Сталь 40ХН: характеристики, термообработка, применение

Сталь 40ХН (ГОСТ 4543-71) относится к качественным конструкционным сталям (т.е. предназначенным для изготовления машиностроительных и строительных изделий), легированным хромоникелевым стальным сплавам.

Роль никеля и хрома в стали 40ХН

Добавление никеля в состав стали повышает ее химическую устойчивость. Впервые это явление было открыто в конце девятнадцатого века. Французский химик Пруст высказал предположение, что железные метеориты слабо подвержены коррозии именно благодаря никелю в их составе. Через 20 лет Фарадей выплавил первый сплав железа и никеля, который обладал повышенной антикоррозийной устойчивостью. Но только после получения ковкого никеля появилась возможность создавать никелевые стальные сплавы, которые обладали в два раза большим пределом упругости, высокими антикоррозийными свойствами и большой механической прочностью. Дополнительную устойчивость к коррозирующим факторам сталь 40ХН приобретает благодаря добавке хрома. Он также усиливает такие механические свойства стали 40ХН, как твердость и прочность.

Применение стали 40ХН

Основная область применения стали 40ХН: изготовление деталей, которые эксплуатируются в условиях повышенной динамической нагрузки, вибрации. Это такие детали, как оси, шатуны, валы, замки (ниппели и муфты) для нефтепроводов. Изготавливают из стали 40ХН также зубчатые колеса, шпиндели, болты, штоки гидроцилиндров, валки прокатных станов. В общем, этот сплав используется для деталей, материал которых должен обладать повышенной вязкостью и прочностью. Максимальная толщина деталей из стали 40ХН не должна превышать 120 мм. Аналоги стали 40ХН, разрешенные к применению в тех же целях: 40Х, 40ХНМ, 40ХНР, 30ХГВТ, 35ХГФ, 38ХГН, 45ХН, 50ХН.

Химический состав и маркировка стали 40ХН

Сталь 40ХН имеет в своем составе: от 0,36 до 0,44% углерода; 0,17-0,37% кремния; 0,5-0,8% марганца; от 1 до 1,4% никеля; максимум 0,035% серы и столько же фосфора; 0,45-0,75% хрома и до 0,3% меди. Содержание серы и фосфора (не более 0,035% каждого) позволяет причислять сталь 40ХН к качественным легированным сталям. Маркировка стали по ГОСТ 4543-71 обозначает содержание углерода, хрома и никеля, округленные до целого (один процент в маркировке не отражается).

Сварка стали 40ХН

Сварочный процесс для легированных сталей несколько затруднен, поскольку околошовная зона склонна к закалке и в ней могут образовываться хрупкие структуры (сварка требует специальной технологии). Сварочные работы можно производить при подогреве перед процессом и отпуском или отжигом сразу по окончании сварки.

Термообработка стали 40ХН

Термообработка стали 40ХН включает в себя закалку и отпуск. После такой термической обработки сталь 40ХН приобретает предел выносливости по трещинообразованию в 2 раза больший, нежели до обработки, а предел прочности по разрушению в 6 раз.

Закалка металла 40ХН обычно производится в масле; крупногабаритные детали в редких случаях подвергают закаливанию в воде с последующим немедленным низким отпуском или с переносом в масло. Часто детали из стали 40ХН закаливают при нагревании высокочастотными токами и последующим отпуском. В результате этой процедуры получают высокую поверхностную твердость (RC = 52-56).