Сталь 40Х: химический состав, свойства, характеристики, термическая обработка, область применения, видео

Современный мир заполнен созданными человеком конструкциями, большинство из которых немыслимо представить и изготовить без применения особо прочных материалов. Элементы машин, зданий, инженерных сооружений таких как мосты изготавливаются из сталей. Марок сталей много, все они разные. В данной статье мы рассмотрим свойства и применение стали 40Х.

Сталь 40Х. Расшифровка

1. Процентное содержание углерода может изменяться в пределах от 0.36 до 0.44 процента. Это показано цифрой 40.
2. Буква Х говорит о присутствии хрома в составе стали. Его доля 0.8-1.1%. После соответствующей термообработки хром придает металлу стойкость к воздействию агрессивной среды, ну чаще имеется в виду вода.
3. Прочие элементы которые присутствуют в составе сплава: железо, кремний, марганец и другие. Однако они не обозначаются.

Химический состав стали

Таблица 1. Химический состав Сталь 40Х

[ultimatetables 1 /]

1. Как было упомянуто выше, содержание углерода в стали 40Х варьируется от 0.36 до 0.44 процента.
2. Доля железа, основы любой стали,  равна 97%.
3. Никеля содержится до 0.3%.
4. Процент меди в составе сплава не превышает 0.3%.
5. Из добавок больше всего содержится марганца и хрома, от 0.5 до 0.8 процента и от 0.8 до 1.1 процента соответственно.

   

6. Содержание серы и фосфора, которые ухудшают качество стали, должно быть минимальным, допускается до 0.035%.
7. Часть кремния в составе сплава может варьироватся от 0.17 до 0.37%.

   

Необходимо отметить, что никель, кремний и марганец даже в незначительных количествах способны заметно влиять на свойства стали.

Сплав нередко подвергается рафинированию. Рафинирование — это очищение металла, обычно это делается когда металл расплавлен. Существует несколько способов рафинирования. Рафинированные металлы отличаются высоким качеством за счет правильной однородной структуры.

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?

1. Стали 40Х присуща высокая твердость. Этот параметр поддается изменению путем термообработки.
2. Удельный вес следующая важная характеристика. Для стали 40Х эта величина равна 7820 кг/кг*м3.
3. Твердость по Бринеллю для стали 40Х в идеале равна 217 Мпа.

Вообще сталь после непосредственной выплавки представляет собой достаточно пластичную структуру. Ее можно деформировать множеством различных способов. Ковать, штамповать, вальцевать. Давайте рассмотрим это подробнее:

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Значительная твердость стали не позволяет обрабатывать заготовки резанием при обычных условиях. Для этого приходится разогревать металл.

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.

Достоинств у нее гораздо больше, по-этому приминение Стали 40Х широкое:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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:
5. 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.
6. 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.
7. 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.

Термическая обработка стали 40Х

В процессе термообработки можно максимально улучшить качества сплава. Причем при соблюдении параметров технологических процессов получают заданные характеристики металла.

Масло является предпочтительной средой для закалки стали 40Х. Сплав в этом случае будет иметь максимально улучшенные эксплуатационные свойства. Конечно при строгом соблюдении заданных температурных режимов:

1. Процесс нагрева заготовки при термообработке можно условно разделить на участки. На границах участков происходят важные изменения в кристаллической структуре материала. Эти точки называют критическими. Для стали 40Х выделяют четыре таких точки: при температуре 743 градуса, при 815, 730, и 693 градусах.
2. Для закалки стали 40Х возможно применение одного из трех методов, на выбор. Первый, используется единственный охлаждающий элемент. Это может быть вода, масло, порошок, другое вещество.
3. Закалка завершается этапом охлаждения заготовки. Первый, используется единственный охлаждающий элемент. Это может быть вода, масло, порошок, другое вещество. Масляное охлаждение исключает доступ кислорода и позволяет максимально сохранить качества полученного при термообработке материала. Большие размеры заготовок однако затрудняют применение масляного охлаждения. В этом случае изделия остывают на открытом воздухе. Вода в качестве хладагента может стать причиной появления окалины и других признаков разрушения металла. Второй способ подразумевает повторное охлаждение, то есть после того как заготовка побывала в воде, ее окунают в масло. Еще один метод охлаждения — с помощью струи охлаждающего металл вещества или точечный. Заготовку не охлаждают целиком, а направляют поток воды (или масла) на выбранный участок, для примера это может быть зуб зубчатого колеса.
4. По завершении термообработки обязательно осуществляется отпуск. Об отпуске мы рассказывали выше, эта операция позволяет снизить внутренние напряжения металла и сделать его более пластичным. Это значительно продлевает срок эксплуатации изделий из металла.

Существует вероятность появления различных дефектов в процессе термической обработки сплава. Чтобы их избежать и сделать их проявление минимальным металл защищают в течение обработки.

Главным врагом металла является атмосферный кислород.

Есть разные способы изоляции от кислорода, в идеале термообработку лучше проводить в герметически изолированной печи. Если это слишком сложно, заготовку можно осыпать чугунной пылью или стружкой. Ниже на видео показано пример термической обработки стали 40Х:

Для получения труб и конусов металлопрокат подвергают вальцовке. Вальцовка это сгибание проката в заданных направлениях. Для этого металл оборачивают вокруг специальных валов (отсюда и слово «вальцовка»). Так как этот процесс не связан с нагреванием проката, то свойства стали практически не изменяются. Здесь есть некоторые особенности. Чем толще лист тем труднее его вальцевать.

Литье и обработка стали 40Х процесс достаточно сложный. Это существенно отражается на цене готового металла и изделий из него. По этой причине легирование сплава осуществляется только для деталей, назначение которых особо ответственное. Сталь хорошо сопротивляется воздействию влаги, но ее нельзя считать нержавеющей. Содержание хрома не такое большое как у нержавейки, где оно приближается к 18%.