | 275 | 530 | 13 | 30 | 29 | 156-197 | |
| нормализация | до 100 | 315 | 315 | 570 | 17 | 38 | 39 | 167-207 | |
| 100-300 | 14 | 35 | 34 | ||||||
| закалка, отпуск | 300-500 | 315 | 315 | 570 | 12 | 30 | 29 | 167-207 | |
| 500-800 | 11 | 30 | 29 | ||||||
| нормализация | до 100 | 345 | 345 | 590 | 18 | 45 | 59 | 174-217 | |
| 100-300 | 345 | 17 | 40 | 54 | |||||
| 300-500 | 14 | 38 | 49 | ||||||
| закалка, отпуск | до 100 | 395 | 395 | 615 | 17 | 45 | 59 | 187-229 | |
| 100-300 | 15 | 40 | 54 | ||||||
| 300-500 | 13 | 35 | 49 |
Механические свойства в зависимости от сечения
| Сечение, мм | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ4 (%) | ψ % | KCU (кДж / м2) | HB |
| Закалка 840-860 °С, вода, масло. Отпуск 580-650 °С, вода, воздух. | ||||||
| 101-200 | 490 | 655 | 15 | 45 | 59 | 212-248 |
| 201-300 | 440 | 635 | 14 | 40 | 54 | 197-235 |
| 301-500 | 345 | 590 | 14 | 38 | 49 | 174-217 |
Механические свойства Стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
| Температура отпуска, °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (кДж / м2) | HB |
| 200 | 1560 | 1760 | 8 | 35 | 29 | 552 |
| 300 | 1390 | 1610 | 8 | 35 | 20 | 498 |
| 400 | 1180 | 1320 | 9 | 40 | 49 | 417 |
| 500 | 910 | 1150 | 11 | 49 | 69 | 326 |
| 600 | 720 | 860 | 14 | 60 | 147 | 265 |
Механические свойства при повышенных температурах
| Температура испытаний, °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (кДж / м2) |
| Закалка 830 °С, масло. Отпуск 550 °С | |||||
| 200 | 700 | 880 | 15 | 42 | 118 |
| 300 | 680 | 870 | 17 | 58 | |
| 400 | 610 | 690 | 18 | 68 | 98 |
| 500 | 430 | 490 | 21 | 80 | 78 |
| Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм кованый и отожжённый. Скорость деформирования 5 мм/мин, скорость деформации 0,002 1/с | |||||
| 700 | 140 | 175 | 33 | 78 | – |
| 800 | 54 | 98 | 59 | 98 | |
| 900 | 41 | 69 | 65 | 100 | |
| 1000 | 24 | 43 | 68 | 100 | |
| 1100 | 11 | 26 | 68 | 100 | |
| 1200 | 11 | 24 | 70 | 100 |
Предел выносливости
| σ-1, МПА | J-1, мПа | n | Состояние стали |
| 363 | 240 | 106 | σв=690 МПа |
| 470 | 106 | σв=690 МПа | |
| 509 | 5*106 | σ0,2=690 МПа, σв=690 МПа | |
| 333 | σв=690 МПа | ||
| 372 | Закалка 860 °С, масло, отпуск 550 °С |
Ударная вязкость Стали 40Х KCU (Дж/см.кв.)
| Т= +20 °С | Т= -25 °С | Т= -40 °С | Т= -70 °С | Термообработка |
| 160 | 148 | 107 | 85 | Закалка 850 °С, масло, отпуск 650 °С |
| 91 | 82 | 54 | Закалка 850 °С, масло, отпуск 580 °С |
Прокаливаемость стали по ГОСТ 4543-71
| Расстояние от торца, мм | Примечание | |||||||||
| 1,5 | 4,5 | 6 | 7,5 | 10,5 | 13,5 | 16,5 | 19,5 | 24 | 30 | Закалка 860 °С |
| 20,5-60,5 | 48-59 | 45-57,5 | 39,5-57 | 35-53,5 | 31,5-50,5 | 28,5-46 | 27-42,5 | 24,5-39,5 | 22-37,5 | Твердость для полос прокаливаемости, HRC |
Физические свойства Стали 40Х
| T (Град) | E 10- 5 (МПа) | a 10 6 (1/Град) | l (Вт/(м·град)) | r (кг/м3) | C (Дж/(кг·град)) | R 10 9 (Ом·м) |
| 20 | 2,14 | 7820 | 210 | |||
| 100 | 2,11 | 11,9 | 46 | 7800 | 466 | 285 |
| 200 | 2,06 | 12,5 | 42.7 | 7770 | 508 | 346 |
| 300 | 2,03 | 13,2 | 42.3 | 7740 | 529 | 425 |
| 400 | 1,85 | 13,8 | 38.5 | 7700 | 563 | 528 |
| 500 | 1,76 | 14,1 | 35.6 | 7670 | 592 | 642 |
| 600 | 1,64 | 14,4 | 31.9 | 7630 | 622 | 780 |
| 700 | 1,43 | 14,6 | 28,8 | 7590 | 634 | 936 |
| 800 | 1,32 | 26 | 7610 | 664 | 1100 | |
| 900 | 26,7 | 7560 | 1140 | |||
| 1000 | 28 | 7510 | 1170 | |||
| 1100 | 28,8 | 7470 | 120 | |||
| 1200 | 7430 | 1230 |
σв | временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа |
σ0,05 | предел упругости, МПа |
σ0,2 | предел текучести условный, МПа |
δ5, δ4, δ10 | относительное удлинение после разрыва, % |
σсж0,05 сж | предел текучести при сжатии, МПа |
ν | относительный сдвиг, % |
sв | предел кратковременной прочности, МПа |
ψ | относительное сужение, % |
KCU | ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2 |
sT | предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа |
HB | твердость по Бринеллю |
HV | твердость по Виккерсу |
HRCэ | твердость по Роквеллу, шкала С |
HRB | твердость по Роквеллу, шкала В |
HSD | |
ε | относительная осадка при появлении первой трещины, % |
Jк | предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа |
σизг | предел прочности при изгибе, МПа |
Производство стали марки 40х
Этапы:
- Подготовка и плавка шихты. Нагревание жидкого металла в специальной ванне. На этом этапе происходит окисление железа, образуется его оксид. Одновременно с этим окисляются основные примеси — фосфор, марганец, кремний. Одна из главных задач этапа — удаление фосфора из состава. Для снижения его процентного содержания нужна небольшая температура ванны со шлаком, металлом. В ней должно содержаться определенное количество оксида железа.
- Кипение металлической ванны. Температура повышается постепенно. Если нагрев будет происходить быстро, начнется окисление углерода. На этом этапе снижается содержание серы в сплаве.
- Раскисление стали. Выполняется двумя способами. Первый — диффузионный. Осуществляется с помощью шлака. На его поверхность погружается измельченный алюминий, ферросилиций, ферромарганец. С помощью раскислителей оксид железа восстанавливается, его процентное содержание в сплаве уменьшается. Второй способ — осаждение. В жидкую сталь вводятся растворимые раскислители — алюминий, ферросилиций, ферромарганец. Железо восстанавливается, образуются сторонние оксиды, которые уходят в шлак.
Последний этап производства — легирование стали. В расплавленный металл вводятся определенные компоненты, которые нужны для изменения его технических характеристик.
Стальной медальон для кошки (Фото: Instagram / gravceh)
Процесс закалки
Процесс обработки высокой температурой стали 40Х и иного сплава называют закалкой. Стоит учитывать, что нагрев выполняется до определенной температуры, которая была определена путем многочисленных испытаний. Время выдержки, после которого проводится охлаждение, а также другие моменты можно узнать из специальных таблиц. Провести нагрев в домашних условиях достаточно сложно, так как в рассматриваемом случае нужно достигнуть температуры около 800 градусов Цельсия.
Химический состав стали 40Х
Результатом сильного нагрева и выдержки металла 40Х на протяжении определенного времени с последующим резким охлаждением в воде становится повышение твердости и уменьшение пластичности. При этом результат зависит от нижеприведенных показателей:
- скорости нагрева металла 40Х;
- времени выдержки;
- от скорости охлаждения.
При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.
Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.
Читать также: Схема подключения проводного звонка
Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:
- разогревается электропечь;
- следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
- время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
- завершающим этапом становится охлаждение в ванной с водой или другой жидкостью.
Определить самостоятельно момент, после которого следует охладить металл, в промышленных и домашних условиях невозможно. Именно поэтому по проведенным исследованиям было принято, что для нагрева металла в электропечах необходимо 1,5-2 минуты на один миллиметр, после чего структура может быть перегрета.
Определение твердости проводится по методу Роквелла. Улучшение, проведенное путем отпуска или закалки, можно измерить при помощи обозначения HRC. Стандартное обозначение HR, к которому проводится добавление буквы в соответствии с типом проведенного испытания. Обозначение HRC наиболее часто встречается, последняя буква означает использование алмазного конуса с углом 120 0 при испытании.
Как закалить сталь у7?
Как я уже говорил, закалка стали марки У7 производится при температуры 800-830 градусов. Нагревать топор можно на костре, в буржуйке или кирпичной печи. Как только металл перестанет магнититься, ждем еще несколько минут, а затем приступаем к закалке. Закалка производится в двух средах.
Закалка стали У7 производится при температуре 800-830°С. Нагревать топор можно на костре, в буржуйке или в кирпичной печи. Нагревая, следим за цветом металла. Когда металл перестанет магнититься, ждём ещё несколько минут до появления красного цвета, а затем приступаем к закалке. Закалка производится в двух средах. Первая среда – это вода, подогретая до 30°С. Вторая среда – это масло. В воду окунается лезвие топора на 3 – 4см.
Термическая обработка
Во многих случаях термическая обработка позволяет существенно повысить эксплуатационные качества металла. Термическая обработка стали 40Х проводится с учетом особенностей структуры. Рекомендации по выполнению подобной процедуры следующие:
- Закалка стали 40Х проводится в масляной среде. Это позволяет существенно повысить качество поверхностного слоя структуры.
- Проводимая закалка 40Х проводится с последующим охлаждением заготовки. Для этого может применяться обычная воздушная или масляная среда. Масло позволяет существенно повысить качество получаемого изделия, в то время как на воздухе охлаждение происходит при больших размерах. Применение водной среды может привести к появлению окалины и других дефектов.
- Обязательно проводится отпуск, который позволяет снизить внутренние напряжения. Отпуск проводится в масле или на воздухе.
Термообработка стали 40Х проводится в зависимости от нагрузок, на которые рассчитаны изделий. Расчет проводится в зависимости от трех критических точек. Закалка проводится при температуре 860 градусов Цельсия. Показатель часового интервала составляет 4 часа. Отпуск на воздухе может проводиться при температуре 200 градусов Цельсия, при применении масляной ванны показатель повышается до 500 градусов Цельсия. В некоторых случаях проводится нормализация стали 40Х.
При правильном проведении термической обработки твердость после закалки составляет около 217 HB. При этом внутренние напряжения существенно снижаются, за счет чего существенно продлевается срок эксплуатации получаемого изделия.
Свойства Ст 40х при повышенных температурах
В заключение отметим, что рассматриваемая сталь довольно сложна в изготовлении, за счет чего существенно повышается себестоимость. Именно поэтому легированный сплав применяется при изготовлении ответственных изделий, которые должны обладать исключительной прочностью. Поверхность характеризуется достаточно высокой устойчивостью к воздействию влаги, но при этом показатель не соответствует нержавейке. Это связано с тем, что нержавейка имеет в составе хром с концентрацией около 18%. Включение других химических элементов позволяет расширить область применения сплавов.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
| Оси, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, кулачки, зубчатые венцы, болты, полуоси, пиноли, втулки и другие детали повышенной прочности. Валы, диски и роторы паровых турбин., трубы. |
| Сортовой прокат – ГОСТ 4543-71 Поковки – ГОСТ 8479-70 Трубы – ГОСТ 8733-74 |
| C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Cu | N |
| 0,36-0,44 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | ≤0,035 | ≤0,035 | 0,8-1,1 | ≤0,3 | ≤0,3 | ≤0,008 |
| Ac1 | Ac3 | Ar1 | Ar3 |
| 743 | 815 | 693 | 730 |
| ГОСТ | Режим термообработки | Сечение, мм | σ 0,2Н/мм 2 | σ вН/мм 2 | δ ,% | Ψ , % | KCU,Дж/см 2 | HRC | HB | ||
| Операция | t, ºC | Охлаждающаясреда | не менее | ||||||||
| 4543-71 | Отжиг | 820-840 | С печью | 5-250 | Не определяются | – | ≤217 | ||||
| ЗакалкаОтпуск | 845-875450-550 | МаслоВода или масло | ≤80 | 785 | 980 | 10 | 45 | 59 | – | – | |
| 81-150 | 8 | 40 | 54 | – | – | ||||||
| 151-250 | 7 | 35 | 51 | – | – | ||||||
| 8479-70 | ЗакалкаОтпуск | 840-860550-650 | Вода или маслоВода, масло, воздух или печь | ≤100 | 490 | 655 | 16 | 45 | 59 | – | 212-248 |
| 101-300 | 490 | 655 | 13 | 40 | 54 | – | |||||
| 301-500 | 395 | 615 | 13 | 35 | 49 | – | 187-229 | ||||
| 501-800 | 315 | 570 | 11 | 30 | 29 | – | 167-207 | ||||
| НормализацияОтпуск | 850-870560-650 | ВоздухВоздух | ≤100 | 345 | 590 | 18 | 45 | 59 | – | 174-217 | |
| 101-300 | 315 | 570 | 14 | 35 | 34 | – | 167-207 | ||||
| 301-500 | 275 | 530 | 15 | 32 | 29 | – | 156-197 | ||||
| 501-800 | 245 | 470 | 15 | 30 | 34 | – | 143-179 | ||||
| 8733-74 | В термически обработанномсостоянии | – | – | Ø5-250 s=5-24 | – | 618 | 14 | – | – | – | ≤217 |
| Предел выносливости,Н/мм 2 | Термообработка | Ударная вязкость, KCU, Дж/см 2 , при t, ºС | Термообработка | ||||||
| σ -1 | τ -1 | +20 | -25 | -40 | -70 | -80 | |||
| 380230 1 | – | Закалка c 860ºC в масле, отпуск при 550 ºC | 163 | – | 151 | 109 | 87 | – | Закалка c 860 ºC в масле , отпуск при 550 ºC |
| 1 Образец с надрезом | 93 | – | 84 | – | 55 | – | Закалка c 860 ºC в масле , отпуск при 580 ºC |
| Среда | t, ºC | Скорость коррозии, мм/год |
| – | – | – |
| Ковка | Охлаждение поковок, изготовленных | ||||
| Вид полуфабриката | Температурный интервал ковки, ºС | из слитков | из заготовок | ||
| Размер сечения, мм | Условия охлаждения | Размер сечения, мм | Условия охлаждения | ||
| Слиток | 1250-800 | – | – | ≤350 | На воздухе |
| Заготовка | 1250-800 |
| Свариваемость | Обрабатываемость резанием | Флокеночувствительность |
Трудно свариваемая.Способы сварки: РД, РАД и КТ.Необходимы подогрев и последующая термообработка.
В горячекатаном состоянии при 163-168 HB и σ в=620 Н/мм 2 . Kv=1,2 (твердый сплав)Kv=0,95 (быстрорежущая сталь)
