Конструкционная сталь повышенной обрабатываемости резанием А40Г

Резка

Исходные данные			Обрабатываемость резанием Ku
Состояние	HB, МПа	sB, МПа	твердый сплав	быстрорежущая сталь
горячекатаное	≤207	590	1,3	1,0

Физические характеристики

Температура	Е, ГПа	G, ГПа	r, кг/м3	l, Вт/(м · °С)	R, НОм · м	С, Дж/(кг · °С)	a, 10-6 1/°С
0	212	82	7850	—	—	—	—
20	213	—	7850	515	160	483	—
100	206	80	—	51	221	—	119
200	201	78	—	48	296	—	128
300	192	75	—	46	387	—	135
400	176	68	—	42	493	—	141
500	163	63	—	38	619	—	146
600	151	58	—	34	766	—	149
700	131	50	—	30	932	—	152
800	118	45	—	25	1110	—	125
900	—	—	—	26	1150	—	135
1000	—	—	—	269	1180	—	135
1100	—	—	—	28	1207	—	152
1200	—	—	—	295	1230	—	145

Материал А40Г – механические свойства

Сортамент	ГОСТ	Размеры – толщина, диаметр	Режим термообработки	t	KCU	y	d5	sT	sв
		мм		0С	кДж/м2	%	%	МПа	МПа
Прокат горячекатан.	1414–75	20	14	590
калдиброван.	Отжиг	17	590

Описание

Сталь 40 применяется: для изготовления листового проката 4−14 мм 1−2 категории, предназначенного для холодной штамповки; коленчатых валов, шатунов, зубчатых венцов, маховиков, зубчатых колес, болтов, осей и других деталей после улучшения; валов и надставок валов гидрогенераторов; деталей средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твёрдости и повышенной износостойкости при малой деформации (длинные валы, ходовые валики, зубчатые колеса) после поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ; деталей трубопроводной арматуры после закалки и отпуска; горячекатаного полосового профиля с уклоном для сельскохозяйственных машин; кованых заготовок валов компрессорных машин и газовых турбин (из стали 40А); проволоки, применяемой для изготовления спиц мотоциклов и велосипедов.

Примечание

Степень раскисления — сп.

Марка А40Г – точные и ближайшие зарубежные аналоги

Англия	Болгария	Венгрия	Германия	Евросоюз	Испания	Италия
BS	BDS	MSZ	DIN, WNr	EN	UNE	UNI
216M36
226M44
44SMn28

44SMn28

A45

ANS2 44SMn28

45S20

46S20

1.0762

44SMn28

45MnS6 CF44SMn28

Китай	Польша	Румыния	США	Франция	Чехия
GB	PN	STAS	—	AFNOR	CSN
Y40Mn

A35G2

A45

AUT40Mn 1141

1144

C1144

G11410

G11440

G11444

G11460

45MF6 11140

Из чего состоит стальной сплав?

Помимо уже известного нам железа и углерода, сталь может содержать довольно много важных компонентов из таблицы Менделеева, которые в той или иной степени влияют на её свойства, напрямую отражаясь на характеристиках ножевой стали. Те элементы, которые вводятся в сплав, для улучшения его определённых свойств, обозначают легирующими, а сталь — легированной. Начнём с обязательного компонента, а далее по степени распространённости в стали.

1. Углерод. Благодаря его присутствию, сталь можно подвергать процессу закаливания. Содержится в сплаве не больше 2,14 %. Если его больше, то этот сплав называют чугунным, если меньше, то жестяным. Его задача — обеспечить сплаву требуемую прочность и твёрдость, снизив до нужных показателей, вязкость и гибкость. Если его содержится более 0,6%, то говорят, что этот сплав высокоуглеродистый. Ножи среднего ценового сегмента, кухонные варианты часто содержат углерод от 0,4 % до 0,6 %.
2. Хром. Отвечает за противостояние агрессивным воздушно-жидким средам. Иными словами, обеспечивает стали для ножей устойчивость к коррозии. Его содержание в сплаве должно быть, минимум 11,5%. Большое содержание хрома влияет на твёрдость. Если его в сплаве 14% и выше, то эту сталь относят к разряду «нержавеющей».
3. Молибден. Препятствует появлению ломкости и хрупкости ножа, позволяет стали для изготовления ножей быть устойчивой к высоким температурам. Влияет на равномерность состава стали, увеличивая свойства Хрома и улучшая все показатели сплава. Если его содержание более 1% в стали, то сплав можно подвергать «воздушной закалке».
4. Ванадий. Повышает устойчивость к износу и усиливает прочность стали. Его повышенную твёрдость используют при создании мелкозернистых сплавов, позволяя получить клинок, с лезвием высокой степени остроты. Однако наточить такой нож, будет не просто.
5. Вольфрам. Усиливает степень стойкости к износу, повышает твёрдость стали. Этот химический элемент имеет температуру плавления выше, чем у других металлов. Если в сплаве присутствуют хром либо молибден, то в тандеме с любым из них, вольфрам улучшает режущие способности ножа.
6. Кобальт. В небольших количествах вводят в сплавы, повышая их твёрдость и режущие свойства. Содержится в стали, в размере, примерно 1,6 %.
7. Азот. Часто выступает заменителем никеля и углерода. Если в сплаве недостаточно углерода, добавление даже 0,1% азота позволяет подвергать клинок закаливанию. Он усиливает антикоррозийные качества, повышает стойкость к износу.
8. Никель. Существенно усиливает степень прочности, твёрдости, вязкости и антикоррозийности.
9. Кремний. Влияет на твёрдость сплава, увеличивает антикоррозийные свойства и степень крепости ножа, выводя из металла кислород. Вводят в сталь на этапе ковки и прокатки.
10. Сера. Её содержание хорошо влияет на способность ножа к обработке. Однако снижает прочность ножа и устойчивость к коррозии.
11. Марганец. Наделяет сталь зернистой структурой, повышая крепость, твёрдость и износ. Вводят в сталь при прокатке и ковке.
12. Ниобий. Титан. Редкие компоненты. Увеличивают сопротивляемость коррозии, усиливают износостойкость и прочность стали.
13. Фосфор. Сталью для ножей, где он есть, лучше не гордиться. Очень вреден для ножевых металлов. Усиливает хрупкость и ломкость, уменьшает механические качества сплава. Его вообще не должно быть.

Теперь, зная содержание нужных и вредных составляющих, вы легко сможете разобраться в составе сплава. Но это не все «металлические» секреты. Теперь приступим к самому интересному — типам или маркам стали для ножей.

Условные обозначения

Механические свойства

HRCэ	HB	KCU	y	d5	sT	sв
МПа	кДж / м2	%	%	МПа	МПа
Твердость по Роквеллу	Твердость по Бринеллю	Ударная вязкость	Относительное сужение	Относительное удлинение при разрыве	Предел текучести	Предел кратковременной прочности

Ku	s0,2	t-1	s-1
Коэффициент относительной обрабатываемости	Условный предел текучести с 0,2% допуском при нагружении на значение пластической деформации	Предел выносливости при кручении (симметричный цикл)	Предел выносливости при сжатии-растяжении (симметричный цикл)

N	число циклов деформаций/ напряжений, выдержанных объектом под нагрузкой до появления усталостного разрушения/ трещины

Сталь 40 конструкционная углеродистая качественная

Заменители

стали , , 40Г.

Иностранные аналоги

Германия DIN(EN)	C40 (1.1186)
США (AISI, ASTM)	104
Франция (AFNOR)	XC42H1
Великобритания BS	080M40
Япония JIS	S40C, 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.

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)

С	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni	As
			не более
0,37-0,45	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25	0,04	0,035	0,25	0,25	0,08

Химический состав, % (ГОСТ 1050-2013)

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu
				не более
40	0,37-0,45	0,17-0,37	0,50-0,80	0,030	0,035	0,25	0,30	0,30

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

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

Марка стали	НД на поставку	Температура рабочей среды, °С	Дополнительные указания по применению
40 ГОСТ 1050	Сортовой прокат ГОСТ 1050	От -40 до 425	Применяется 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 стали	Технические требования	Допустимые параметры эксплуатации		Назначение
		Температура стенки, °С	Давление среды, МПа (кгс/см2), не более
Сталь 40 ГОСТ 1050, ГОСТ 10702	СТП 26.260.2043	От -40 до 425	10 (100)	Шпильки, болты
			16 (160)	Гайки
		От -40 до 450	16 (160)	Шайбы

Пределы применения, виды обязательных испытаний и контроля стали 40 для фланцев для давления свыше 10 МПа (100 кгс/см2) (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 испытания	σ0,2	+
	σв	+
	σ	+
	f	+
	KCU	+
	HB	+
Контроль	Дефектоскопия	+
	Неметаллические включения	—

Стойкость стали 40 против щелевой эрозии

Группа стойкости	Балл	Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T
Нестойкая	6	0,005-0,05

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

Температура критических точек, °С

Ас1	Ас3	Аr3	Аr1	Mн
730	790	780	690	340

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.

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

Марка стали	Твердость HB, не более, для металлопродукции
	горячекатаной и кованой		калиброванной и со специальной отделкой поверхности
	без термической обработки	после отжига или высокого отпуска	нагартованной	после отжига или высокого отпуска
40	217	187	241	197

Механические свойства металлопродукции (ГОСТ 1050-2013)

Марка стали	не менее
	Предел текучести σт, Н/мм2	Временное сопротивление σв, Н/мм2	Относительное удлинение δ5, %	Относительное сужение Ψ, %
40	335	570	19	45

Механические свойства проката

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	σ0,2, МПа	δ5(δ4), %	Ψ, %	KCU, Дж/см2	Твердость HB, не более
			не менее
ГОСТ 1050-88	Сталь горячекатаная, кованая калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации	25	570	19	45	59	—
	Сталь калиброванная 5-й категории:
	после нагартовки	—	610	6	35	—	—
	после отжига или высокого отпуска	—	510	14	40	—	—
ГОСТ 10702-78	Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска и отжига	—	До 590	—	40	—	197
ГОСТ 4041-71 (образцы поперечные)	Лист термообработанный 1 и 2-й категорий	4-14	510-650	21	—	—	167
ГОСТ 1577-93	Лист нормализованный или горячекатаный	80	560	20	—	—	—
	Лист отожженный или высокоотпущенный	80	520	21	—	—	—
	Полоса нормализованная или горячекатаная	6-25	570	19	45	—	—
ГОСТ 16523-89 (образцы поперечные)	Лист горячекатаный	До 2	510-660	(16)	—	—	—
		2-3,9		(17)	—	—	—
	Лист холоднокатаный	До 2	510-600	(17)	—	—	—
		2-3,9		(18)	—	—	—
ГОСТ 2284-79	Лента холоднокатаная отожженная	0,1-4	450-700	(14)	—	—	—
	Лента нагартованная, класс прочности Н2	0,1-4	850-1050	—	—	—	—
ГОСТ 10234-77	Лента отожженная плющеная	0,1-4	До 700	10	—	—	—

Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)

Термообработка	Сечение, мм	КП	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	Ψ, %	KCU, Дж/см2	Твердость НВ, не более
			не менее
Нормализация	300-500	215	215	430	18	40	44	123-167
	500-800				16	35	39
	100-300	245	245	470	19	42	39	143-179
	300-500				17	35	34
	До 100	275	275	530	20	40	44	156-197
	100-300				17	38	34
Закалка+отпуск	300-500	275	275	530	15	32	29	156-197
	500-800				13	30	29
	100-300	315	315	570	14	35	34	167-207
	До 100	345	345	590	18	45	59	174-217

Механические свойства после закалки с 850 °С в масле

tотп, °С	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	Ψ, %	KCU, Дж/см2	Твердость НВ, не более
200	750	930	7	45	29	267
300	710	860	8	51	69	247
400	640	790	10	57	88	225
500	550	730	12	62	127	208
600	450	660	16	66	167	188
700	380	620	17	71	206	170

Механические свойства при повышенных температурах [81]

tисп, °С	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	Ψ, %
700	99	140	48	85
800	70	110	53	97
900	54	71	55	100
1000	28	58	69	100
1100	24	37	60	100
1200	16	26	87	100
1300	12	18	56	100

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

Ударная вязкость KCU [28]

Термообработка	KCU, Дж/см2, при температуре, °С
	+20	-40	-80
Закалка с 850 °С в воде; отпуск при 400 °С	78	55	51

Предел выносливости [140]

Термообработка	σ-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.

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.

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

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

Критический диаметр d после закалки с 850 °С

Количество мартенсита, %	d, мм, после закалки
	в воде	в масле
50	15-25	8-15
90	10-15	5-9,5

Плотность ρ кг/см3 при температуре испытаний, °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
40	7850	—	—	—	—	—	—	—	—	—

Коэффициент линейного расширения α*106, К-1

Марка стали	α*106, К-1 при температуре испытаний, °С
	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
40	11,9	12,8	13,5	14,1	14,6	14,9	15,2	12,5	13,5	14,5

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Марка Стали	λ Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
40	—	51	48	46	42	38	34	30	25	26

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К)

Марка стали	c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
40	486	497	512	529	550	574	628	674	657	653

Модуль нормальной упругости Е, ГПа

Марка Стали	При температуре испытаний, °С
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
40	212	206	201	192	176	163	151	131	118	—

Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа

Марка стали	При температуре испытаний, °С
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
40	82	80	78	75	68	63	58	50	45	—

Узнать еще

Сталь 30Х конструкционная легированная…

Сталь 10 конструкционная углеродистая качественная…

Сталь 30ХН2МФА конструкционная легированная…

Сталь 50Х конструкционная легированная…