Сталь 40хфа – 40

alexxlab | 17.06.2020 | 0 | Разное

особенности марки. Твердость, плотность и другие характеристики стали 40хфа.

Конструкционными сталями принято называть углеродистые или легированные сплавы, которым придаются определенные физические, механические и химические свойства. Чаще всего каждая марка, например, сталь 40хфа, идёт на изготовление определенных деталей и элементов узлов, производимых для нужд строительства и машиностроения.

К разряду качественных или высококачественных можно отнести только легированные конструкционные стали, в которых присутствуют специальные элементы, значительно повышающие коррозионную стойкость металла и его прочность. Легирующими элементами могут выступать разные составляющие, которые в русском обозначении марки сплава обозначаются определенными буквами:

  • Х – хром (Cr)
  • Н – никель (Ni)
  • Д – медь (Cu)
  • Ф – ванадий (V)
  • Г – марганец (Mn)
  • С – кремний (Si)
  • А – азот (N)
  • В – вольфрам (W) и т.д.


Определенное сочетание и концентрация легирующих элементов позволяют наделять сплав конкретными характеристиками и свойствами. В случае со сплавом 40хфа мы имеем дело с высококачественной конструкционной легированной хромованадиевой сталью, имеющей следующий химический состав:

  • Fe – ~96%
  • Cr – 0,8-1,1%
  • V – 0,1-0,18%
  • Mn – 0,5-0,8%
  • C – 0,37-0,44%
  • Si – 0,17-0,37%
  • Cu – не более 0,3%
  • Ni – не более 0,3%
  • S – не более 0,025%
  • P – не более 0,025%

Механически и физические свойства сплава

Металл данной марки следует отнести к трудносвариваемым сталям, которые в процессе сварки необходимо нагревать, а затем охлаждать. Здесь и высокая флокеночувствительность материала, т.е. его склонность к образованию неоднородных участков, и наличие отпускной хрупкости.

Сталь 40х – хромистая, с содержанием углерода в 0,40%, равно как и марки 65Г, 50ХФА и 30Х3МФ, выступает заменителем сплаву 40хфа. Иностранными же аналогами считаются следующие виды металлов: 4140, 4142 и G41400 – в США; 1.7223 и 41CrMo4 – в Германии, SCM440 – в Японии и т.д.

Плотность стали 40хфа, её твёрдость при определенных температурных условиях и прочие характеристики представлены в следующих таблицах:



В качестве обязательной термообработки в случае со сплавом 40хфа применяется традиционная закалка и отпуск (в соответствии с ГОСТом на сталь данной марки). Ковка металла должна начинаться при 1250оС, а завершаться – при 860-800оС.

Сталь 40хфа: применение

Этот сплав поставляется в цеха промышленных предприятий в виде калиброванных, шлифованных прутков и кованых заготовок. Кроме того, очень популярен лист 40х, идущий на производство эстакад и мостовых конструкций. Хромованадиевая высококачественная легированная сталь рассчитана на использование в производстве деталей и узлов, рабочая температура которых не превышает 400оС. Это штоки, шлицевые валы, траверсы, установочные винты и пр. Сталь 40хфа, прошедший закалку и низкий отпуск, идет на изготовление деталей повышенной износостойкости, например, червячных валов.

fx-commodities.ru

40ХФА

Марка стали

 Вид поставки

 

 Поковки – ГОСТ 8479–70. Сортовой прокат – ГОСТ 4543–71.

 

40ХФА

Массовая доля элементов, % по ГОСТ 4543–71

Температура критических точек, ºС

C

Si

Mn

S

P

Cr

Ni

Mo

V

W

Ti

Cu

Ас1

Ас3

Аr1

Аr3

0,37–0,44

0,17–0,37

0,50–0,80

0,025

 

0,025

 

0,80–

1,10

0,30

 

0,10–0,18

 

 

 

0,30

 

 

760

 

800

 

680

 

725

Механические свойства при комнатной температуре

 

 

НД

Режим термообработки

 

Сечение,

мм

σ0,2,

Н/мм2

σВ,

Н/мм2

δ,

%

Ψ,

%

KCU,

Дж/см2

 

КП

 

НВ

Операция

 

t, ºС

Охлаждающая

среда

 

не менее

ГОСТ

4543–71

 

Отжиг

 

860–880

 

С печью

 

Свыше 25

 

Не определяются

 

 

 

≤ 241

 

 

Закалка

Отпуск

 

 

880

650

 

 

Масло

Вода

или масло

До 80

Свыше 80 до

150

Свыше 150

735

 

735

 

735

880

 

880

 

880

10

8

 

7

50

45

 

40

88

79

 

75

 

 

 

 

 

ГОСТ 8479–70

 

 

 

 

Закалка

 

Отпуск

 

 

 

860–880

 

540–620

 

 

 

Масло

 

Воздух

До 100

 

100–300

 

100–300

 

100–300

 

300–500

 

540

 

540

 

490

 

395

 

395

685

 

685

 

655

 

615

 

615

15

 

13

 

13

 

15

 

13

45

 

40

 

40

 

40

 

35

59

 

49

 

54

 

54

 

49

540

 

540

 

490

 

395

 

395

223–262

 

223–262

 

212–248

 

187–229

 

187–229

ДЦ

Закалка

Отпуск

 

Азотирование

850–850

650–680

 

500–520

Масло

Воздух

 

С печью

 

Пруток

 

 

Не определяются

HRC

Повер-

хности

54–48

 

Назначение. В улучшенном состоянии – шлицевые валы, штоки, установочные винты, траверсы, шатуны, валы экскаваторов, крепежные детали трубопроводов высокого давления при температуре до 400 ºС и др. После закалки и низкого отпуска – рейки, червячные валы и другие детали средних размеров, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости в сочетании и повышенной прочностью и вязкостью сердцевины. После азотирования – зубчатые колеса, силовые шпильки, пальцы, ходовые винты, шпиндели, гильзы, втулки и др. детали сложной конфигурации, к которым предъявляются требования высокой износостойкости, усталостной прочности и минимальной деформации.

После азотирования сталь коррозиооно-стойкая в атмосферных условиях, в воде и водяных парах. Для уменьшения деформации при азотировании детали перед окончательным шлифованием (до азотирования) подвергаются стабилизирующему отпуску при 620–650 ºС.

Сталь мало склонна к росту зерна.

Коррозионная стойкость стали низкая.

Предел

выносливости,

Н/мм2

 

Термообработка

 

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2,

при t, ºС

 

Термообработка

 

σ-1

τ-1

+ 20

0

– 20

– 40

– 70

– 80

480

421

372

265

Закалка  с 880 ºС в масле, отпуск при 230 ºС

То же, отпуск при 550 ºС

То же, отпуск при 650 ºС

 

92

 

 

61

 

 

55

 

Закалка с 850 ºС в масле, отпуск при 600 ºС

Технологические характеристики

Ковка

Охлаждение поковок, изготовленных

 

Вид полуфабриката

 

Температурный

интервал ковки,  ºС

из слитков

из заготовок

Размер сечения, мм

Условия охлаждения

Размер сечения, мм

Условия охлаждения

 

 

Слиток

 

Заготовка

 

 

1220–800

 

1250–830

 

До 100

101–200

 

201–800

 

В яме с закрытой крышкой

В яме с песком

Отжиг с перекристаллизацией,

одно переохлаждение

 

До 200

201–300

 

В мульде

С печью

Свариваемость

Обрабатываемость резанием

Флокеночувствительность

 

Трудно свариваемая.

Способы сварки: РД, РАД – необходимы  подогрев и последующая термообработка; КТ – необходима последующая термообработка.

 

После закалки и отпуска  при ≤  241  НВ и

σВ = 600 Н/мм2

К = 0,75 (твердый сплав)

К = 0,65 (быстрорежущая сталь)

 

Чувствительна

Склонность к отпускной хрупкости

Склонна

stalmaximum.ru

Cталь 40ХФА механические, технологические, физические свойства, химический состав. Сталь 40ХФА круг стальной пруток

Справочная информация

Характеристика материала сталь 40ХФА

Химический состав в % материала сталь 40ХФА

C Si Mn Ni S P Cr V Cu
0.37 - 0.440.17 - 0.370.5 - 0.8до   0.3до   0.025до   0.0250.8 - 1.10.1 - 0.18до   0.3

Температура критических точек материала сталь 40ХФА

Ac1 = 760 ,      Ac3(Acm) = 800 ,       Ar3(Arcm) = 725 ,       Ar1 = 680 ,       Mn = 218

Механические свойства при Т=20oС материала сталь 40ХФА

СортаментРазмерНапр.sвsTd5y KCU Термообр.
- мм - МПа МПа % % кДж / м2 -
Поковки100 - 300 615 3951540540Закалка и отпуск
Поковки300 - 500 615 3951335490Закалка и отпуск
    Твердость материала сталь 40ХФА   после отжига ,       HB 10 -1 = 241   МПа

Физические свойства материала сталь 40ХФА

TE 10- 5a 10 6lrCR 10 9
Град МПа 1/Град Вт/(м·град)кг/м3Дж/(кг·град) Ом·м
20 2.15   37 7810    
100 2.12 12.1 37   466  
200 2.05 12.6 37   508  
300 1.99 13 36   529  
400 1.82 13.3 33   563  
500 1.73 13.8 31   592  
600 1.66 14.2 31   621  
700 1.44 14.6 30   634  
800 1.35 11.8 28   664  
TE 10- 5a 10 6lrCR 10 9

Технологические свойства материала сталь 40ХФА

  Свариваемость:трудносвариваемая.
  Флокеночувствительность:чувствительна.
  Склонность к отпускной хрупкости:склонна.

Зарубежные аналоги материала сталь 40ХФАВнимание!   Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.

СШАГерманияЯпонияФранцияАнглияЕвросоюзИталияБельгияИспанияШвецияБолгарияЧехия
-DIN,WNrJISAFNORBSENUNINBNUNESSBDSCSN
40CrMo4
42CrMo4
F.1252
F.8332

Обозначения:

Механические свойства :
sв- Предел кратковременной прочности , [МПа]
sT- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5- Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y- Относительное сужение , [ % ]
KCU- Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB- Твердость по Бринеллю , [МПа]

Физические свойства :
T - Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E- Модуль упругости первого рода , [МПа]
a- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r- Плотность материала , [кг/м3]
C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R - Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Свариваемость :
без ограничений - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая- сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая- для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг
Марочник стали и сплавов

yaruse.ru

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / Остальные / 40xФА (Д-2)

Московский Государственный Университет им. Н.Э. Баумана.

Домашнее задание по курсу Материаловедения.

Выполнил: Благодарный А.А.

Группа СМ11-51.

Валы, траверсы, зубчатые колёса, крепёжные детали трубопроводов высокого давления изготавливаются из стали 40xФА.

  1. Укажите оптимальный режим термической обработки вала из этой стали, обеспечивающей твёрдость в сердцевине до 350 НВ. Построить график термообработки для этой стали в координатах температура – время.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие при термической обработке.

  3. Приведите основные свойства этой стали: ГОСТ, химический состав, влияние легирующих элементов, достоинства, недостатки и др.

Для изготовления упругих элементов общего назначения применяют легированные рессорно-пружинные стали. Особенности работы деталей типа упругих элементов состоят в том, что в них используют в основном упругие свойства стали и не допускают возникновение пластической деформации при нагрузке (статической, динамической, ударной). В связи с этим стали должны иметь большое сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) и выносливости при достаточных пластичности и сопротивлении хрупкому разрушению. Кроме того, важной характеристикой сталей данного типа является релаксационная стойкость.

Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однород­ную структуру, которая обеспечивается хорошей закаливаемостью и сквозной пр††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††ям возрастает с уменьшением размера зерна и стали. К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятся стали перлитного класса с содержанием углерода 0.5...0,7 %,которые для улучшения свойств (прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) дополнительно легируют кремнием (1,5...2,8 %),марганцем (0,6.,.1,2 %).хромом (0,2...I,2 %),ванадием (0,1...0,2 %),вольфрамом (0.8...1.2%), никелем (1.4...1,7%).

Эксплуатационные свойства стальные детали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350...520°С) на троостит отпуска Применение находит также изотермическая закалка на нижний бейнит.

Сталь 40xФА обладает стойкостью к росту зерна, имеет высокие механические показатели. Для устранения склонности к обезуглероживанию нагрев под закалку следует проводить в контролируемой атмосфере. Примем первый вариант термической обработки: закалку и средний отпуск. По данным ГОСТ 4543-71температура закалки для стали составляет 880°С (Ас3 - 800°С). В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назна­чаем при температуре 650°С (выше интервала температур необратимой отпускной хрупкости). Получаемая структура троостита отпуска (мелкодисперсная ферритоцементитная смесь) обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации приHRC= 35...45. Указанный режим термический обработки обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения):

0.2 > 1100MПa, b > 1300МПа; > 14 % >43%.

НВ350 после отпуска при 600°С (HRC=34).

Структурные превращения при термической обработке. Сталь 40xФА -сталь перлитного класса. Критические точки стали:Ас1 = 760± 10°С,Ас3 = 800± 10"С. Сталь подвергают полной закалке (см. рис. 3),при этом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры (рис. 4).

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем кр(наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 40xФА при нагреве исходной равновесной структуры Ф +Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температурыAс1 (760"С для стали 40xФА). При температуреАс1, в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два процесса: полиморфный переход

Fe->Feиpacтворение цементита в аустените.

Представим общую схему превращения:

Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита,поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита.

Из рис. 5видно, что фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали.

При этом, чей выше дисперсность структуры перлита (Ф +П) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение же дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличения пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений. Изменения структуры стали при закалке в масло. При непрерывном охлаждении в стали с υ0> υкраустенит превращается в мартенсит.Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (~I000...7000 м/с) в интервале температурМн ... Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температурыМни Мк понижаются (точкиМниМкизменяют свое положение на графике (см. рис. 6).Введение легирующих элементов также изменяет положение точек Мн и Мк .Например, введение кремния их повышает. В результате закалки стали 40xФА ее структура может иметь кроме мартенсита и неко­торое количество остаточного аустенита.

Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры.

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Превращения в закаленной стали при средней отпуске (600oС). Нагрев закаленной стали до температурыAс1принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 40xФА после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80°С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80... 200"С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита -смеси пересыщенного углеродом α-раствора и когерентных с ним частиц ε-кaрбида.В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного е-карбида),уиеньшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

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

1)превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

2)распад отпущенного мартенсита: степень его яересыщенности уменьшается до 0,15...О,2 %,начинается преобразование ε-карбида в Fе3C -цементит и его обособление, разрыв когерентности;

3)снижение остаточных напряжений;

4)некоторое увеличение объема, связанное с переходоыАост->Мотл

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300......400 'С. При этом

заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования.Формируется

феррито-карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения; повышение

температуры отпуска выше 400"С активизирует процесс коалесценции карбидов, что

приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементитной смеси.

Структуру стали после низкого отпуска (до 250"С) называют отпущенным артенситом, структуру стали после средного отпуска350...500! *C -трооститом отпуска; после высокого отпуска 5ОО....600°Ссорбитом отпуска. В стали 40xФА после полной закалки в масле и среднего отпуска при 600 0С образуется структура троостита отпуска.

Сталь 40xФА. Основные данные.

1.ГОСТ 4543-71.Рессорно-пружинные стали.

2.Химический состав. %.

С

Si

Mn

Cr

Ni

Р

S

Cu

Ni

V

0,37-0,44

0.17-0.37

0,5-0,8

0,80-1,1

0,3

0,025

0,025

0,30

0,30

0,10-0,18

3.Применение: Шлицевые валы, штоки, установочные винты, траверсы, валы экскаваторов и др.

4.Влияние легирующих элементов.

Кремний положительно влияет на структуру, механические и технологические свойства стали: сникает критическую скорость охлаждения и увеличивает прокаливаемость, уменьшает скорость распада мартенсита, сильно упрочняет феррит, повышает прочность, твердость и прежде всего упругие свойства стали, увели­чивает сопротивление коррозии, снижает вязкость. Такое влияние кремния на свойства связано с его воздействием на матричную фазу и карбиды. Кремний способен создавать в твердом рас­творе направленные ионные связи, которые должны увеличивать напряжения трения в кристаллической решетке и тем самым повышать сопро­тивление движению дислокации, особенно при малых пластических де­формациях (упрочняющий эффект).

5.Свойства упругих элементов могут быть повышены путем по­верхностного наклепа в 1,5...2раза (обдувка дробью).

6.Недостатки стали 40xФА: 1)Трудносваривемая;

2)склонность к графитообразованию; 3)склонность к отпускной хрупкости.

7.Свойства пружинной стали могут быть улучшены путем допол­нительного легирования. Кроме стали 40xФА применяют стали 65Г, 50XФА, 30X3МФ.

Легирующие элементы -кремний и марганец -сильно упрочняют (феррит и способствуют повышению характеристик прочности стали пос­ле термической обработки- влияние дополнительного легирования хромом, ванадием, никелем проявляется прежде всего в уменьшении кри­тической скорости охлаждения и повышение прокаливаемости. Карбидообразующие элементы -хром и ванадий -предупреждают обезуглеро­живание пружин при нагреве под закалку. Кроме того, введение ва­надия способствует дальнейшему повышению прочности, так как при­водит к образованию высокодисперсных частиц карбида МС (на осно­веVC )при распаде мартенсита в процессе отпуска.

studfiles.net

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Д-хх / Д - / Д2

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

Домашнее задание по курсу материаловедения

Вариант Д-2

Выполнил: студент Радышевский М.И.

Группа: Э4-43

Проверил: преподаватель Крапошин В.С.

Москва

2005

Валы, траверсы, зубчатые колёса, крепёжные детали трубопроводов высокого давления изготавливают из стали 40ХФА.

  1. Укажите и обоснуйте оптимальный режим упрочняющей термической обработки вала из этой стали, обеспечивающий твёрдость в сердцевине НВ 330-340 с учетом сквозной прокаливаемости. Построить график термообработки для этой стали в координатах температура – время, с указанием температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки. Перечислите возможные способы дополнительного повышения конструкционной прочности вала, изготавливаемого из этой стали.

  3. Приведите основные свойства этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства, недостатки и др.

    1. Режим термической обработки.

Для изготовления валов, траверс, зубчатых колёс применяют легированные стали. Особенности работы деталей типа вал состоят в том, что в них используют, в основном, твердость стали и не допускают возникновение пластической деформации при нагрузке (статической, динамической, ударной). В связи с этим стали должны иметь большое сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) и выносливости при достаточных пластичности и сопротивлении хрупкому разрушению. Кроме того, важной характеристикой сталей данного типа является релаксационная стойкость.

Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однород­ную структуру, которая обеспечивается хорошей закаливаемостью и сквозной прокаливаемостью. К группе таких сталей относятся стали перлитного класса с содержанием углерода 0,5..0,7 %, которые для улучшения свойств (прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) дополнительно легируют кремнием (1,5..2,8 %), марганцем (0,6..1,2 %), хромом (0,2..1,2 %), ванадием (0,1..0,2 %), вольфрамом (0.8..1.2 %), никелем (1,4..1,7%).

Эксплуатационные свойства стальные детали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350...520 °С) на троостит отпуска. Применение находит также изотермическая закалка на нижний бейнит.

Сталь 40ХФА обладает стойкостью к росту зерна, имеет высокие механические показатели. Для устранения склонности к обезуглероживанию нагрев под закалку следует проводить в контролируемой атмосфере. Примем первый вариант термической обработки: закалку и высокий отпуск. По данным ГОСТ 4543-71 температура закалки для стали составляет 880 °С (Ас3 - 800 °С). В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назна­чаем при температуре 550..570 °С. Получаемая структура сорбита отпуска (мелкодисперсная ферритоцементитная смесь) обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при HRC= 35..45. Указанный режим термический обработки обеспечивает получение следующих свойств:

0.2 > 880-1100 МПа, в > 960-1160 МПа; 5> 15-19%, >61%.

НВ330-340 после отпуска при 560 °С (HRC =34).

2. Структурные превращения при термической обработке.

Сталь 40ХФА - сталь перлитного класса. Критические точки стали: Ас1 = 760 ± 10°С, Ас3 = 800 ± 10°С. Сталь подвергают полной закалке (см. рис. 3), при этом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры (рис. 4).

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем кр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 40ХФА, при нагреве исходной равновесной структуры Ф + Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры Aс1 (760°С для стали 40ХФА). 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 два процесса: полиморфный переход Fe->Feи растворение цементита в аустените.

Представим общую схему превращения:

Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита.

Из рис. 5 видно, что фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали.

При этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф + П) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение же дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений. Изменения структуры стали при закалке в масло. При непрерывном охлаждении в стали с υ0 > υкр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью(~1000..7000 м/с) в интервале температур Мн .. Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются (точки Мн и Мк изменяют свое положение на графике (см. рис. 6)). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек Мн и Мк . Например, введение кремния их повышает. В результате закалки стали 40ХФА ее структура может иметь кроме мартенсита и неко­торое количество остаточного аустенита.

Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α- железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры.

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Превращения в закаленной стали при высоком отпуске (560 °С). Нагрев закаленной стали до температуры Aс1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 40ХФА после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80°С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80..200 °С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита - смеси пересыщенного углеродом α- раствора и когерентных с ним частиц ε-кaрбида. В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита, (часть углерода выделяется в виде метастабильного ε-карбида) уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200..260 °С (300°С) 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 ε-карбида в Fе3C - цементит и его обособление, разрыв когерентности;

3) снижение остаточных напряжений;

4) некоторое увеличение объема, связанное с переходом Аост->Мотл

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

Структуру стали после низкого отпуска (до 250°С) называют отпущенным мартенситом, структуру стали после среднего отпуска 350..500°C - трооститом отпуска; после высокого отпуска 500..600°C - сорбитом отпуска.

3. Сталь 40ХФА. Основные данные.

1. ГОСТ 4543-71.

2. Химический состав. %.

С

Si

Mn

Cr

Ni

Р

S

Cu

Ni

V

0,37-0,44

0,17-0.37

0,5-0,8

0,80-1,1

0,3

0,025

0,025

0,30

0,30

0,10-0,18

3. Применение. В улучшенном состоянии - шлицевые валы, штоки, установочные винты, траверсы, валы экскаваторов и др. детали, работающие при температуре до 400°С; после закалки и низкого отпуска - червячные валы и другие детали повышенной износостойкости.

4. Свойства:

 Температура ковки — Начала 1250°С, конца 860-800°С.

Сечения до 200 мм охлаждаются в мульде, 201-300 мм - с печью.

 Свариваемость - трудносвариваемая.

Способы сварки:

РДС - необходимы подогрев и последующая термообработка.

КТС - необходима последующая термообработка.

 Обрабатываемость резанием — После закалки и отпуска при НВ = 241, Ku тв.спл. = 0,75, Ku б.ст. = 0,65.

 Склонность к опускной хрупкости — склона.

 Флокеночувствительность — чувствительна.

5. Влияние легирующих элементов.

Кремний положительно влияет на структуру, механические и технологические свойства стали: снижает критическую скорость охлаждения и увеличивает прокаливаемость, уменьшает скорость распада мартенсита, сильно упрочняет феррит, повышает прочность, твердость и, прежде всего упругие свойства стали, увели­чивает сопротивление коррозии, снижает вязкость. Такое влияние кремния на свойства связано с его воздействием на матричную фазу и карбиды. Кремний способен создавать в твердом рас­творе направленные ионные связи, которые должны увеличивать напряжения трения в кристаллической решетке и тем самым повышать сопро­тивление движению дислокации, особенно при малых пластических де­формациях (упрочняющий эффект).

6. Свойства упругих элементов могут быть повышены путем по­верхностного наклепа в 1,5..2 раза (обдувка дробью).

7. Недостатки стали 40ХФА:

1) Трудносвариваемая;

2) склонность к графитообразованию; 3) склонность к отпускной хрупкости.

8. Свойства данной стали могут быть улучшены путем допол­нительного легирования. Кроме стали 40ХФА применяют стали 65Г, 50XФА, 30X3МФ.

Легирующие элементы - кремний и марганец - сильно упрочняют (феррит и способствуют повышению характеристик прочности стали пос­ле термической обработки влияние дополнительного легирования хромом, ванадием, никелем проявляется прежде всего в уменьшении кри­тической скорости охлаждения и повышение прокаливаемости. Карбидообразующие элементы - хром и ванадий - предупреждают обезуглеро­живание деталей при нагреве под закалку. Кроме того, введение ва­надия способствует дальнейшему повышению прочности, так как при­водит к образованию высокодисперсных частиц карбида МС (на осно­ве VC ) при распаде мартенсита в процессе отпуска.

Использованная литература

    (под общей редакцией Б.Н.Арзамасова)

      (под общей редакцией Б.Н.Арзамасова)

      studfiles.net

      Характеристика материала 40хфа.

      Марка :

      40ХФА

      Заменитель:

      40Х, 65Г, 50ХФА, 30Х3МФ

      Классификация :

      Сталь конструкционная легированная

      Применение:

      в улучшенном состоянии—шлицевые валы, штоки, установочные винты, траверсы, валы экскаваторов и другие детали, работающие при температуре до 400 °С; после закалки и низкого отпуска — червячные валы и другие детали повышенной износостойкости.

      Химический состав в % материала 40ХФА .

      C

      Si

      Mn

      Ni

      S

      P

      Cr

      V

      Cu

      0.37 - 0.44

      0.17 - 0.37

      0.5 - 0.8

      до   0.3

      до   0.025

      до   0.025

      0.8 - 1.1

      0.1 - 0.18

      до   0.3

      Температура критических точек материала 40ХФА.

      Ac1 = 760 ,      Ac3(Acm) = 800 ,       Ar3(Arcm) = 725 ,       Ar1 = 680 ,       Mn = 218

      Механические свойства при Т=20oС материала 40ХФА .

      Сортамент

      Размер

      Напр.

      в

      T

      5

      KCU

      Термообр.

      -

      мм

      -

      МПа

      МПа

      %

      %

      кДж / м2

      -

      Поковки

      100 - 300

       

      615

      395

      15

      40

      540

      Закалка и отпуск

      Поковки

      300 - 500

       

      615

      395

      13

      35

      490

      Закалка и отпуск

          Твердость материала   40ХФА   после отжига ,      

      HB 10 -1 = 241   МПа

      Физические свойства материала 40ХФА .

      T

      E 10- 5

       10 6

      C

      R 10 9

      Град

      МПа

      1/Град

      Вт/(м·град)

      кг/м3

      Дж/(кг·град)

      Ом·м

      20

      2.15

       

      37

      7810

       

       

      100

      2.12

      12.1

      37

       

      466

       

      200

      2.05

      12.6

      37

       

      508

       

      300

      1.99

      13

      36

       

      529

       

      400

      1.82

      13.3

      33

       

      563

       

      500

      1.73

      13.8

      31

       

      592

       

      600

      1.66

      14.2

      31

       

      621

       

      700

      1.44

      14.6

      30

       

      634

       

      800

      1.35

      11.8

      28

       

      664

       

      T

      E 10- 5

       10 6

      C

      R 10 9

      Технологические свойства материала 40ХФА .

        Свариваемость:

      трудносвариваемая.

        Флокеночувствительность:

      чувствительна.

        Склонность к отпускной хрупкости:

      склонна.

      Обозначения:

      Механические свойства :

      в

      - Предел кратковременной прочности , [МПа]

      T

      - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]

      5

      - Относительное удлинение при разрыве , [ % ]

      - Относительное сужение , [ % ]

      KCU

      - Ударная вязкость , [ кДж / м2]

      HB

      - Твердость по Бринеллю , [МПа]

      Физические свойства :

      T

      - Температура, при которой получены данные свойства , [Град]

      E

      - Модуль упругости первого рода , [МПа]

      - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]

      - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

      - Плотность материала , [кг/м3]

      C

      - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]

      R

      - Удельное электросопротивление, [Ом·м]

      Свариваемость :

      без ограничений

      - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки

      ограниченно свариваемая

      - сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке

      трудносвариваемая

      - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

      studfiles.net

      40ХФА :: Металлические материалы: классификация и свойства

      Сталь 40ХФА   ГОСТ 4543-71

      Группа стали – хромованадиевая

      Массовая доля элементов, %

      Углерод

      Кремний

      Марганец

      Хром

      Никель

      Молибден

      Алюминий

      Титан

      Ванадий

      0,37-0,445

      0,17-0,37

      0,50-0,80

      0,80-1,10

      -

      -

      -

      -

      0,10-0,18


      Ac1

      Ac3(Acm)

      Ac3(Arcm)

      Ar1

      Мн

      760

      800

      725

      680

      218


      Число твердости, НВ, не более

      Отожженный или высокоотпущенный прокат

      241

      Нагартованный прокат

      269


      Термообработка

      Передел текучести σт,

      Н/мм2 (кгс/мм2)

      не менее

      Временное сопротивление σв,

      Н/мм2 (кгс/мм2)

      Относительное удлинение δ5,%

      Относительное сужение ψ, %

      Ударная вязкость KCU,

      Дж/см2

      (кгс·м/см2)

      Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм

      Закалка

      Отпуск

      Температура, оС

      Среда охлаждения

      Температура, оС

      Среда охлаждения

      1-й закалки или нормализации

      2-й закалки

      не менее

      860

      -

      Масло

      650

      Вода или масло

      735(75)

      880(90)

      10

      50

      88(9)

      25


      Температура отпуска, ºС

      Предел текучести ,σ0,2 МПа

      Временное сопротивление  σв, МПа

      Относительное удлинение δ5

      Относительное сужение ψ

      KCU, Дж/см2

      НВ

      %

      Закалка 850 ºС, масло. Охлаждение после отпуска с 500 ºС в воде

      200

      300

      400

      500

      600

      1490

      1450

      1270

      1100

      880

      1860

      1650

      1360

      1160

      960

      14

      15

      14

      15

      19

      43

      50

      52

      55

      63

      49

      30

      39

      61

      98

      51

      49

      46

      42

      34


      Температура испытания, ºС

      Предел текучести ,σ0,2 МПа

      Временное сопротивление  σв, МПа

      Относительное удлинение δ5

      Относительное сужение ψ

      %

      Закалка 850 ºС, масло. Отпуск 640 ºС

      20

      200

      300

      400

      500

      600

      840

      800

      740

      710

      400

      -

      920

      900

      840

      850

      490

      370

      26

      22

      18

      28

      30

      51

      63

      46

      35

      50

      65

      80


      Сечение, мм

      Место вырезки образца

      Предел текучести, σ0,2

      Временное сопротивление  σв,

      Относительное удлинение δ5

      Относительное сужение ψ

      KCU, Дж/см2

      МПа

      %

      Закалка 850 ºС, вода. Отпуск 600 ºС, воздух. (Образцы тангенциальные)

      50

      Ц

      900

      940

      15

      45

      69

      80

      Ц

      810

      890

      11

      33

      39

      120

      Ц

      710

      860

      12

      37

      64

      160

      Ц

      1/2R

      610

      710

      830

      850

      15

      16

      46

      44

      45

      47

      200

      Ц

      1/2R

      490

      510

      710

      800

      17

      18

      49

      49

      57

      47

      240

      Ц

      1/2R

      K

      490

      570

      700

      710

      770

      830

      18

      19

      17

      51

      50

      49

      71

      54

      61


      Предел выносливости

      Состояние стали

      σ-1, МПа

      τ-1, МПа

      480

      421

      372

      -

      -

      265

      Закалка 880 ºС, масло. Отпуск 230 ºС. σв=1220 МПа, НВ 387

      Закалка 880 ºС, масло. Отпуск 550 ºС. σв=990 МПа, НВ 288

      Закалка 880 ºС, масло. Отпуск 650 ºС. σв=960 МПа, НВ 258


      Температура, ºС

      Термообработка

      20

      -20

      -70

      Ударная вязкость KCU, Дж/см2

      92

      61

      55

      Закалка 850 ºС, масло. Отпуск 600 ºС


      Расстояние от торца, мм

      Примечание

      1,5

      3

      4,5

      6

      9

      12

      15

      18

      27

      39

      Закалка 860 ºС

      Прокаливаемость

      51,5-60,5

      51,5-59,5

      50,5-58,5

      48-57,5

      39,5-54

      35-50,5

      34-46,5

      32,5-43

      30,5-39

      27-39

      Твердость для полос прокаливаемости, HRCЭ


      Заменитель – стали: 40Х, 65Г, 50ХФА, 30Х3МФ.

      Температура ковки, ºС:

      начала 1250,

      конца 860-800.

      Заготовки сечением до 200 мм охлаждаются в мульде, 201-300 мм – с печью.

      Свариваемость – трудно свариваемая; способы сварки: РДС необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС – необходима последующая термообработка.

      Обрабатываемость резанием – после закалки и отпуска при HB241, КV т.в. спл =0,75,   КV б. ст =0,65.

      Флокеночувствительность – чувствительна.

      Склонность к отпускной хрупкости – склонна.

      Назначение: в улучшенном состоянии – шлицевые валы, штоки, установочные винты, траверсы, валы экскаваторов и другие детали, работающие при температуре до 400 ºС; после закалки и низкого отпуска – червячные валы и другие детали повышенной износостойкости.

      Полосы прокаливаемости

      По требованию потребителя, указанному в заказе, пачки, концы или торцы горячекатаных и кованых прутков, а по согласованию изготовителя с потребителем и калиброванных прутков из стали всех марок в зависимости от группы  должны  маркироваться краской в соответствии с таблицей

      Группа стали

      Цвет маркировки

      Хромованадиевая

      Зеленый + черный


      Сортамент:

      горячекатаная квадратная – ГОСТ 2591-88,

      горячекатаная квадратная ­– ГОСТ 2590-88,

      горячекатаная шестигранная – ГОСТ 2879-88,

      горячекатаная полосовая – ГОСТ 103-76,

      кованая круглая и квадратная – ГОСТ 1133-71,

      калиброванная круглая – ГОСТ 7417-75,

      калиброванная квадратная – ГОСТ 8559-75,

      калиброванная шестигранная – ГОСТ 8560-78,

      серебрянка – ГОСТ 14955-77

      markmet.ru

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *