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 1250^оС, а завершаться – при 860-800^оС.

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 400

оС. 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 – 0.44	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 сталь 40ХФА

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

Механические свойства при Т=20^oС материала сталь 40ХФА

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	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 сталь 40ХФА   после отжига ,

HB 10 -1 = 241   МПа

Физические свойства материала сталь 40ХФА

T	E 10– 5	a 10 6	l	r	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	a 10 6	l	r	C	R 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.

США	Германия	Япония	Франция	Англия	Евросоюз	Италия	Бельгия	Испания	Швеция	Болгария	Чехия
–	DIN,WNr	JIS	AFNOR	BS	EN	UNI	NBN	UNE	SS	BDS	CSN
								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 (А_с3 – 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,А_с3 = 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_->Fe_иpacтворение 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> υ_краустенит 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 (600^oС). Нагрев закаленной стали до температурыA_с1принято 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 переходоыА_ост->М_отл

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 (А_с3 – 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, А_с3 = 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_->Fe_и 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 > υ_кр 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 A_с1 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 А_ост->М_отл

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, K_{u тв.спл.} = 0,75, K_{u 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=20^oС 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