Сталь 40х закалка твердость: процесс закалки, нормализации и отпуска

alexxlab | 27.09.1973 | 0 | Разное

Содержание

процесс закалки, нормализации и отпуска

Термообработка стали 40х имеет свои нюансы, которые связаны с наличием в этом легированном металле множества примесей. Рассмотрим температурные режимы обработки стали, процесс закалки, отпуска и нормализации. Твердость после обработки.

Физические свойства материалов могут быть изменены посредством температурной обработки при высокой степени нагрева и последующего охлаждения. Это в первую очередь касается металлов, которые подвергают закалке. Чтобы правильно закалить сталь, нужно знать ее марку: она отражает полный химический состав твердого вещества. Так, проведение термообработки стали 40х имеет свои нюансы, связанные с разновидностью примесей, находящихся в ней.

Если брать точное определение типа стали, к которой относится 40х, то это классический вид легированного материала, где процентное содержание углерода уступает процентному содержанию примеси хрома. Этих элементов здесь от 0.44 до 0.36 и от 1.1 до 0.8 соответственно. Хром в металле способствует его стойкости к агрессивной окисляющей среде и придает ему способность не ржаветь. Кроме этого, хром влияет на механические показатели стали 40х, переводя ее в разряд конструкционных.

Особенности процесса закалки стали 40х


Особенности стали 40х, как указано выше, определяются богатым содержанием в ней примесей. Среди них, кроме основных рассмотренных, есть медь, марганец, никель, кремний, сера и фосфор. Все эти элементы в некотором смысле усложняют обработку такого металла, в том числе и термическую. Так, чтобы достичь нужной пластичности при закалке стали 40х, необходимо обеспечить сильный прогрев ее в муфельной печи до заданных температур. Остужать материал также нужно в определенном режиме для достижения необходимой твердости структуры.

Так как сталь 40х используется при изготовлении деталей ответственных механизмов: шестерней, валов, реек, осей, втулок и болтов, – точности процесса ее закалки уделяют особое внимание.

Что нужно знать о материале, подбирая конкретный режим термообработки:

  1. Твердость металла в исходном состоянии, выраженная в мегапаскалях — HB 10-1 = 217.
  2. Температура так называемых точек критического значения. Это показатели нагрева до определенных градусов, после чего сталь 40х может потерять свои положительные качества: Ar1 = 693, Ar3(Arcm) = 730, Ac3(Acm) = 815, c1 = 743.
  3. Если температуру отпуска принять равной 200 градусов по Цельсию, то показатель твердости HB будет равен 552 МПа.

Закалка стали 40х однозначно ведет к увеличению ее твердости и снижению показателя пластичности. Но процентное соотношение этих показателей для такого металла будет зависеть от следующих факторов:

  1. Время, за которое будет нагрета деталь до заданной температуры, влияет на общие показатели скорости термической обработки.
  2. Интервал выдержки металла в разогретом состоянии. От этого показателя зависит равномерность прогрева всей структуры металла и приведение каждого звена кристаллической решетки в подвижное состояние.
  3. Скорость, с которой заготовка подвергается охлаждению. Важный параметр при формировании новой кристаллической решетки.

Оптимальный режим термической обработки


Существуют специальные таблицы, где указаны рекомендуемые температуры термической обработки стали 40х для достижения тех или иных свойств металла относительно его твердости и пластичности, ударной вязкости и других показателей. Если проводить операцию закалки не в производственных, а в домашних условиях, то здесь оптимальными режимами процесса будут следующие:
  1. Электропечь прогревают до температуры, близкой к 860 градусам по Цельсию. При стандартной мощности печи по времени это занимает около 40 минут.
  2. Время выдержки заготовки в камере принимают равным 10–15 минутам. Визуально цвет стали 40х должен приобрести однородный желтый оттенок.
  3. Для охлаждения чаще используют масляную среду, реже — воду.

Более точно рассчитать время нагрева изделия из металла можно, используя правило: на каждый кубический миллиметр нужно давать от 1.5 до 2 минут пребывания детали внутри камеры электропечи.

ПОСМОТРЕТЬ Плавильная печь на AliExpress →

Как показала практика, для стали 40х наиболее эффективный способ закаливания — при разогревании металла токами высокой частоты (ТВЧ). Такой прогрев характеризуется быстрым достижением заданной температуры, а также улучшенными показателями прочности изделия при эксплуатации.

Отпуск и нормализация


Чтобы в структуре стали не образовывались микротрещины, технологией процесса предусмотрена операция отпуска после закалки. На этом этапе изделие разогревают до температуры, которая имеет более низкое значение, чем температура критической точки. Здесь также происходит выдержка материала в течение определенного интервала времени в таком состоянии. Далее следует охлаждение изделия. Все внутренние напряжения после проведения этих мероприятий нейтрализуются, структура кристаллической решетки улучшается, пластичность увеличивается.

Для марки стали 40х можно применить три вида отпуска:

  1. Отпуск на низких температурах предполагает прогрев детали до предела 250 градусов по Цельсию с выдержкой. Остужают заготовку на открытом воздухе. Термообработка такого характера способствует нейтрализации напряжений при минимальном увеличении пластичности без влияния на твердость. Используется метод редко, так как велика вероятность образования хрупкой структуры.
  2. Отпуск на средних температурах. Прогрев здесь идет до 500 градусов по Цельсию. За счет более высокой температуры возрастает вязкость изделия с пропорциональным снижением твердости. Метод подходит для изготовления автомобильных рессор, пружин, другого специфического инструмента.
  3. Отпуск на высоких температурах с увеличением прогрева до 600 градусов по Цельсию. В этом случае внутри кристаллической решетки распадается мартенсит, образуя при этом сорбит. На практике это лучший вариант пропорционального соотношения пластичности и твердости. Ударная вязкость при этом также возрастает. Детали, полученные таким образом, можно применять в механизмах, подверженных воздействию ударных нагрузок.

Чтобы избежать повышенной хрупкости при отпуске, охлаждение при этом процессе следует делать быстро в специальной вакуумной камере с системой продувки аргоном. Последние два условия помогут избежать возникновения внутренних дефектов в структуре материала, а именно образования раковин, полостей и деформаций.

Если после закаливания сталь 40х разогреть до критической точки, выдержать и охладить на воздухе, то внутренняя структура получит мелкозернистое строение – этот процесс носит наименование нормализация. Ее задача — повысить ударную вязкость металла и его пластичность.

Свойства стали после закалки

Если термическая обработка стали 40х (закалка и отпуск) проведены правильно, в соответствии с ГОСТ 4543–71, который регламентирует такие работы, то металл приобретает следующие свойства:

  1. Твердость повышенного характера с показателями НВ около 217.
  2. Прочность с пределом при разрыве 980 Н/м².
  3. Вязкость ударную 59 Дж/см².

Кроме всего прочего, закаленный металл лучше поддается ручной сварке при помощи дуги и электрошлаковой сварке.

Уважаемые посетители сайта: специалисты – технологи по закалке металла и все, кто не понаслышке сталкивался с вопросом термообработки стали 40х, – поделитесь своими знаниями в комментариях, поддержите тему! Всегда важно знать мнение профессионалов!

твердость, режимы, время, температура, технология

При сильном нагреве практически все материалы изменяют свои физические характеристики. В некоторых случаях нагрев проводится целенаправленно, так как подобным образом можно улучшить некоторые эксплуатационные качества, к примеру, твердость. Термическая обработка на протяжении многих лет используется для повышения твердости поверхности стали. Выполнять закалку следует с учетом особенностей металла, так как технология повышения твердости поверхности создается на основании состава материала. В некоторых случаях провести закалку можно в домашних условиях, но стоит учитывать, что сталь относиться к труднообрабатываемым материалам и для придания пластичности нужно проводить сильный нагрев до высоких температур при помощи определенного оборудования. В данном случае рассмотрим особенности нагрева стали 40Х для повышения пластичности и проведения закалки или отпуска.

Круг из стали 40Х

Сталь 40Х

Как ранее было отмечено, для правильного проведения закалки и отпуска стали следует учитывать ее состав и многие другие особенности. Выбрать правильно режимы термической обработки можно с учетом следующей информации:

  1. Рассматриваемая сталь относится к конструкционной легированной группе. Легированная группа характеризуется содержанием большого количества примесей, которые определяют изменение эксплуатационных качеств, в том числе твердости.
  2. Используется в промышленности при создании валов, осей, штоков, оправок, реек, болтов, втулок, шестерней и других деталей.
  3. Показатель твердости до проведения термической обработки HB 10-1 = 217 Мпа.
  4. Температура критических точек определяет момент, при котором сталь 40Х начинает терять свои качества из-за термической обработки: c1= 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730, Ar
    1
     = 693.
  5. При температуре отпуска 200 °С HB = 552.

Расшифровка стали 40Х говорит о том, что в составе материала находится 0,40% углерода и 1,5% хрома.

Скачать ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали 40Х»

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:

  1. скорости нагрева металла 40Х;
  2. времени выдержки;
  3. 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

При выборе метода разогрева поверхности следует обратить внимание на ТВЧ. Этот метод более популярен, чем обычная объемная обработка по причине достижения необходимой температуры за более короткое время.

В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.

Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:

  1. разогревается электропечь;
  2. следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
  3. время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
  4. 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 1200 при испытании.

Отпуск и нормализация

Отпуск проводится непосредственно сразу после завершения закалки, так как есть большая вероятность возникновения трещин в структуре. Разогревается изделие в этом случае до точки ниже критической, проводится выдерживание на протяжении определенного промежутка времени и выполняется охлаждение. Отпуск обеспечивает улучшение структуры, устраняет напряжение и повышает пластичность, устраняет хрупкость стали 40Х.

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска

Различают три вида рассматриваемой термообработки:

  1. Низкий отпуск определяет разогрев поверхности до 250 °С с выдержкой и охлаждение на воздухе. Применяется для снятия напряжений и незначительного повышения пластичности практически без потери твердости. В случае конструкционного сплава применяется крайне редко.
  2. Средний отпуск позволяет нагревать изделие до 500 °С. В этом случае вязкость значительно повышается, а твердость снижается. Используют этот метод термообработки при получении пружин, рессор и некоторого инструмента.
  3. Высокий позволяет раскаливать деталь до 600 °С. В этом случае происходит распад мартенсита с образованием сорбита. Подобная структура представлена лучшим сочетанием прочности и пластичности. Также повышается показатель ударной вязкости. Используют этот метод термообработки для получения деталей, применяемых при ударных нагрузках.

Еще одним видом распространенной термообработки является нормализация. Зачастую нормализация проводится путем разогрева металла до верхней критической точки с последующей выдержкой и охлаждением в обычной среде, к примеру, на открытом воздухе. Проводят нормализацию для придания мелкозернистой структуры, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости.

Методы закалки стали 40х и их особенности: виды и технология проведения

В процессе изготовления различных металлоконструкций металл подвергается процедурам, в число которых входит и термообработка. Очень важно грамотно подойти к проведению этой операции, выполнив требования технологии, что позволит придать конечному изделию улучшенные механические свойства.

Эта тема является довольно обширной и включает довольно большое количество важных вопросов. Однако нам хотелось бы рассмотреть особенности процедуры закалки стали, ее применение и технологию. Возможно, поначалу возникает впечатление, что термообработка является довольно сложной процедурой, однако при более тщательном ознакомлении становится ясно, что все обстоит совсем не так.

Немного общих сведений

Под закалкой понимается процедура, во время которой изменяется кристаллическая решетка стали и ее сплавов, за счет чего удается добиться поддержания критической температуры, причем последняя выбирается для определенного материала в индивидуальном порядке. Обычно по достижении требуемого температурного уровня заготовка подвергается резкому охлаждению. Для выполнения этого этапа используют воду или масло.

Важным моментом является то, что в отношении инструментальных сталей выполняют неполную закалку. В основе лежит нагрев до температуры, при которой удается вызвать появление избыточных фаз. Ряд иных марок сталей требует проведения полной закалки. Их нагревают до отметки, превышающей на 50 градусов температуру, которую выдерживают при неполной закалке. В случае обработки цветных металлов нет необходимости доводить термообработку до полиморфного превращения, а вот для стали полиморфное превращение является обязательным требованием.

Снятие закалки

В соответствии с технологией, при охлаждении изделия обязательно должен быть проведён отпуск. Его целью является повышение пластичности и снижение хрупкости материала. В то же время важно обеспечить неизменную прочность заготовки. Эта задача решается путем выдерживания изделия в печи, нагретой до температуры от 150 до 650 градусов, где она постепенно остывает. Принято выделять три типа отпусков:

  • Низкотемпературный. Основной здесь эффект сводится к приданию обрабатываемой заготовке повышенных характеристик износостойкости. При этом такая сталь лучше переносит динамические нагрузки. Сама процедура обработки проходит при температуре 260 градусов. Подобный тип отпуска проводится в отношении изделий, выполненных из низколегированных и углеродистых сталей.
  • Среднетемпературный. Для его проведения выдерживается температура в пределах от 350 до 500 градусов. Обычно его применяют в отношении пружин, рессоров, штампов и пр. Эффект от подобного отпуска заключается в повышении упругости и выносливости изделия.
  • Высокотемпературный. Его проводят в условиях температуры 500 и 680 градусов. Подобная обработка позволяет придать изделию более высокую прочность и пластичность. Этой процедуре обычно подвергают детали, которые будут в дальнейшем испытывать значительные нагрузки.

Закалка стали в домашних условиях

Бывают ситуации, когда домашний мастер сталкивается с проблемой повышения прочностных характеристик бытового инструмента. Причем для решения этой задачи нет необходимости обращаться к специалистам, поскольку он сам может все сделать самостоятельно. Справиться с этой задачей можно, обладая минимум оборудования и знаний.

Рассмотрим более подробно ситуацию на топоре. Если рассматривается инструмент советского производства, то можно не сомневаться в его высоком качестве изготовления. В то же время подобного нельзя сказать об изделиях, которые продаются сегодня. Если присутствуют признаки заминания или выкрашивания, то из этого можно сделать вывод о нарушении требований технологии закалки. Однако в силах каждого мастера исправить эту ситуацию.

Первое, что нужно сделать — разжечь костер с углями. Желательно довести его до такого состояния, чтобы угли имели как можно более белый цвет. Так можно будет понять, что они нагрелись до максимально высокой температуры. Помимо этого, нам понадобятся две емкости. В первую мы нальем масло, в качестве которого можно использовать обычное машинное. Другой же резервуар следует наполнить чистой холодной водой.

Дождавшись момента, когда кромка инструмента приобретет малиновый цвет, топор извлекают из костра. Чтобы избежать ожога вследствие взаимодействия с высокой температурой, рекомендуется использовать кузнечные клещи или любую иную альтернативу им. После этого нужно быстро поместить топор в емкость с маслом и держать его там в течение 3 секунд. По истечении этого времени топор извлекают, дают остыть ему в течение тех же 3 секунд, после чего операцию повторяют. Проводить процедуру погружения топора в масло нужно до тех пор, пока инструмент не лишится своего яркого света.

Далее нам предстоит погружать топор в емкость с водой, при этом важно периодически мешать жидкость. Этой операцией завершается закалка стали в домашних условиях.

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.

Методы закалки стали

Наибольшее распространение последнее время получили следующие методы:

Закалка в одном охладителе

Этот метод основывается на погружении заготовки в закалочную жидкость, где ее держат до того момента, пока она полностью не остынет. Особенностью этого метода является то, что им может воспользоваться и рядовой потребитель.

Закалка в двух средах

Этот метод применим в отношении изделий, выполненных из углеродистых сталей. Основные операции сводятся к погружению заготовки в воду, после чего ее окунают в масло.

Струйчатая

Здесь заготовка подвергается воздействию струей воды. К этому методу закалки прибегают в ситуации, когда приходится закаливать лишь часть детали. Этот вариант закалки отличается отсутствием паровой рубашки, что положительным образом сказывается на эффективности подобной закалки.

Ступенчатая

Для обработки металла используется закалочная среда, в которой поддерживается температура выше мартенситной. Далее заготовку выдерживают при созданном температурном режиме. Очень важно обеспечить одинаковую температуру на каждом сечении заготовки, которая не должна отличаться от температуры, поддерживаемой в закалочной ванне.

Защита изделия от внешних воздействий

Нередки ситуации, когда приходится решать проблему защиты стали от вредных воздействий, которые могут быть созданы в результате появления окалины или потери углерода. В качестве решения этой проблемы могут выступить специальные газы, которые подаются в печи, где размещена обрабатываемая деталь. Но следует помнить, что подобная процедура может быть выполнена при условии, что печь имеет герметичную конструкцию. Чаще всего в качестве источника газа используется специальный генератор, топливом для которого выступают углеводородные газы, например, метан.

При проведении полной закалки металлической заготовки важно обеспечить ей защиту. В некоторых ситуациях нет возможности подвести газ. Тогда эту операцию можно проводить в герметичной таре. Герметиком здесь может выступать глина, способная исключить проникновение внутрь воздуха. Но еще до начала этой процедуры рекомендуется покрыть заготовку слоем чугунной стружки.

Заключение

Подавляющее большинство металлоконструкций, которые используются в строительстве, должны обладать повышенными характеристиками прочности. Решить эту задачу можно путем такой процедуры, как закалка, которая проводится в отношении всех изделий еще на этапе их изготовления. Пренебрегать ею не рекомендуется, поскольку это позволяет придать им улучшенные свойства, которые расширяют спектр применения изделий.

Важный момент, которому следует уделить особое внимание при закалке металлоконструкций — соблюдение технологии проведения этой работы. Следует в точности выдержать необходимую температуру, от которой в значительной степени зависит, насколько высокие характеристики прочности приобретет обрабатываемое изделие. Это, в свою очередь, оказывает влияние на максимальный срок службы конструкции, которая будет изготовлена из обработанной подобным образом стали.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Сталь 40 конструкционная углеродистая качественная

  • Заменители
  • Иностранные аналоги
  • Расшифровка стали 40Х
  • Вид поставки
  • Характеристики и описание
  • Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)
  • Химический состав, % (ГОСТ 1050-2013)
  • Применение
  • Применение стали 40 для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)
  • Применение стали 40 для изготовления крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)
  • Пределы применения, виды обязательных испытаний и контроля стали 40 для фланцев для давления свыше 10 МПа (100 кгс/см2) (ГОСТ 32569-2013)
  • Стойкость стали 40 против щелевой эрозии
  • Температура критических точек, °С
  • Термообработка
  • Твердость HB для металлопродукции из стали 40 (ГОСТ 1050-2013)
  • Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 1050-2013)
  • Механические свойства проката
  • Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)
  • Механические свойства после закалки с 850 °С в масле
  • Механические свойства при повышенных температурах [81]
  • Ударная вязкость KCU [28]
  • Предел выносливости [140]
  • Технологические свойства [81]
  • Прокаливаемость, мм (ГОСТ 1050-88) [51]
  • Критический диаметр d после закалки с 850 °С
  • Плотность ρ кг/см3 при температуре испытаний, °С
  • Коэффициент линейного расширения α*106, К-1
  • Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)
  • Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К)
  • Модуль нормальной упругости Е, ГПа
  • Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа
  • Узнать еще

Заменители

стали 35, 45, 40Г.

Иностранные аналоги

Германия DIN(EN)C40 (1.1186)
США (AISI, ASTM)104
Франция (AFNOR)XC42h2
Великобритания BS080M40
Япония JISS40C,
S43C
Чехия (CSN)12041
Польша (PN/H)40

Расшифровка стали 40Х

Цифра 40 обозначает, что среднее содержание углерода в стали составляет 0,4%.

Вид поставки

  • Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8239-89, ГОСТ 8240-89, ГОСТ 10702-78.
  • Калиброванный пруток ГОСТ 10702-78, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.
  • Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 10702-78, ГОСТ 14955-77.
  • Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 4041-71.
  • Лист тонкий ГОСТ 16523-70. Лента ГОСТ 10234-77, ГОСТ 2284-79.
  • Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70, ГОСТ 1577-93.
  • Проволока 17305-91, ГОСТ 5663-79.
  • Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70, ГОСТ 1133-71.
к содержанию ↑

Характеристики и описание

Сталь 40 относится к конструкционным углеродистым нелегированным специальным качественным сталям. Сталь марки 40 рекомендуется для изготовления крепежных деталей.

Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)

СSiMnCrSPCuNiAs
не более
0,37-0,450,17-0,370,50-0,800,250,040,0350,250,250,08

Химический состав, % (ГОСТ 1050-2013)

Марка
стали
Массовая доля элементов, %
CSiMnPSCrNiCu
не более
400,37-0,450,17-0,370,50-0,800,0300,0350,250,300,30
к содержанию ↑

Применение

После поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ сталь марки 40 применяется для изготовления деталей средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и повышенной износостойкости при малой деформации, например:

  • длинные валы,
  • ходовые валики,
  • зубчатые колеса.

После улучшения сталь 40 применяется для изготовления следующих деталей:

  • коленчатые валы,
  • шатуны,
  • зубчатые венцы,
  • маховики,
  • зубчатые колеса,
  • болты,
  • оси.

В нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности сталь марки 40 применяется для изготовления:

  • муфт насосных штанг,
  • валов центробежных насосов,
  • компрессоров,
  • роторов,
  • штоков грязевых насосов,
  • стволов и переводников вертлюгов,
  • переводников для рабочих и бурильных труб,
  • корпусов колонковых долот,
  • пальцев крейцкопфов грязевых насосов,
  • роликов превентора,
  • конических шестерен,
  • фиксаторов и шпонок буровых станков,
  • цепных колес буровых лебедок,
  • штифтов,
  • упорных винтов,
  • скалок насосов,
  • цапф и т. д
к содержанию ↑

Применение стали 40 для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)

Марка сталиНД на
поставку
Температура
рабочей
среды, °С
Дополнительные
указания по
применению
40
ГОСТ 1050
Сортовой
прокат ГОСТ
1050
От -40 до 425Применяется после
термообработки (закалка
и высокий отпуск) при
температуре ниже минус
31°С до минус 40°С

Применение стали 40 для изготовления крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)

Марка сталиТехнические требованияДопустимые параметры эксплуатацииНазначение
Температура стенки, °СДавление среды,
МПа (кгс/см2),
не более
Сталь 40
ГОСТ 1050,
ГОСТ 10702
СТП 26.260.2043От -40 до 42510 (100)Шпильки, болты
16 (160)Гайки
От -40 до 45016 (160)Шайбы
к содержанию ↑

Пределы применения, виды обязательных испытаний и контроля стали 40 для фланцев для давления свыше 10 МПа (100 кгс/см

2) (ГОСТ 32569-2013)
Марка стали,
стандарт или ТУ
40
ГОСТ 1050
Технические
требования
ГОСТ 9399
Наименование
детали
Фланцы
Предельные
параметры
Температура
стенки, °С,
не более
От
-40 до
+200
Давление
номинальное,
МПа (кгс/см2)
не более
32 (320)
Обязательные испытанияσ0,2+
σв+
σ+
f+
KCU+
HB+
КонтрольДефектоскопия+
Неметаллические
включения
к содержанию ↑

Стойкость стали 40 против щелевой эрозии

Группа
стойкости
БаллЭрозионная
стойкость по
отношению к
стали 12X18h20T
Нестойкая60,005-0,05

ПРИМЕЧАНИЕ
Коэффициент эрозионной стойкости материала представляет собой отношение скорости эрозионного износа материала к скорости эрозионного износа стали 12Х18Н10Т (принятой за 1).

к содержанию ↑

Температура критических точек, °С

Ас1Ас3Аr3Аr1Mн
730790780690340

Термообработка

Детали из стали марки 40 подвергаются нормализации при температуре 860-880° С или закалке в воде с температуры 840-860° С с последующим отпуском; температура отпуска устанавливается в зависимости от требуемых механических свойств. Так, например, детали буровых установок (шестерни, фиксатор, шпонки) превентора (плита основной опоры, ролики) подвергаются отпуску при температуре 550° С, цепные колеса буровой лебедки — при температуре 500 С.

к содержанию ↑

Твердость HB для металлопродукции из стали 40 (ГОСТ 1050-2013)

Марка сталиТвердость HB, не более, для металлопродукции
горячекатаной и кованойкалиброванной и со специальной отделкой поверхности
без термической
обработки
после отжига
или высокого отпуска
нагартованнойпосле отжига
или высокого отпуска
40217187241197
к содержанию ↑

Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 1050-2013)

Марка сталине менее
Предел
текучести
σт, Н/мм2
Временное
сопротивление
σв, Н/мм2
Относительное
удлинение
δ5, %
Относительное
сужение
Ψ, %
403355701945

Механические свойства проката

ГОСТСостояние поставкиСечение, ммσ0,2, МПаδ54), %Ψ, %KCU, Дж/см2Твердость HB, не более
не менее
ГОСТ 1050-88Сталь горячекатаная,
кованая калиброванная
и серебрянка 2-й категории
после нормализации
25570194559
Сталь калиброванная 5-й категории:
после нагартовки610635
после отжига или
высокого отпуска
5101440
ГОСТ 10702-78Сталь калиброванная
и калиброванная со
специальной отделкой
после отпуска и отжига
До 59040197
ГОСТ 4041-71
(образцы поперечные)
Лист термообработанный
1 и 2-й категорий
4-14510-65021167
ГОСТ 1577-93Лист нормализованный
или горячекатаный
8056020
Лист отожженный
или высокоотпущенный
8052021
Полоса нормализованная
или горячекатаная
6-255701945
ГОСТ 16523-89
(образцы поперечные)
Лист горячекатаныйДо 2510-660(16)
2-3,9(17)
Лист холоднокатаныйДо 2510-600(17)
2-3,9(18)
ГОСТ 2284-79Лента холоднокатаная
отожженная
0,1-4450-700(14)
Лента нагартованная,
класс прочности Н2
0,1-4850-1050
ГОСТ 10234-77Лента отожженная
плющеная
0,1-4До 70010
к содержанию ↑

Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)

ТермообработкаСечение, ммКПσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %KCU, Дж/см2Твердость НВ, не более
не менее
Нормализация300-500215215430184044123-167
500-800163539
100-300245245470194239143-179
300-500173534
До 100275275530204044156-197
100-300173834
Закалка+отпуск300-500275275530153229156-197
500-800133029
100-300315315570143534167-207
До 100345345590184559174-217
к содержанию ↑

Механические свойства после закалки с 850 °С в масле

tотп, °Сσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %KCU, Дж/см2Твердость НВ,
не более
20075093074529267
30071086085169247
400640790105788225
5005507301262127208
6004506601666167188
7003806201771206170
к содержанию ↑

Механические свойства при повышенных температурах [81]

tисп, °Сσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %Ψ, %
700991404885
800701105397
900547155100
1000285869100
1100243760100
1200162687100
1300121856100

ПРИМЕЧАНИЕ. Образец диаметром 6 мм и длиной 80 мм, прокатанный. Скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с.

к содержанию ↑

Ударная вязкость KCU [28]

ТермообработкаKCU, Дж/см2, при температуре, °С
+20-40-80
Закалка с 850 °С в воде; отпуск при 400 °С785551

Предел выносливости [140]

Термообработкаσ-1, МПа
Отжиг при 850 °С,
σ0,2 = 275 МПа, σв = 520 МПа
231
Закалка с 845 °С, в воду; отпуск при 550 °С,
σ0,2 = 600 МПа, σв = 710 МПа, НВ 209
393
Закалка с 845 °С в масло; отпуск при 430 °С,
σ0,2 = 415 МПа, σв = 630 МПа
230

ПРИМЕЧАНИЕ. σ4001/100000 = 100 МПа; σ4501/100000 = 50 МПа; σ5001/100000 = 30 МПа; σ4001/10000 = 260 МПа; σ5001/10000 = 70 МПа; σ4001/100000 = 190 МПа; σ5001/100000 = 44 МПа.

к содержанию ↑

Технологические свойства [81]

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Охлаждение заготовок сечением до 400 мм на воздухе.

Свариваемость — ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.

Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,2 и Kv б.ст = 1,05 в горячекатаном состоянии при НВ 170 и ав= 520 МПа.

Флокеночувствительность — не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

к содержанию ↑

Прокаливаемость, мм (ГОСТ 1050-88) [51]

Полоса прокаливаемости стали 40 после нормализации при 850 °С и закалки с 850 °С приведена на рисунке ниже.

к содержанию ↑

Критический диаметр d после закалки с 850 °С

Количество
мартенсита, %
d, мм, после закалки
в водев масле
5015-258-15
9010-155-9,5

Плотность ρ кг/см

3 при температуре испытаний, °С
Сталь20100200300400500600700800900
407850

Коэффициент линейного расширения

α*106, К-1
Марка сталиα*106, К-1 при температуре испытаний, °С
20-10020-20020-30020-40020-50020-60020-70020-80020-90020-1000
4011,912,813,514,114,614,915,212,513,514,5

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Марка Сталиλ Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С
20100200300400500600700800900
40514846423834302526

Удельная теплоемкость

c, Дж/(кг*К)
Марка сталиc, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
20-10020-20020-30020-40020-50020-60020-70020-80020-90020-1000
40486497512529550574628674657653

Модуль нормальной упругости Е, ГПа

Марка СталиПри температуре испытаний, °С
20100200300400500600700800900
40212206201192176163151131118

Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа

Марка сталиПри температуре испытаний, °С
20100200300400500600700800900
40828078756863585045

Сталь 40х термообработка твердость hrc

При сильном нагреве практически все материалы изменяют свои физические характеристики. В некоторых случаях нагрев проводится целенаправленно, так как подобным образом можно улучшить некоторые эксплуатационные качества, к примеру, твердость. Термическая обработка на протяжении многих лет используется для повышения твердости поверхности стали. Выполнять закалку следует с учетом особенностей металла, так как технология повышения твердости поверхности создается на основании состава материала. В некоторых случаях провести закалку можно в домашних условиях, но стоит учитывать, что сталь относиться к труднообрабатываемым материалам и для придания пластичности нужно проводить сильный нагрев до высоких температур при помощи определенного оборудования. В данном случае рассмотрим особенности нагрева стали 40Х для повышения пластичности и проведения закалки или отпуска.

Сталь 40Х

Как ранее было отмечено, для правильного проведения закалки и отпуска стали следует учитывать ее состав и многие другие особенности. Выбрать правильно режимы термической обработки можно с учетом следующей информации:

  1. Рассматриваемая сталь относится к конструкционной легированной группе. Легированная группа характеризуется содержанием большого количества примесей, которые определяют изменение эксплуатационных качеств, в том числе твердости.
  2. Используется в промышленности при создании валов, осей, штоков, оправок, реек, болтов, втулок, шестерней и других деталей.
  3. Показатель твердости до проведения термической обработки HB 10 -1 = 217 Мпа.
  4. Температура критических точек определяет момент, при котором сталь 40Х начинает терять свои качества из-за термической обработки: c1= 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730, Ar1 = 693.
  5. При температуре отпуска 200 °С HB = 552.

Расшифровка стали 40Х говорит о том, что в составе материала находится 0,40% углерода и 1,5% хрома.

Скачать ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали 40Х»

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:

  1. скорости нагрева металла 40Х;
  2. времени выдержки;
  3. 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

При выборе метода разогрева поверхности следует обратить внимание на ТВЧ. Этот метод более популярен, чем обычная объемная обработка по причине достижения необходимой температуры за более короткое время.

В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.

Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:

  1. разогревается электропечь;
  2. следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
  3. время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
  4. 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.

Отпуск и нормализация

Отпуск проводится непосредственно сразу после завершения закалки, так как есть большая вероятность возникновения трещин в структуре. Разогревается изделие в этом случае до точки ниже критической, проводится выдерживание на протяжении определенного промежутка времени и выполняется охлаждение. Отпуск обеспечивает улучшение структуры, устраняет напряжение и повышает пластичность, устраняет хрупкость стали 40Х.

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска

Различают три вида рассматриваемой термообработки:

  1. Низкий отпуск определяет разогрев поверхности до 250 °С с выдержкой и охлаждение на воздухе. Применяется для снятия напряжений и незначительного повышения пластичности практически без потери твердости. В случае конструкционного сплава применяется крайне редко.
  2. Средний отпуск позволяет нагревать изделие до 500 °С. В этом случае вязкость значительно повышается, а твердость снижается. Используют этот метод термообработки при получении пружин, рессор и некоторого инструмента.
  3. Высокий позволяет раскаливать деталь до 600 °С. В этом случае происходит распад мартенсита с образованием сорбита. Подобная структура представлена лучшим сочетанием прочности и пластичности. Также повышается показатель ударной вязкости. Используют этот метод термообработки для получения деталей, применяемых при ударных нагрузках.

Еще одним видом распространенной термообработки является нормализация. Зачастую нормализация проводится путем разогрева металла до верхней критической точки с последующей выдержкой и охлаждением в обычной среде, к примеру, на открытом воздухе. Проводят нормализацию для придания мелкозернистой структуры, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

МГТУ им. Н. Э. Баумана

по курсу материаловедения

Студент: Клёнкин А. В.

Преподаватель: Силаева В. И.

Для изготовления шестерней, валов, осей применяется улучшаемая хромистая сталь, легированная бором.

1. Подберите легированную сталь для изготовления оси диаметром 20мм.

Укажите оптимальный режим термической обработки, обеспечивающей получение твердости 265HB, постройте график термической обработки в координатах “температура – время”.

2. Опишите все структурные превращения, происходящие при процессе улучшения стали.

3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства, влияние легирующих элементов на прокаливаемость достоинства, недостатки и т.д.

Для изготовления шестерней, осей, валов применяют улучшаемую хромистую сталь, легированную бором.

Особенности работы деталей типа оси состоят в том, что в них используют прочность и сопротивление усталости стали. В связи с этим стали должны иметь большой запас прочности и высокий предел выносливости. Детали этого типа работают при статических нагрузках.

Для обеспечения этих свойств вводят легирующие элементы, что повышает конструкционную прочность стали. Их применяют после закалки и отпуска, поскольку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых. Высокие механические свойства при улучшении возможны лишь при обеспечении требуемой прокаливаемости, поэтому она служит важнейшей характеристикой при выборе этих сталей. Кроме прокаливаемости важно получить мелкое зерно и не допустить развития отпускной хрупкости.

К группе легированных конструкционных сталей относятся среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,3. 0,5% , которые для улучшения свойств (прокаливаемость, мелкозернистая структура, предел выносливости) дополнительно легируют хромом

( до 2%), никелем (от 1 до 5%), марганцем (до 1,5%), кремнием (до 2%), молибденом и вольфрамом (0,2-0,4 Mo и 0,8-1,2 W), ванадием и титаном (до 0,3% V и 0,1% Ti), а так же микро легируют бором

Среднеуглеродистые стали приобретают высокие механические свойства после термического улучшения – закалки и высокого отпуска (500-650град) на структуру сорбита.

В соответствии с заданием необходимо подобрать легированную сталь. Выбираем сталь 40Х, так как она относится к широко используемым дешевым конструкционным материалам. Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, устранение которой требует быстрого охлаждения от температуры высокого отпуска. Эта сталь прокаливается на глубину 15-25 мм и применяется для деталей небольшого сечения.

Примем первый вариант термической обработки: закалку и высокий отпуск. По данным ГОСТ 4543-71 температура закалки для стали 40Х составляет 850 С (Ас3 – 815 С). В качестве охлаждающей среды выбираем воду. Последующий отпуск назначаем при температуре 600 С

(выше интервала температур необратимой отпускной хрупкости).

Указанный режим термообработки обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения):

0.2 > 720 Мпа;  > 14 %

в > 860 Мпа;  > 60 %

HB  265 после отпуска при 600 С.

Сталь 40Х – сталь перлитного класса до термообработки имеет структуру:

Феррит (Ф) + Перлит (П). П (Ф+Fe3C).

Ф=Fe(C) – твердый раствор, С’ в Fe.

На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры Ас1. При нагреве до Ас1 (743 С.) никаких превращений не происходит. При температуре Ас1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются 2 процесса: полиморфный переход Fe  Fe и растворение цементита в аустените.

Представим общую схему превращения:

Ф+П (Ф+Ц) Ас1Ф+Ц+АА+ЦАнеоднородн.Агомогенный

Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита. Фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали. При этом, выше дисперсность структуры перлита (Ф+Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно возрастает дисперсность продуктов его распада, что приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентрации напряжений.

При охлаждении при Vохл. > Vкрит будет образовываться мартенсит – неравновесная фаза – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fe и остаточный аустенит (А). Кристаллы мартенсита М, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали(5000м/с). Росту кристаллов мартенсита препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита(рис. 2).

Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются на расстояния, не превышающее межатомные. При этом перестройка решетки происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной модификации, которая по строению одинаковая, а по параметрам близки к определенным плоскостям кристаллической решетки образующей фазы, т.е. выполняется принцип структурного и размерного соответствия. Для мартенситного превращения характерно, что растущие кристаллы мартенсита когерентно связаны с кристаллами исходной фазы. Два кристалла считаются когерентными, если они соприкасаются по такой поверхности раздела, которая является общей для их кристаллических решеток. При нарушении когерентности решеток интенсивный упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается. Мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку. Чем больше углерода было в аустените, тем большее число элементарных ячеек мартенсита будет содержать атом углерода и тем большими окажутся средние искажения пространственной решетки.

Свойства мартенсита сталей зависят от растворенного в нем углерода.

Мартенсит имеет очень высокую твердость равную или превышающую HRC 60, при содержании углерода большем 0,4%.

После мартенситного превращения в стали сохраняется небольшое количество остаточного аустенита(1 – 3%). Затрудненность распада последних порций аустенита связывают с появлением значительных сжимающих напряжений, возникающих вследствие увеличения объема при переходе ГЦК решетки в ОЦК решетку.

Для придания стали требуемых эксплуатационных свойств, после закалки всегда проводят отпуск. При отпуске снижается уровень напряженного состояния ( в, НВ,, КСV).

До t =80C не происходит никаких структурных изменений. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80. 200C и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита – смеси пересыщенного углеродом -раствора и когерентных с ним частиц карбида. В результате этого существенно уменьшается степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного -карбида ), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200. 260 C (300 C) и состоит из следующих этапов:

превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

распад отпущенного мартенсита: степень его пересыщенности уменьшается до 0,15. 0,2% , начинается преобразование -карбида в Fe3C –цементит и его обособление, разрыв когерентности;

снижение остаточных напряжений:

некоторое увеличение объема, связанное с переходом АостМотп.

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300. 400C. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется ферритокарбидная смесь, существенно снижается остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400C активизирует процесс коалесценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементитной смеси.

В стали 40Х после полной закалки в воде и высокого отпуска при 600C образуется структура сорбита отпуска.

Сталь 40Х. Основные данные. ГОСТ 4543 – 71.

Химический состав: С – 0,36. 0,44 %; Ni – не более 0,3%;

Si – 0,17. 0,37 %; Cu – не более 0,3%;

Мn – 0,50. 0,80 %; S – не более 0,035%

Сr – 0,80. 1,10 %; P – не более 0,035%

Назначение – оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

Прокаливаемость 18 – 25 мм.

Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих элементов на свойства феррита, дисперсность карбидной фазы, устойчивость мартенсита при отпуске, прокаливаемость, размер зерна.

Легирующие элементы, растворяясь в феррите, упрочняют его. Наиболее сильно повышают твердость медленно охлажденного (нормализованного) феррита кремний, марганец, никель, т.е. элементы, имеющие отличную от Fe кристаллическую решетку. Слабее влияют молибден вольфрам и хром, изоморфные Fe. Упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, большинство легирующих элементов снижают его ударную вязкость, особенно если их концентрация выше 1%. Исключение составляет никель, который не снижает вязкости. Марганец и хром при содержании до 1% повышают ударную вязкость; при большей концентрации она снижается, достигая уровня нелегированного феррита, примерно при 3% Cr и 1,5% Mn.

Вид поставки – сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543 –71,

ГОСТ 2590 – 71, ГОСТ 2591 – 71, ГОСТ 2879 – 69, ГОСТ 10702 – 78.

Калиброванный пруток ГОСТ 7417 – 75, ГОСТ 8559 – 75, ГОСТ 8560–78,

ГОСТ 1051 – 73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955 – 77.

Лист толстый ГОСТ 1577- 81, ГОСТ 19903 – 74. Полоса ГОСТ 103 – 76,

ГОСТ 1577 – 81, ГОСТ 82 – 70. Поковки ГОСТ 8479 – 70. Трубы

ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8733 – 87, ГОСТ 13663 – 68.

Направления работы

На сайте: 1 посетитель(ей)

Статистика за сегодня

Просмотров за сегодня: 48
Посетителей за сегодня: 17

Статистика за всё время

Достижимая максимальная твердость сталей
Термообработка

Достижимая максимальная твердость сталей

Марка

Твердость HRC

Рекомен-дуемый вид термооб-работки

Марка

Твердость HRC

Рекомен-дуемый вид термооб-работки

Конструкционная углеродистая сталь

Конструкционная легированная и высоколегированная сталь

10

56-62

40ХН2МА

35-39

20

56-62

(40Х1НВА)

(HV640*)

25

27-33

40ХН2МА

35-39

40

40-45

(40ХНМА)

(HVбОО*)

45

48-52

Инструментальная углеродистая сталь

50

50-55

65

50-58

У ,7 У7А

61-63

65Г

57 – 62

У8, У8А

61-63

Конструкционная легированная и высоколегированная сталь

У9, У9А

62-64

У10, У10А

62-64

15Х

58-62

У11, У11А

62-63

38ХА

45-50

У12, У12А

62-63

30Х

50-54

У13, У13А

62-63

(HV610*)

Инструментальная легированная сталь

Термообработка стали 45, 40х, 20, 30хгса, 65г, 40, 40хн, 35, и стали 20х13

В машиностроении чаще всего подвергают термообработки сталь 45 (в качестве заменителя 40Х, 50, 50Г2), сталь 40х (в качестве заменителя стали 38ха, 40хр, 45х, 40хс, 40хф, 40хн), сталь 20 (в качестве заменителя 15, 25), сталь 30хгса (заменители 40хфа, 35хм, 40хн, 25хгса, 35хгса), сталь 65г, сталь 40хн, сталь 35, и сталь 20х13, также

Термообработка стали 45

Термообработка стали 45 - конструкционная углеродистая. После предварительной термообработки стали 45 - нормализации, довольно легко проходит механическую обработку. Точение, фрезеровку и т. д. Получают детали, например,типа вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки.
После окончательной термообработки стали 45 (закалка), детали приобретают высокую прочность и износостойкость. Часто шлифуются. Высокое содержание углерода (0,45%) обеспечивает хорошую закаливаемость и соответственно высокую твёрдость поверхности и прочность изделия. Сталь 45 калят «на воду». То есть после калки деталь охлаждают в воде. После олаждения деталь подвегается низкотепмературному отпуску при температуре 200-300 градусов Цельсия. При такой термообработки стали 45 получают твердость порядка 50 HRC.

Термообрабтка стали 45 и применение изделий: Кулачки станочных патронов, согласно указаниям ГОСТ, изготовляют из сталей 45 и 40Х. Твёрдость Rc = 45 -50. В кулачках четырёхкулачных патронов твёрдость резьбы должна быть в пределах Rс = 35-42. Отпуск кулачков из стали 45 производится при температуре 220-280°, из стали 40Х при 380-450° в течение 30-40 мин.

Расшифровка марки стали 45: марка 45 означает, что в стали содержится 0,45% углерода,C 0,42 - 0,5; Si 0,17 - 0,37;Mn 0,5 - 0,8; Ni до 0,25; S до 0,04; P до 0,035; Cr до 0,25; Cu до 0,25; As до 0,08.

Термообработка стали 40Х

Термообработка стали 40Х - легированная конструкционная сталь предназначена для деталей повышенной прочности такие как оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и прочих деталей повышенной прочности. Сталь 40Х также часто используется для производства поковок, штампованных заготовок и деталей трубопроводной арматуры. Однако последние перечисленные детали нуждаются в дополнительной термической обработке, заключающейся в закалке через воду в масле или просто в масле с последующим отпуском в масле или на воздухе.

Расшифровка марки стали 40Х. Цифра 40 указывает на то, что углерод в стали содержится в объеме 0,4 %. Хрома содержится менее 1,5 %. Помимо обычных примесей в своем составе имеет в определенных количествах специально вводимые элементы, которые призваны обеспечить специально заданные свойства. В качестве легирующего элемента в данном случае используется хром, о чем говорит соответствующая маркировка.

Термообработка стали 20

Термообработка стали 20 - сталь конструкционная углеродистая качественная. Широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. Температура начала ковки стали 20 составляет 1280° С, окончания - 750° С, охлаждение поковки - воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной способности.
После цементации и цианирования из стали 20 можно изготавливать детали, от которых требуется высокая твёрдость поверхности и допускается невысокая прочность сердцевины: кулачковые валики, крепёжные детали, шпиндели, звёздочки, шпильки, вилки тяг и валики переключения передач, толкатели клапанов, валики масляных насосов. Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей ( пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни ), цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350° С), тонких деталей, работающих на истирание и другие детали автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

Термообработка стали 30хгса

Термообработка стали 30хгса - относится к среднелегированной конструкционной стали. Сталь 30хгса проходит улучшение – закалку с последующим высоким отпуском при 550-600 °С, поэтому применяется при создании улучшаемых деталей (кроме авиационных деталей это могут быть различные корпуса обшивки, оси и валы, лопатки компрессорных машин, которые эксплуатируются при 400°С, и многое другое), рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.
Сталь 30хгса обладает хорошей выносливостью, отличными показателями ударной вязкости, высокой прочностью. Она также отличается замечательной свариваемостью.

Сварка стали 30хгса тоже имеет свои особенности. Она осуществляется с предварительным подогревом материала до 250-300 °С с последующим медленным охлаждением. Данная процедура очень важна, поскольку могут появиться трещины из-за чувствительности стали к резким перепадам температуры после сварки. Поэтому по завершении сварных работ горелка должна отводиться медленно, при этом осуществляя подогрев материала на расстоянии 20-40 мм от места сварки. Также, не более, чем спустя 8 часов по завершении сварки сварные узлы стали 30ХГСА нуждаются в закалке с нагревом до 880 °С с последующим высоким отпуском. Далее изделие охлаждается в масле при 20-50 °С. Отпуск осуществляется нагревом до 400 - 600 °С и охлаждением в горячей воде. Сварку же необходимо выполнять максимально быстро, дабы избежать выгорания легирующих элементов.
После прохождения термомеханической низкотемпературной обработки сталь 30хгса приобретает предел прочности до 2800 МПа, ударная вязкость повышается в два раза (в отличии от обычной термообработки стали 30хгса), пластичность увеличивается. 

Термообработка стали 65г 

Термообработка стали 65г - Сталь конструкционная рессорно-пружинная. Используют в промышленности пружины, рессоры, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпусы подшипников, зажимные и подающие цанги и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости, и детали, работающие без ударных нагрузок. (заменители: 70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2).

Термообработка стали 40 - Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: трубы, поковки, крепежные детали, валы, диски, роторы, фланцы, зубчатые колеса, втулки для длительной и весьма длительной службы при температурах до 425 град.

Термообработка стали 40хн - Сталь конструкционная легированная Использование в промышленности: оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динами ческим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Термообработка сталь 35 - Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали.

Термообработка стали 20Х13 - Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная. Использование в промышленности: энергетическое машиностроение и печестроение; турбинные лопатки, болты, гайки, арматура крекинг-установок с длительным сроком службы при температурах до 500 град; сталь мартенситного класса Сталь марки 20Х13 и другие стали мартенситного класса: жаропрочные хромистые стали мартенситного класса применяют в различных энергетических установках, они работают при температуре до 600° С. Из них изготовляют роторы, диски и лопатки турбин, в последнее время их используют для кольцевых деталей больших толщин. Существует большое количество марок сталей данного класса. Общим для всех является пониженное содержание хрома, наличие молибдена, ванадия и вольфрама. Они эффективно упрочняются обычными методами термообработки, которая основана на у - a-превращении и предусматривает получение в структуре мартенсита с последующим улучшением в зависимости от требований технических условий. (заменители: 12Х13, 14Х17Н2)  

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / Остальные / 40Х / 40Х

МГТУ им. Н. Э. Баумана

Кафедра МТ8

Домашнее задание

по курсу материаловедения

Студент: Клёнкин А. В.

Группа: М2-51

Преподаватель: Силаева В. И.

Москва, 2000г.

Для изготовления шестерней, валов, осей применяется улучшаемая хромистая сталь, легированная бором.

1. Подберите легированную сталь для изготовления оси диаметром 20мм.

Укажите оптимальный режим термической обработки, обеспечивающей получение твердости 265HB, постройте график термической обработки в координатах “температура - время”.

2. Опишите все структурные превращения, происходящие при процессе улучшения стали.

3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства, влияние легирующих элементов на прокаливаемость достоинства, недостатки и т.д.

Отчет

Для изготовления шестерней, осей, валов применяют улучшаемую хромистую сталь, легированную бором.

Особенности работы деталей типа оси состоят в том, что в них используют прочность и сопротивление усталости стали. В связи с этим стали должны иметь большой запас прочности и высокий предел выносливости. Детали этого типа работают при статических нагрузках.

Для обеспечения этих свойств вводят легирующие элементы, что повышает конструкционную прочность стали. Их применяют после закалки и отпуска, поскольку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых. Высокие механические свойства при улучшении возможны лишь при обеспечении требуемой прокаливаемости, поэтому она служит важнейшей характеристикой при выборе этих сталей. Кроме прокаливаемости важно получить мелкое зерно и не допустить развития отпускной хрупкости.

К группе легированных конструкционных сталей относятся среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,3...0,5% , которые для улучшения свойств (прокаливаемость, мелкозернистая структура, предел выносливости) дополнительно легируют хромом

( до 2%), никелем (от 1 до 5%), марганцем (до 1,5%), кремнием (до 2%), молибденом и вольфрамом (0,2-0,4 Mo и 0,8-1,2 W), ванадием и титаном (до 0,3% V и 0,1% Ti), а так же микро легируют бором

(0,002-0,005%).

Среднеуглеродистые стали приобретают высокие механические свойства после термического улучшения – закалки и высокого отпуска (500-650град) на структуру сорбита.

В соответствии с заданием необходимо подобрать легированную сталь. Выбираем сталь 40Х, так как она относится к широко используемым дешевым конструкционным материалам. Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, устранение которой требует быстрого охлаждения от температуры высокого отпуска. Эта сталь прокаливается на глубину 15-25 мм и применяется для деталей небольшого сечения.

Примем первый вариант термической обработки: закалку и высокий отпуск. По данным ГОСТ 4543-71 температура закалки для стали 40Х составляет 850 С (Ас3 – 815 С). В качестве охлаждающей среды выбираем воду. Последующий отпуск назначаем при температуре 600 С

(выше интервала температур необратимой отпускной хрупкости).

Указанный режим термообработки обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения):

0.2 > 720 Мпа;  > 14 %

в > 860 Мпа;  > 60 %

HB  265 после отпуска при 600 С.

Сталь 40Х – сталь перлитного класса до термообработки имеет структуру:

Феррит (Ф) + Перлит (П). П (Ф+Fe3C).

Ф=Fe(C) – твердый раствор, С’ в Fe.

На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры Ас1. При нагреве до Ас1 (743 С.) никаких превращений не происходит. При температуре Ас1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются 2 процесса: полиморфный переход Fe  Fe и растворение цементита в аустените.

Представим общую схему превращения:

Ф+П (Ф+Ц) Ас1Ф+Ц+АА+ЦАнеоднородн.Агомогенный

Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита. Фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали. При этом, выше дисперсность структуры перлита (Ф+Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно возрастает дисперсность продуктов его распада, что приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентрации напряжений.

При охлаждении при Vохл. > Vкрит будет образовываться мартенсит – неравновесная фаза – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fe и остаточный аустенит (А). Кристаллы мартенсита М, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали(5000м/с). Росту кристаллов мартенсита препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита(рис. 2).

Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются на расстояния, не превышающее межатомные. При этом перестройка решетки происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной модификации, которая по строению одинаковая, а по параметрам близки к определенным плоскостям кристаллической решетки образующей фазы, т.е. выполняется принцип структурного и размерного соответствия. Для мартенситного превращения характерно, что растущие кристаллы мартенсита когерентно связаны с кристаллами исходной фазы. Два кристалла считаются когерентными, если они соприкасаются по такой поверхности раздела, которая является общей для их кристаллических решеток. При нарушении когерентности решеток интенсивный упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается. Мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку. Чем больше углерода было в аустените, тем большее число элементарных ячеек мартенсита будет содержать атом углерода и тем большими окажутся средние искажения пространственной решетки.

Свойства мартенсита сталей зависят от растворенного в нем углерода.

Мартенсит имеет очень высокую твердость равную или превышающую HRC 60, при содержании углерода большем 0,4%.

После мартенситного превращения в стали сохраняется небольшое количество остаточного аустенита(1 – 3%). Затрудненность распада последних порций аустенита связывают с появлением значительных сжимающих напряжений, возникающих вследствие увеличения объема при переходе ГЦК решетки в ОЦК решетку.

Для придания стали требуемых эксплуатационных свойств, после закалки всегда проводят отпуск. При отпуске снижается уровень напряженного состояния ( в, НВ,, КСV).

До t =80C не происходит никаких структурных изменений. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...200C и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита – смеси пересыщенного углеродом -раствора и когерентных с ним частиц карбида. В результате этого существенно уменьшается степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного -карбида ), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200...260 C (300 C) и состоит из следующих этапов:

  1. превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

  2. распад отпущенного мартенсита: степень его пересыщенности уменьшается до 0,15...0,2% , начинается преобразование -карбида в Fe3C –цементит и его обособление, разрыв когерентности;

  3. снижение остаточных напряжений:

  4. некоторое увеличение объема, связанное с переходом АостМотп.

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300...400C. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется ферритокарбидная смесь, существенно снижается остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400C активизирует процесс коалесценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементитной смеси.

В стали 40Х после полной закалки в воде и высокого отпуска при 600C образуется структура сорбита отпуска.

Сталь 40Х. Основные данные. ГОСТ 4543 – 71.

Химический состав: С – 0,36...0,44 %; Ni – не более 0,3%;

Si – 0,17...0,37 %; Cu – не более 0,3%;

Мn – 0,50...0,80 %; S – не более 0,035%

Сr – 0,80...1,10 %; P – не более 0,035%

Назначение – оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

Прокаливаемость 18 – 25 мм.

Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих элементов на свойства феррита, дисперсность карбидной фазы, устойчивость мартенсита при отпуске, прокаливаемость, размер зерна.

Легирующие элементы, растворяясь в феррите, упрочняют его. Наиболее сильно повышают твердость медленно охлажденного (нормализованного) феррита кремний, марганец, никель, т.е. элементы, имеющие отличную от Fe кристаллическую решетку. Слабее влияют молибден вольфрам и хром, изоморфные Fe. Упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, большинство легирующих элементов снижают его ударную вязкость, особенно если их концентрация выше 1%. Исключение составляет никель, который не снижает вязкости. Марганец и хром при содержании до 1% повышают ударную вязкость; при большей концентрации она снижается, достигая уровня нелегированного феррита, примерно при 3% Cr и 1,5% Mn.

Вид поставки – сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543 –71,

ГОСТ 2590 – 71, ГОСТ 2591 – 71, ГОСТ 2879 – 69, ГОСТ 10702 – 78.

Калиброванный пруток ГОСТ 7417 – 75, ГОСТ 8559 – 75, ГОСТ 8560–78,

ГОСТ 1051 – 73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955 – 77.

Лист толстый ГОСТ 1577- 81, ГОСТ 19903 – 74. Полоса ГОСТ 103 – 76,

ГОСТ 1577 – 81, ГОСТ 82 – 70. Поковки ГОСТ 8479 – 70. Трубы

ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8733 – 87, ГОСТ 13663 – 68.

Литература:

  1. Материаловедение. Учебник для вузов под ред. Арзамасова Б.Н. 2-ое издание исправленное и дополненное. М.: Машиностроение, 1986. 384 с.

2. Марочник сталей и сплавов, под ред. Сорокина В.Г. М.: Машиностроение, 1989 г. 640с.

Материалы - Сталь - Углерод, сплав, марки

Приведенную ниже информацию следует рассматривать только как ориентировочную. Для конкретных приложений требуется надлежащее тестирование. Твердость металла определяется его сопротивлением деформации, вдавливанию или царапинам. Твердость по Роквеллу - наиболее распространенная мера твердости металла. Мягкие стали обычно измеряются по шкале Роквелла B, тогда как более твердые стали и стали с глубокой цементной закалкой обычно измеряются по шкале Роквелла C.В некоторых случаях один объект может попадать в более чем одну шкалу (см. Таблицу сравнения твердости). Например, типичная стальная пружина имеет твердость по Роквеллу 110 по шкале B и 38 по шкале C.

Примечание: Предел текучести - это величина давления, которое материал выдержит до того, как станет необратимо деформированным.

1018 - Термическая обработка в контакте с углеродом (науглероживание) приводит к упрочнению поверхности этой низкоуглеродистой стали. Его легко формовать в холодном состоянии, гнуть, паять и сваривать.Максимум. достижимая твердость по Роквеллу - B72. Температура плавления составляет 2800 ° F. Предел текучести составляет 77000 фунтов на квадратный дюйм.

1045 - Эта среднеуглеродистая сталь прочнее, чем 1018, и ее сложнее обрабатывать и сваривать. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу - B90. Температура плавления составляет 2800 ° F. Предел текучести составляет 77000 фунтов на квадратный дюйм.

A36 - Углеродистая сталь общего назначения подходит для сварки и механического крепления. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу - B68. Температура плавления составляет 2000 ° F.Предел текучести составляет 36000 фунтов на квадратный дюйм.

12L14 - Низкоуглеродистая сталь с превосходными характеристиками механической обработки и хорошей пластичностью, что позволяет легко гнуть, обжимать и клепать. Его очень трудно сваривать, и его нельзя закалить. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу составляет B75-B90. Температура плавления составляет 2800 ° F. Предел текучести составляет 60 000-80 000 фунтов на квадратный дюйм.

1144 - Среднеуглеродистая повторно сульфированная сталь, легкообрабатываемая. Сталь 1144 термически обрабатывается лучше, чем сталь 1045.Снятие напряжений позволяет получить максимальную пластичность при минимальном короблении. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу B97. Температура плавления составляет 2750 ° F. Предел текучести составляет 95 000 фунтов на квадратный дюйм.

4140 Сплав - Также называется хромомолибденовой сталью. Сплав 4140, идеально подходящий для ковки и термообработки, является прочным, пластичным и износостойким. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу C20-C25. Температура плавления составляет 2750 ° F. Предел текучести составляет 60 000-105 000 фунтов на квадратный дюйм.

4140 Сплав ASTM A193 Grade B7 - Подобен сплаву 4140, но уже подвергнут закалке, отпуску и снятию напряжений.Твердость по Роквеллу C35 макс.

8630 Сплав - Этот сплав твердый, но пластичный. Он хорошо реагирует на термическую обработку, демонстрирует превосходные характеристики сердечника, а также хорошую свариваемость и обрабатываемость. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу B85-B97. Температура плавления составляет 2800 ° F. Предел текучести составляет 55 000-90 000 фунтов на квадратный дюйм.

Одним из наиболее распространенных сплавов является углеродистая сталь 1144, в которой легирующие элементы улучшают обработку. Напряжение 1144, продукт LaSalle Steel, является примером сплава с хорошими характеристиками механической обработки и закаливаемости, который обладает высокой прочностью и может подвергаться сквозной закалке.

Легированные стали

, такие как 4130, 4140 и 4340, названы так потому, что содержание хрома высокое (около 1%) и является основным легирующим элементом. Как видно, хромированные стали начинаются с префикса «40» и заканчиваются двумя цифрами, которые соответствуют номинальному процентному содержанию углерода. Например, 4140 содержит 0,40% углерода и 0,1% хрома.

Никелевые легированные стали заменяют никель примерно половиной стандартного содержания хрома в хромовых сплавах. Например, в то время как 4140 имеет 0.0% никеля и 0,1% хрома, 8630 содержит 0,60% никеля и 0,50% хрома. Эти сплавы обычно имеют префикс «80». 8630 по сравнению с 4140 следующим образом:

С Mn Si P S Cr Ni Пн Другое
8630 0.25-0,35 0,65-0,85 0,70 0,04 0,04 0,40–0,70 0,40–0,70 0,20-0,30
4140 0,38-0,43 0,75–1,00 0,035 0,04 0,15-0,35 0,8–1,10

Трудно провести механическое сравнение хромовых сплавов и никелевых сплавов, поскольку они похожи, но уникальны для марки.Как правило, никелевые сплавы можно вытягивать до более точного конечного размера, и поэтому они более распространены в стали для конечного использования, например, для шпонки.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ДАВЛЕНИЯ ФЛУКУЮЩЕГО ПОТОКА ГАЗА ДЛЯ ОБРАБОТКИ 40Х ЗАКРЕПЛЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ

Артикул в Русский

Для цитирования: Ильина Е.Е., Продан Н.В., Вологжанина С.А. Использование колебаний давления пульсирующего газового потока для работы с образцами из стали упрочненной 40Х. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики , 2016, т.16, нет. 4, стр. 635–641. DOI: 10.17586 / 2226-1494-2016-16-4-635-641

Абстракция

Предмет исследования. В статье рассматривается опыт использования передовых технологий аэроакустической обработки материалов для повышения ударной вязкости образцов конструкционной стали типа 40Х. Метод основан на воздействии на образец пульсирующей струи воздуха с колеблющимися ударно-волновыми структурами. В результате в образце генерируются так называемые волны Максвелла, которые могут привести к благоприятному преобразованию микро- и субструктуры, а также фазовой структуры закаленных сталей.Полученных изменений может быть достаточно для повышения ударной вязкости и уменьшения остаточных напряжений, возникающих в ходе предыдущих обработок. В этом случае уменьшается деформация компонентов, а вероятность отказа при дальнейшей обработке и эксплуатации снижается. Преимущество технологии - исключение дополнительной термообработки, например релаксационного отжига, что способствует снижению остаточных напряжений. Это может быть полезно, в частности, для сохранения высокой твердости и износостойкости, достигаемой закалкой и низкотемпературным отпуском (около 200 ° C), поскольку релаксационный отжиг обычно имеет более высокую температуру и приведет к их снижению.Повышение вязкости образцов считается показателем положительного воздействия рассматриваемой обработки. Основные результаты. Определены характеристики и режимы экспериментального акустического преобразователя, реализующего аэроакустическую обработку. Проведены эксперименты по оценке влияния аэроакустических воздействий на ударную вязкость широко применяемой стали типа 40Х. Полученные результаты позволяют предположить, что применение аэроакустической обработки образцов, упрочненных термической обработкой, приводит к повышению ударной вязкости исследуемого материала.В этом случае сохраняется повышенное значение твердости, полученное после термообработки. Практическая значимость. Результаты дополняют ранее полученные экспериментальные данные по аэроакустической обработке металлических материалов. Их можно использовать (после повышения статистической достоверности данных) при разработке технологии обработки деталей, где важно иметь высокую твердость и износостойкость при соответствующей ударной вязкости.


Ключевые слова: термообработка стали , закалка, отпуск, аэроакустическая обработка, резонатор, генератор акустического излучения, волны Максвелла, ударная вязкость

Благодарности. Авторы благодарят Т. Иванова за проведение фрактографических исследований на кафедре нанотехнологий и материаловедения Университета ИТМО и О.А. Приходько за ценные замечания и рекомендации.

Список литературы

1. Булат П.В., Засухин О.Н., Усков В.Н. О классификации режимов течения в канале с внезапным расширением. Теплофизика и аэромеханика , 2012, т. 19, нет. 2. С. 233–246. DOI: 10.1134 / S0869864312020072
2.Засухин О.Н., Булат П.В., Продан Н.В. Колебания базового давления. Фундаментальные исследования .2012. 3–1. С. 204–207. (На русском языке)
3. Ильина Е.Е., Вологжанина С.А., Иванов Д.А. Влияние термической обработки на акустические свойства поверхностных слоев стальных изделий. Материалы XXII Уральской школы металлов-Термистов [Учеб. XXII Уральская школа металлургов-металлургов] . Орск, Россия, 2014. С. 222–223.
4. Ильина Е.Е., Вологжанина С.А., Иванов Д.А., Иголкин А.Ф., Засухин О.Н. Оценка влияния термической обработки на акустические свойства стали 40Х. Материалы XVII Междунар. Научно-Практ. Конф. Технология Упрочнения, Нанесения Покрытий и Ремонт: Теория и Практика. XVII Междунар. Конф. по технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика] . Санкт-Петербург, 2015. С. 292–295.
5. Воробьева Г.А., Иводитов А.Н., Сизов А.М. О структурных превращениях в металлах и сплавах под действием импульсной обработки. Известия АН СССР. Металл , 1991, вып. 6. С. 131–137.
6. Ерофеев В.К., Воробьева Г.А. Концептуальная модель влияния аэротермоакустической обработки на свойства металлических материалов. Металлообработка .2009. 3. С. 31–38.
7. Ерофеев В.К., Воробьева Г.А. Исследование влияния аэроакустической обработки на структуру быстрорежущих инструментальных сталей и сплавов. Металлообработка .2009. 6. С. 34–40. (На русском языке)
8.Иванов Д.А. Повышение конструктивной прочности металлических материалов за счет их обработки нестационарными газовыми потоками без предварительного нагрева. Технико-технологические проблемы сервиса , 2011, №1. 4. С. 24–29.
9. Булат П.В., Продан Н.В., Засухин О.Н., Иванов Д.А. Акустический преобразователь. Патент на полезную модель № 152649, 2014.
. 10. Вагапов И.К., Ганиев М.М., Шинкарев А.С. Теоретическое и экспериментальное исследование динамики ультразвуковой виброударной системы с промежуточным бойком. Известия высших учебных заведений. Машиностроительный завод , 2008 г., вып. 5. С. 3–24. (На русском языке)
11. Витязь П.А., Гордиенко А.И., Хейфец М.Л. Проектирование процессов упрочняющей обработки конструкционных материалов концентрированными потоками энергии. Упрочняющие Технологии и Покрытия , 2011, №1. 1. С. 8–14.
12. Гаврилова Т.М. Контактное трение в очаге деформации при ультразвуковой пластической деформации поверхности. Российские инженерные изыскания, 2008, т.28, вып. 8. С. 764–768. DOI: 10.3103 / S1068798X08080078
13. Киселев Е.С., Благовский О.В. Применение ультразвуковой обработки при производстве ответственных деталей. Технология машиностроения .2011. 5. С. 33–37.
14. Марочник стали и сплавов. Эд. В КАЧЕСТВЕ. Зубченко. М .: Машиностроение, 2001.672 с.
15. Новиков И.И. Металловедение. Эд. ПРОТИВ. Золотаревский. М .: МИСиС, 2009. 2, 496 с.
16.Ежов А.А., Герасимова Л.П. Дефекты в металлах. Справочник-атлас. М .: Русский университет, 2002.360 с. (На русском языке)

Способ химико-термической обработки мелкого режущего инструмента из легированной стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к комплексной химико-термической обработке, химическому нанесению никелевых покрытий и последующей термообработке специального мелко- и концертно-режущего инструмента для обработки минералов, конструкционной керамики и деталей из прецизионных сплавов при производстве ЭРД МТ. (космические двигатели) и могут найти применение в электронике, приборостроении, ювелирных изделиях.Способ включает химическое никелирование с нанесением указанного по толщине люминофорного слоя никеля на предварительно заточенный по геометрии режущего инструмента и последующую термообработку в заданном температурном диапазоне, с выполнением всех операций нанесения покрытия и нанесения покрытия. термообработка при воздействии постоянного магнитного поля. Технический результат изобретения - повышение износостойкости, прочности, качества управляемости малогабаритного, концертного инструмента. 15 С. ф-кристаллы, 2 таб., 6 ил. Изобретение относится к области металлургии, в частности к комплексной химико-термической обработке, химическому применению является режущим инструментом для обработки минералов, конструкционной керамики и деталей из прецизионных сплавов при производстве ЭРД МТ (космических двигателей) и может найти применение. в электронике, приборостроении, ювелирном деле. Известна технология улучшения режущих свойств инструмента химическим покрытием из быстрорежущей стали со слоем 1/100 толщины режущей части и последующим выходом из режимов ГОСТ 9.305-84 при температуре не выше 350 o (Гоголев А.Ю., Бутенко В.И. // Машины и инструменты. 1973, 2, с. 28-29). Отсутствие аналогичного малоадгезионного-диффузионного адгезионного слоя с основой, как следствие, низкая износостойкость при обработке закаленных сталей. Известна комплексная химико-термическая обработка сверл малого диаметра микроокислением с приложением постоянного магнитного поля ( Тарасов А.Н. Вакуумные нитроацетофеноновые фрезы и фрезы из быстрорежущей стали // СТИН.1998, 3, с. 26-28 - аналог) с размещением сверл на постоянных магнитах из сплава Alnico. Метод эффективен для часовой промышленности, где обрабатываются преимущественно мягкие, малопрочные стали и сплавы, но недостаточно эффективен из-за малой толщины нитрооксидного слоя при обработке керамических материалов в процессе химического никелирования высоколегированных высоколегированных материалов. стали в растворах, содержащих сульфат никеля, гипофосфит натрия, ацетат натрия, уксусную кислоту и активаторы - тиокарбамид или янтарную кислоту (как в растворе по патенту РФ 2135635), обеспечивающие стандартную горячую сушку после гемицеллюлазы и окончательную выдержку в воздушная печь при температуре от 250 до 300 ° С ° С Для различных сталей и сплавов (ОСТ 92-4924-84 Покрытие металлического и неметаллического неорганического инструмента для производства, С.115, с. 239 - прототип). Несмотря на увеличение твердости слоя дымохода Ni 3 R, его толщина и прочность соединения с фундаментом не обеспечивают оптимального соотношения его прочности, твердости, контактной износостойкости, ударной вязкости, поэтому как ограниченный, эффективный, так и неэффективный. при упрочнении легированных жаропрочных сталей, таких как быстрорежущие марки Р6М5, РМЦ и др. Инструментальная. Задача изобретения - повышение износостойкости, прочности, качества обращения малогабаритного, концертного инструмента решается путем проведения химического никелирования с применением Указанная толщина люминофора, слой никеля, предварительная заточка, геометрия режущей части, нанесение второго покрытия и термообработка при воздействии постоянного магнитного поля.Однако выбранный интервал толщины слоя Ni 3 R назначается при условии обеспечения большей прочности инструмента, при знакопеременных нагрузках и износостойкости в условиях высокоскоростного контактного износа при обработке неметаллов и сплавов металлов. составляет 5-20 мкм, температурный интервал последующей обработки назначается из условия консервации или незначительного снижения твердости основного металла инструмента для различных классов инструментальных сталей, в том числе для получения максимальной твердости химикалельного покрытия и высокой прочности сцепления. слой с основанием, температура 20-100 ° С o ° С при пониженных и повышенных температурах отпуска при первичной упрочнении термообработкой-закалкой сталей каждого класса.Влияние магнитного поля на всех этапах обработки следующее: - при нанесении люминофора никеля в растворе, содержащем ионы ферромагнитного никеля, увеличивается скорость осаждения, плотность и однородность слоя; - во время нагрева, выдержки и охлаждения для термообработки магнитное поле запускает превращение в основной металл инструмента, ускоряя разложение остаточного аустенита из-под подвода или зон шлифования, прижоги инструмента во время шлифования, а к магнитное поле фиксирует инструмент на образующей магнитов.На фиг. 1 показано расположение, размещение инструментов 1 при гемицеллюлазе и последующей термообработке на магнитах 2 UNDC-35. На фиг. 2 показаны инструменты на магнитах, помещенных в ванну гемицеллюлазы 3 (фиг.2, а) или в электропечи 4 для термообработки (фиг.2, б). На фиг.3 показана макроструктура в зоне износа плоских сверл с химическим и последующим отпуском. На фиг.4 показано сверло, подвергнутое химическому плакированию с предварительной -поле намагничивания, помещенное на фторсодержащее устройство 5 в ванне гемицеллюлазы 3.На рис.5 изображена микроструктура слоя на быстрорежущей стали Р6М5 при обработке по предлагаемому способу, а также внешний вид полировальных сверл в стали Р6М5 из янтаря и металла. На фиг.6 показан внешний вид отверстий в изделиях из янтаря. в высокоскоростных сверлильных станках, обработанных по предлагаемой технологии. Выбор интенсивности, вида и постоянства, повторяемости напряженности поля при заданной последовательности магнитного воздействия проводился исходя из технических возможностей, повышения технологичности метода при минимальных затратах. Осветительные приборы - это виды и количество инструментов из различных марок сталей.Пример 1. Просверлите первую проволоку пружинно-высокопрочной 65Г-Н. После формирования рабочей части диаметром 1,8 мм и толщиной ручки 0,4 мм установил постоянный магнит WEDC-25 вместе со сверлами других типоразмеров. и помещают для химического никелирования в ванну с раствором, содержащим гипофосфит натрия, сульфат никеля, ацетат натрия, тиокарбамид и янтарную кислоту. Слой люминофора из никеля Ni 3 P после выдержки в течение 60 минут составлял 20 мм, 1/20 толщины пера.Последующую термообработку проводят при температуре 320 o С или при температуре 50 o С выше принятой 270 o С этой проволокой, переносящей дрель на постоянный магнит в шкаф. После отпуска в течение 1 часа слой дымоходов имел микротвердость H 0,5 H = 760-770 при твердости основы не ниже LDC e = 50-52. Испытания сверл при сверлении закаленного янтаря марки 157500-511800 на сверлильных станках «ИНЖИНИРИНГ» на скоростях до 20 000 об / мин показали, что износостойкость янтаря составила 400 г против 200 г для перьевых сверл, не закаленных предлагаемым способом.После переточки дрель дополнительно проработал 15 минут при общем сопротивлении 45 минут или вдвое больше нормы. Практически исключена графа полиролей Р6М5 диаметром 1 мм после алмазной шлифовки для конической части с углом 2 = 55 o была подвергнута химическому плакированию с образованием слоя люминофора 12 мкм из никеля - 1/30 толщины. режущие части с предварительным намагничиванием в поле 5000 А / м, поместив их на фторсодержащий прибор 5 в ванне гемицеллюлазы 3 (рис.4). Последующая термообработка проводилась нагревом при 620 o Вместо принятой 560 o Для быстрорежущей стали Р6М5 время выдержки 30 минут. Обработка позволила получить основной металл с наилучшими механическими свойствами - твердость LDC e = 60-61, прочность на изгиб 3800-3900 МПа при максимальной микротвердости слоя H 0,5 H = 827-840, что позволило обрабатывать одним сверлом при скоростном сверлении на машинках «ИНЖИНИРИНГ» более 250 г янтаря марки 157500-511800, что составляет 1.В 5 раз выше, чем при обработке прототипа, остальные данные приведены в таблице. 1. Пример 3. Сверло малое время шлифованной стали 9ÕÑ диаметром 0,8 мм. После заточки на рабочие поверхности гемицеллюлаза с установкой постоянного магнита с напряженностью поля 2000 А / м. Обработка проводилась в составе, содержащем 25 г / л сульфата никеля. , 25 г / л гипофосфита натрия, 15 г / л уксусной кислоты натрия, 7 г / л уксусной кислоты, 0,03 г / л тиокарбамида и янтарной кислоты, темпер> Для термической обработки сверла на магнитах помещали в печь СНОЛ к 1.6. 2,51 / 9 и выдерживают 60 минут при температуре 320 o С 50 o С вышеупомянутым принятым для стали 9ÕÑ при выходе. Обработка производилась на воздухе, после охлаждения сверло имело практически нулевую длину шага и высокие эксплуатационные характеристики, износостойкость увеличилась в 1,6 раза выше, чем у обычного армированного микроокислением. В табл. 2 представлены результаты исследования в сравнении с известными. Повышенный класс чистоты обработки, исключены сколы на изделиях.Разработанный способ также оказался эффективным при упрочнении малогабаритного обрабатывающего инструмента мягкой конструкционной изоляционной керамики типа боросил БГП, БГП-10, прессованных композиционных материалов и прецизионных сплавов ковар, Инвар. Пример 4. Изготовлено первое сверло диаметром 1,8 мм. из стали 12Х18х20Т, проволока пружинная высокопрочная путем деформации первой детали с последующей заточкой и доводкой геометрии режущих кромок. Затем проводили химическое никелирование слоя дымохода 30 мкм, слой составлял 1/25 толщины пера, и термообработку при 490 o С при 40 o С выше принятой температуры значения H 0.5 H = 766-784 при твердости основного металла H 0,5 H = 540-550. В результате получается износостойкий инструмент для обработки керамики БГП по прочности - в 2,1 раза выше, чем у идентичных обработанных по известным режимам. Основная мартенситная матрица тесно связана со слоем, обладающим высокой коррозионной стойкостью, и фундамент обеспечил высокие характеристики при работе в условиях использования различных активных смазочных жидкостей.

Пункт

1. Способ химико-термической обработки малых режущих инструментов из легированных сталей, в основном шлифовальные и перьевые сверла, включая химическое покрытие с последующим отпуском для повышения твердости слоя и соединения с основанием, при этом сначала шлифованием и притиркой конуса и режущей части с заданной геометрией и чистотой поверхности Ra = 0.От 25 до 0,40 мкм с последующим химическим нанесением слоя люминофора из никеля на слой толщиной 1 / 20–1 / 50 от толщины режущей части, а выход осуществляется при температуре 20–100–90–200 oС. С указанным выше стандартом для каждой из выбранных сталей, химического покрытия и последующего нагрева, факт трихоза, что делает влияние магнитного поля равным напряжению на все операции нанесения покрытия и термообработки. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют воздействие магнитным полем 2000-10000 А / м4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют воздействие в полях остаточной намагниченности прибора. Способ по п. 1, отличающийся тем, что магнитное поле при проведении химического никелирования осуществляется в области постоянной намагниченности, а отпуск и охлаждение - остаточной намагниченности. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инструмент после всех операций обработки не рисуется перед операцией.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что отпуск инструментальной стали низкой жаропрочности проводят при 200-300 ° С o с.8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что снятие инструмента из жаропрочных и быстрорежущих сталей осуществляется при температурах их горячей твердости. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инструмент перед нанесением химического покрытия подвергается ретрейсментам. Способ по п. 1, при этом химическое покрытие и последующий отпуск будут предполагать, что нагрев при выходе после химического никелирования осуществляется в воздушной атмосфере.12. Путь, с. 1, отличающийся тем, что отпуск после химического никелирования проводят в вакууме 10-10 -1 Па.13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тепло при уходе после химического никелирования с использованием расплавов изотопов сигнатурных солей. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение с приложением магнитного поля проводят в воздухе, масле или жидком азоте. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно проводят шлифовку инструмента, после чего проводят повторное химическое покрытие только режущей части.16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для никелирования и последующего отпуска используют литые полированные постоянные магниты из сплавов.

% PDF-1.3 % 2029 0 объект >] / Pages 2009 0 R / StructTreeRoot 1728 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 2047 0 объект > / Шрифт >>> / Поля [] >> эндобдж 2025 0 объект > поток 2015-02-10T10: 14: 30 + 09: 002015-01-19T11: 28: 36 + 09: 002015-02-10T10: 14: 30 + 09: 00Приложение Adobe InDesign CS6 (Macintosh) / pdfuuid: 58cc8fdb-75fc- Библиотека Adobe PDF 10.0,1 конечный поток эндобдж 1707 0 объект > эндобдж 2009 0 объект > эндобдж 1728 0 объект > эндобдж 1729 0 объект > эндобдж 1730 0 объект > эндобдж 1731 0 объект > эндобдж 1732 0 объект > эндобдж 1733 0 объект [1857 0 R] эндобдж 1734 0 объект [1858 0 R] эндобдж 1735 0 объект [1845 0 R] эндобдж 1737 0 объект [1833 0 R] эндобдж 1738 0 объект [1834 0 R] эндобдж 1739 0 объект [1835 0 R] эндобдж 1740 0 объект [1836 0 R] эндобдж 1741 0 объект [1837 0 R] эндобдж 1742 0 объект [1838 0 R] эндобдж 1743 0 объект [1839 0 R] эндобдж 1744 0 объект [1840 0 R] эндобдж 1745 0 объект [1841 0 R] эндобдж 1746 0 объект [1842 0 R] эндобдж 1747 0 объект [1843 0 R] эндобдж 1748 0 объект [1844 0 R] эндобдж 1749 0 объект [1828 0 R] эндобдж 1751 0 объект [1816 0 R] эндобдж 1752 0 объект [1817 0 R] эндобдж 1753 0 объект [1818 0 R] эндобдж 1754 0 объект [1819 0 R] эндобдж 1755 0 объект [1820 0 R] эндобдж 1756 0 объект [1821 0 R] эндобдж 1757 0 объект [1822 0 R] эндобдж 1758 0 объект [1823 0 R] эндобдж 1759 0 объект [1824 0 R] эндобдж 1760 0 объект [1825 0 R] эндобдж 1761 0 объект [1826 0 R] эндобдж 1762 0 объект [1827 0 R] эндобдж 1763 0 объект [1811 0 R] эндобдж 1765 0 объект [1806 0 R] эндобдж 1766 0 объект [1807 0 R] эндобдж 1767 0 объект [1808 0 R] эндобдж 1768 0 объект [1809 0 R] эндобдж 1769 0 объект [1810 0 R] эндобдж 1770 0 объект [1801 0 R] эндобдж 1772 0 объект [1792 0 R] эндобдж 1773 0 объект [1793 0 R] эндобдж 1774 0 объект [1794 0 R] эндобдж 1775 0 объект [1795 0 R] эндобдж 1776 0 объект [1796 0 R] эндобдж 1777 0 объект [1797 0 R] эндобдж 1778 0 объект [1798 0 R] эндобдж 1779 0 объект [1799 0 R] эндобдж 1780 0 объект [1800 0 R] эндобдж 1781 0 объект [1787 0 R] эндобдж 1782 0 объект [1783 0 R] эндобдж 1783 0 объект > эндобдж 1784 0 объект > эндобдж 1004 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties >>> / Rotate 0 / StructParents 81 / Thumb 2008 0 R / TrimBox [0.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *