З усіх матеріалів, що застосовуються в машинобудуванні, верстатобудуванні, приладобудуванні та інших промислових областях, найширше поширення отримала сталь. Вибір її марок величезний, залежно від свого складу будь-яка сталь володіє тими чи іншими якостями і відноситься до різних груп за своїми показниками. Сталь 40Х належить до класу конструкційних легованих сталей.
Хімічні компоненти, що входять до складу
Якщо розглядати процентний склад представленого сплаву, цифра 40 позначає, що в ньому міститься в процентному співвідношенні вуглець до значення 0,44%, буква Х - обумовлює наявність легуючої добавки - хрому до 1,1%. Більш детальний склад хімічних компонентів представлений в таблиці нижче. Рівноцінною заміною для цієї марки можуть служити такі сплави, як 40ХН, 45Х, 40ХН, 40ХС.
Хімічний склад стали марки 40Х
|
Вуглець,% |
Хром,% |
Кремній,% |
Марганець,% |
Нікель,% |
Фосфор,% |
Сірка,% |
Мідь,% |
|
0,36-0,44 |
0,8-1,1 |
0,17-0,37 |
0,5-0,8 |
до 0,3 |
до 0,035 |
до 0,3 |
до 0,035 |
Леговані сталі отримують шляхом переплаву або виробництвом на свіжій шихті. Якщо використовується шихта, попередній розрахунок вмісту в ній хрому повинен враховувати втрати при виплавці, але це значення не повинно перевищувати параметра 0,4%, інакше в процесі отримаються високолеговані відходи. Рафінування металу легуючими елементами проводиться сильними розкислювачами, після чого вводиться шлак, оброблений вуглецем і кремнієм. Після впливу відновлювального шлаку конструкційна сталь добре розкисляється, що забезпечує хороше затвердження.
Термічна обробка
Для сталі 40Х послідовність термообробки наступна. Спочатку виконується загартування в олійному середовищі, а потім відпустка в олії або на повітрі. Для кожної деталі вибирається свій режим термообробки, він залежить від навантажень, в яких ця деталь застосовується, оскільки різні режими дають різну твердість виробу. Режим термообробки розраховується залежно від критичних точок, досягаючи яких матеріал зазнає фізичних і хімічних змін і змінює свої властивості та характеристики. Сталь 40Х має такі критичні точки: Ac1 = 743 , Ar1 = 693 Ac3 = 782 , Ar3 = 730. Загартування здійснюється при температурі 860 ºС, середовищем служить масло, годинниковий інтервал становить 4 години. Потім виконується низька відпустка при температурі 200 ºС на повітрі або можна застосувати температурний параметр 500 ºС і провести обробку в олійному середовищі. Після такого режиму термообробки досягається наступна міцність сталі НВ - 217 і HRC - 45.
Якісні показники
Міцний і твердий матеріал, здатний витримувати великі навантаження і не піддаватися руйнуванню - так можна оцінити сталь 40Х. Характеристики, якими вона володіє:
- хороші корозійні властивості;
- стійкість до коливань температури;
- високі міцнісні показники;
- естетичні якості.
Але крім позитивних показників сталь 40Х має і негативні властивості. Сюди можна віднести:
- схильність до утворення флокенів;
- відпускну крихкість;
- погану зварюваність.
Флокеночутливість
Це дефект, який виходить під час прискореного охолодження сплаву після виливки, у вигляді внутрішніх тріщин. Він може виникнути під час гарячої деформації легованої сталі. Також він може проявлятися на поверхні у вигляді чітких ділянок овальної або зигзагоподібної форми. Утворення цього дефекту може відбуватися внаслідок надлишку виділення водню під час термообробки. Боротися з цим недоліком можна за допомогою високотемпceної термообробки та оптимального режиму охолодження. Ще можна застосовувати метод вакуумізації сплаву, що допоможе знизити вміст водню у відсотковому відношенні.
Відпускна крихкість
Виникає під час повільного охолодження легованих конструкційних сталей після відпустки, викликана вона різким зниженням в 'язкості. Для порівняння значення в 'язкості може впасти в 5-10 разів порівняно з цим же показником при швидкому охолодженні сталі. Повільне охолодження впливає тільки на ударну в 'язкість, інші характеристики сталі воно не знижує. Занадто швидке охолодження може викликати внутрішні напруги, які можуть призводити до деформації виробу.
Труднощі зварювальних робіт
Сталь 40Х належить до четвертої групи за зварюваністю. Виконання зварювальних швів може призводити до утворення тріщин. Знизити прояв цих дефектів можна за допомогою попереднього підігріву. Також потрібна попередня підготовка кромок. Виконувати зварювальні роботи цієї марки можна дуговим зварюванням: ручний або електрошлаковий, також можна застосувати контактну зварювання. Після контактно-точкової потрібно додаткове термооброблення. Для ручного зварювання застосовуються спеціальні електроди для легованих сталей Э85 УОНИ-13/85. Тип і положення зварюваного шва можуть бути будь-які.
Область застосування
Ця марка стала володіє низкою властивостей, завдяки яким вона охоплює досить обширну область застосування. З неї виконують заготовки сортового і фасонного металопрокату різних профілів, а також виготовляють листи, труби, поковки, отримані методом ковки. Застосовують такий металопрокат для ріжучого інструменту. Сталь 40, яка не була схильна до термообробки, дуже вигідно використовувати для неробочих хвостових частин - корпусів метчиків, насадок, розгорток.
Поліпшений сплав, отриманий під впливом термічної обробки, яку ми розглянули раніше, використовується для відповідальних конструкцій. До таких належать: вінці зубчастих коліс, вали, осі, втулки, болти, плунжери. Знайшла ця марка своє застосування в конструкціях, які експлуатуються при низьких температурах на відкритому повітрі, її використовують у північних широтах для облаштування залізничних і автомобільних мостів.