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

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

Механические свойства

Механические свойства при повышенных температурах

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Механические свойства в зависимости от сечения

Технологические свойства

Температура критических точек

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см²

Предел выносливости

Прокаливаемость

Твердость HRCэ.

Физические свойства

Отечественные и зарубежные заменители для стали 40ХН.

Зарубежные аналоги Стали 40ХН

Условные обозначения