Легированная сталь марки 40Х

Состав. Назначение.

Легированная конструкционная сталь, содержащая менее 1,5% хрома.

Химический состав:

Химический элемент%

Кремний (Si) 0.17-0.37

Марганец (Mn) 0.50-0.80

Медь (Cu), не более 0.30

Никель (Ni), не более 0.30

Сера (S), не более 0.035

Углерод (C) 0.36-0.44

Фосфор (P), не более 0.035

Хром (Cr) 0.80-1.10

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.

Режим термической обработки. Структура и свойства стали после термообработки

Закалка 850°С, охлаждающая среда – масло

Отпуск 560°С, охлаждающая среда – воздух, вода

Отжиг 820°С

Охлаждение после закалки проводится в масле, охлаждение должно обеспечить получение мартенситной структуры в пределах заданного сечения. После закалки делается высокий отпуск с охлаждением в воде.

Закалка производится в масле для уменьшения термических напряжений в детали. Для большей охлаждающей способности масло можно подогревать. Закалка в масло имеет преимущество перед закалкой в воду, так как уменьшается каробление и уменьшается вероятность появления закалочных трещин.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска.

t отпуска,°С σ0,2, МПа σB, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/м2 HB

Закалка 850°С, вода

200 1560 1760 8 35 29 552

300 1390 1610 8 35 20 498

400 1180 1320 9 40 49 417

500 910 1150 11 49 69 326

600 720 860 14 60 147 265

3.3. Влияние легирующих элементов на точки и линии диаграммы Fe₃C на термическую обработку и свойства стали

Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15...20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей.

По применимости для легирования можно выделить три группы элементов. Применимость для легирования различных элементов определяется не столько физическими, сколько, в основном, экономическими соображениями.

Mn,Si,Cr,B;

Ni,Mo;

V, Ti, Nb, W, Zr и др.

Легирующие элементы по механизму их воздействия на свойства сталей и сплавов можно разделить на три группы:

· влияние на полиморфные (альфа-Fe -> гамма-Fe) превращения;

· образование с углеродом карбидов (Сг,Fе)7С3; (Сг,Ре)23С6; Мо2С и др.;

· образование интерметаллидов (интерметаллических соединений) с железом - Fе7Мо6; Fe3Nb и др.

В следующей таблице показано влияние наиболее применяемых легирующих элементов на свойства стали.

Легирующий элемент	Входит в твердый раствор с Fe и упрочняет его	Увеличивает ударную вязкость	Расширяет область аустенита	Сужает область аустенита	Увеличивает прокаливаемость	Способствует раскислению	Образует устойчивые карбиды	Повышает сопротивление коррозии
Ni	+	+	+	—	+	—	—	+
Cr	+	—	—	+	—	—	+	+
Mn (более 1%)	+	+	+	—	+	+	+	+
Si (более 0,8%)	+	+	—	+	—	+	—	—
W	—	—	—	—	—	—	+	—
Сu (0,3 - 0,5%)	+	—	—	—	—	—	—	+

По характеру влияние на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:

элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита (ферритные ставы);

Элементы (Ni, Mn и др.), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах (аустенитные сплавы). Сплавы, только частично претерпевающие превращение гамма->альфа, называются, соответственно, полуаустенитными или полуферритными.

Легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его прочность марганец и хром. Причем чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность.

Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно увеличивает вязкость стали. Однако все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Никель понижает порог хладноломкости.

Легированный аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения. Легирующие элементы, в том числе азот и углерод, растворимость которого в аустените при нормальной температуре достигает 1%, повышают его прочность при нормальной и высокой температурах, уменьшают предел текучести.

Легированный аустенит является основной составляющей многих коррозионностойких, жаропрочных и немагнитных сплавов. Он легко наклепывается, то есть быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации.

Легирующие элементы (исключение кобальт), повышая устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для многих аустенитных сплавов критическая скорость закалки снижается до 20°С/с и ниже, что имеет большое практическое значение.

Карбидообразующие элементы: Fe - Mn - Cr - Mo - W - Nb - V - Zr - Ti (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве. Сталь, легированная этими элементами, при одинаковой температуре сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, и соответственно большую прочность.

Интерметаллиды образуются при высоком содержании легирующих элементов между этими элементами или с железом. Примером таких соединений могут служить Fe7Mo6, Fe3Nb2 и др. Интерметаллиды, как правило, отличают повышенные твердость и хрупкость.