Металлопрокат
Более 1000 наименований продукции
Весь лист у нас
Металлопрокат » Статьи » Сталь 40ХН легированная хромоникелевая – расшифровка марки, свойства и особенности, сфера применения

Сталь 40ХН легированная хромоникелевая – расшифровка марки, свойства и особенности, сфера применения

Расшифровка

Преимущества и недостатки

Процесс сварки

Обработка и закалка

Характеристики и применение

Химический состав

Механические свойства

Технологические свойства

Физические свойства

Зарубежные и отечественные аналоги

Условные обозначения

Сталь 40ХН конструкционная, легированная, хромоникелевая является одной из популярнейших марок низколегированных сталей, применяемых для производства механизмов. Сталь 40ХН применяется в изготовлении нагруженных подвижных деталей. Ее характеристики позволяют создавать элементы, с успехом выдерживающие постоянные нагрузки в движении – вибрации, скольжение, трение. Сталь не является нержавеющей, но обладает повышенной устойчивостью к влажности благодаря хрому и никелю в составе. Производство сплава не отличается сложностью, в составе отсутствуют дорогостоящие легирующие добавки, что позволяет производить сталь 40ХН без особых затрат. Марка 40ХН редко используется в сварных конструкциях из-за технологической сложности сварки, требующей многошаговых процедур обработки с соблюдением стандартов.

Расшифровка

Маркировка стали 40ХН указывает на химический состав и процентные доли содержания основных элементов в сплаве. Основными элементами стали 40ХН, помимо железа, являются углерод, хром и никель. В составе сплава можно обнаружить и другие химические элементы, например, медь, марганец, фосфор, серу. Эти элементы присутствуют в сплаве в незначительных количествах, поэтому не отображаются в маркировке.

  • Цифра 40 указывает на процент содержания углерода в десятых долях (0.4%). Высокоуглеродистые стали отличаются твердостью и прочностью, устойчивостью к статическим нагрузкам, что позволяет использовать их для производства жестких несущих конструкций, но они не подходят для производства изделий, подвергающихся высоким ударным нагрузкам. Стали с низким содержанием углерода отличаются упругостью и вязкостью, они устойчивы к динамическим (ударным) нагрузкам. Кроме того, чем ниже содержание углерода, тем легче обрабатывать сталь – свариваемость, резка, гибка и ковка стали улучшаются и требуют меньше сопутствующих процедур.
  • Буква Х указывает на содержание хрома (1% от общей массы). Хром является одним из самых популярных легирующих элементов. Его добавление в сплав обходится сравнительно недорого, а влияние на свойства стали позволяет добиваться множества различных эффектов в зависимости от процентного содержания добавки. Хром повышает прочность и твердость стали, не снижая пластичности. При содержании до 1.5% ударная вязкость сплава не снижается. При высоком содержании хрома сталь становится нержавеющей, ее теплопроводность снижается и повышается электросопротивление.
  • Буква Н указывает на содержание никеля (1% от общей массы). Никель также как и хром является популярным легирующим элементом, его используют при производстве нержавеющих сталей. Никель увеличивает показатели прочности и твердости, а также позволяет добиваться более высоких результатов от термической обработки.

Благодаря содержанию углерода и легирующим элементам сталь 40ХН относится к категории высокопрочных, подходящих для изготовления жестких конструкций и нагруженных деталей.

Преимущества и недостатки

По сравнению с нелегированными углеродистыми сталями, сталь 40ХН прочнее и тверже за счет хрома и никеля в составе. Легирующие добавки повышают результативность термообработки, увеличивают выносливость металла при эксплуатации в условиях постоянной нагрузки. Такие преимущества делают сталь 40ХН идеальным материалом для изготовления нагруженных деталей механизмов. Сплав прост в производстве, не содержит дорогих добавок, что делает его доступным по цене.

К недостаткам стали 40ХН можно отнести ограниченную свариваемость, флокеночувствительность и склонность к отпускной хрупкости.

Процесс сварки

Сплав 40ХН относится к трудносвариваемым, как и большинство легированных сталей. Это вызвано образованием хрупких соединений в зоне сварного шва, нивелировать которые можно только благодаря соблюдению определенной технологии процесса. Детали сваривают после термообработки с последующим отпуском, после чего необходим повторный нагрев в диапазоне 350-400С в электропечи. После нагрева материал сваривается в два слоя, швы зачищаются от шлака, ток должен быть постоянным с обратной полярностью.

Сложности сварки ограничивают применение стали 40ХН в сварных строительных конструкциях, в большинстве случаев из нее производят элементы механизмов, не требующие сваривания.

Обработка и закалка

После сваривания изделию необходимо дать остыть. Швы механически зачищаются для выявления трещин, затем шлифуются и обрабатываются кислотой. При соблюдении всех стандартов обработки металла до и после сварки можно рассчитывать на прочную структуру швов и прилегающих зон, без дефектов, без повышенной склонности к растрескиванию. Проверка прочности швов может осуществляться с помощью рентгеновских лучей, макрошлифов и испытаний на твердость.

Закаливание сплава 40ХН возможно несколькими способами. Самым лучшим из них является закаливание в масле. Т.к. это не всегда возможно, в некоторых случаях допускается закаливание в воде, например, если изделие слишком большое. Рекомендуется поместить изделие в масло как можно скорее, если это не представляется возможным, изделие подвергают низкому отпуску. Отпуск обязателен также после закаливания высокочастотными токами. Прочность внешнего слоя изделия существенно повышается после закалки.

Характеристики и применение

Каждая сталь обладает уникальным набором достоинств. Благодаря балансу содержания углерода, качеству и количеству легирующих добавок, сталь «настраивается» на выполнение круга задач, ради которого создается. Это позволяет отсечь все лишнее, избежать переплат на этапе производства сплава и не допустить возникновения изъянов, критичных для целевой сферы применения. Для стали 40ХН основным направлением является производство деталей, работающих при постоянных нагрузках. Элементы механизмов из стали 40ХН хорошо показывают себя при:

  1. высокой вибрации;
  2. скольжении на высоких скоростях.

Это различные поршни, соединительные трубки, валы, шатуны, оси, зубчатые колеса и т.д. Крупнейшими потребителями стали 40ХН являются нефтедобывающая, машиностроительная и авиастроительная отрасли. Сталь 40ХН относится к конструкционным, но из-за трудной свариваемости большее применение находит при производстве деталей для механизмов.

Виды поставки: сталь 40ХН поставляется в виде сортового и фасонного проката, листов и полос, проволоки, поковок и заготовок. 

Химический состав

Химический элемент

%

Углерод (C)

0.36-0.42

Кремний (Si)

0.17-0.37

Медь (Cu), не более

0.30

Марганец (Mn)

0.50-0.80

Никель (Ni)

1.00-1.40

Фосфор (P), не более

0.035

Хром (Cr)

0.45-0.75

Сера (S), не более

0.035

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

σ0,2, МПа

σB, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/м2

HB

Пруток. Закалка 820 °С, вода или масло. Отпуск 500 °С, вода или масло.

 

25

785

980

11

45

69

 

Поковки. Нормализация

КП 315

100-300

315

570

14

35

34

167-207

КП 315

300-500

315

570

12

30

29

167-207

КП 315

500-800

315

570

11

30

29

167-207

Поковки. Закалка. Отпуск.

КП 345

300-500

345

590

14

38

49

174-217

КП 395

<100

395

615

17

45

59

187-229

КП 395

100-300

395

615

15

40

54

187-229

КП 395

300-500

395

615

13

35

49

187-229

КП 395

500-800

395

615

11

30

39

187-229

КП 440

<100

440

635

16

45

59

197-235

КП 440

100-300

440

635

14

40

54

197-235

КП 440

300-500

440

635

13

35

49

197-235

КП 440

500-800

440

635

11

30

39

197-235

КП 490

<100

490

655

16

45

59

212-248

КП 490

100-300

490

655

13

40

54

212-248

КП 540

<100

540

685

15

45

59

223-262

КП 540

100-300

540

685

13

40

49

223-262

КП 590

<100

590

735

14

45

59

235-277

КП 590

100-300

590

735

13

40

49

235-277

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C

σB, МПа

δ5, %

ψ, %

Нормализация 850 °С.

20

790

18

48

200

750

 

50

300

690

20

 

400

540

25

65

500

480

25

79

600

350

27

85

Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 50 мм/мин, скорость деформации 0,03 1/с.

700

225

36

92

800

130

57

96

900

91

71

100

1000

62

75

100

1100

45

76

100

1200

31

 

100

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С

σ0,2, МПа

σB, МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/м2

HB

Закалка 820 °С, масло.

400

1220

1370

10

41

32

387

500

1080

1160

14

51

46

302

600

760

910

20

60

83

241

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм

σ0,2, МПа

σB, МПа

δ5, %

ψ, %

HB

Нормализация 870-925 °С, закалка 790 °С, масло. Отпуск 540 °С.

40

780

960

18

58

325

80

730

920

20

54

302

120

710

910

 

50

300

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1250 °С, конца 830 °С. Сечения до 50 мм охлаждаются на воздухе, 50-200 мм — в мульде, 201-300 мм — с печью.

Свариваемость

трудносвариваемая. РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 166-170 и σB = 690 МПа Kuтв.спл. = 1.0, Kuб.ст. = 0.9.

Склонность к отпускной способности

склонна

Флокеночувствительность

повышенно чувствительна

Температура критических точек

Критическая точка

°С

Ac1

735

Ac3

768

Ar3

700

Ar1

660

Mn

305

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Состояние поставки, термообработка

+20

-20

-40

-60

Поковка 200X30 мм. Закалка. Отпуск.

116

116

93

80

Предел выносливости

σ-1, МПа

τ-1, МПа

n

σB, МПа

σ0,2, МПа

Термообработка, состояние стали

 490

 294

 

 980

 780

НВ 300-320

 441

 274

 

 880

 690

НВ 270-300

 392

 235

 

 780

 570

НВ 200-240

 314-392

 

 1Е+7

 

 790

Нормализация. НВ 197.

Прокаливаемость

Твердость HRCэ.

Расстояние от торца, мм / HRC э

 1.5

 3

 4.5

 6

 9

 12

 15

 21

 27

 33

 52.5-58.5

 51.5-58.0

 49.5-57

 48-56

 41.5-54.5

 35.5-49

 32.5-43.5

 28-37.5

 26.5-33.5

 26-31.5

 

Кол-во мартенсита, %

Крит.диам. в воде, мм

Крит.диам. в масле, мм

Крит.твердость, HRCэ

50

60-112

37-76

44-47

90

40-89

18-56

50-53

Физические свойства

Температура испытания, °С

20

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

200

                 

Плотность, ρn, кг/см3

7820

7800

7710

7840

7700

         

Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)

 

44

43

41

39

37

       

Температура испытания, °С

20- 100

20- 200

20- 300

20- 400

20- 500

20- 600

20- 700

20- 800

20- 900

20- 1000

Коэффициент линейного расширения (α, 10-6 1/°С)

11.8

12.3

13.4

14.0

           

Отечественные и зарубежные заменители для стали 40ХН.

Россия

30ХГВТ, 35ХГФ, 38ХГН, 40Х, 40ХНМ, 40ХНР, 45ХН, 50ХН

Япония

SNC236

Китай

40CrNi

Америка

3135, G31400, 3140H

Германия

36NiCr6, 40NiCr6, 1.5710, 1.5711

Англия

640M40

Франция

35NC6

Чехия

16240

Румыния

40CrNi12, 40CrNi12q

Болгария

40ChN

Швеция

2530

Австралия

3140, 3140H

Зарубежные аналоги Стали 40ХН

США

Германия

Япония

Франция

Англия

Китай

Швеция

Чехия

DIN,WNr

JIS

AFNOR

BS

GB

SS

CSN

3135

1,571

SNC236

35NC6

640M40

40CrNi

2530

16240

3140H

1,5711

           

G31400

36NiCr6

           
 

40NiCr6

           

Условные обозначения

Механические свойства

σB

временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа

σ0,2

предел текучести условный, МПа

σсж

предел прочности при сжатии, МПа

σсж0,2

предел текучести при сжатии, МПа

σ0,05

предел упругости, МПа

σизг

предел прочности при изгибе, МПа

σ-1

предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа

δ5 , δ4 , δ10

относительное удлинение после разрыва, %

ψ

относительное сужение, %

ν

относительный сдвиг, %

ε

относительная осадка при появлении первой трещины, %

τК

предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа

τ-1

предел выносливости при испытании на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа

KCU и KCV

ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами вида U и V, Дж/см2

HRCэ и HRB

твёрдость по Роквеллу (шкала C и B соответственно)

HB

твёрдость по Бринеллю

HV

твёрдость по Виккерсу

HSD

твёрдость по Шору

Физические свойства

E

модуль упругости нормальный, ГПа

G

модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

ρn

плотность, кг/м3

λ

коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙°C)

ρ

удельное электросопротивление, Ом∙м

α

коэффициент линейного теплового расширения, 10-61/°С

с

удельная теплоёмкость, Дж/(кг∙°С)

Оформление заказа
Организация; контактные Ф.И.О.:
Телефон:
Комментарий:
Форма заказа обратного звонка!
Организация; контактные Ф.И.О.:
Телефон: