Сталь 40ХФА: химический состав, свойства и области применения

40ХФА относится к конструкционным легированным сталям и содержит хром и ванадий. В справочных данных для этой марки приведены химический состав, критические точки, технологические свойства, механические характеристики при температуре 20 °C, физические параметры и перечень нормативных документов для разных видов поставки. Материал применяют в улучшенном состоянии для валов, штоков, установочных винтов, траверс и валов экскаваторов, работающих при температуре до 400 °C. После закалки и низкого отпуска его используют для червячных валов и других деталей повышенной износостойкости.

Как расшифровать марку и оценить свойства стали?

Обозначение 40ХФА указывает на легированную конструкционную сталь, в составе которой присутствуют хром и ванадий. Углерод находится в диапазоне 0,37–0,44 %, кремний составляет 0,17–0,37 %, марганец 0,5–0,8 %. Содержание хрома установлено в пределах 0,8–1,1 %, ванадия 0,1–0,18 %. Никель и медь допускаются до 0,3 %, а массовая доля серы и фосфора ограничена значением до 0,025 % для каждого элемента.

Критические точки материала составляют Ac1 = 760 °C, Ac3 (Acm) = 800 °C, Ar3 (Arcm) = 725 °C, Ar1 = 680 °C, Mn = 218 °C. В документе указано, что сталь трудносвариваемая, чувствительная к флокенам и склонная к отпускной хрупкости. Эти сведения нужно учитывать при назначении технологического процесса и выборе режима термической обработки. Для прутка по ГОСТ 4543-71 приведена обработка закалкой и отпуском, такая же термообработка указана для поковок.

• Основные легирующие элементы: хром и ванадий.
• Углерод: 0,37–0,44 %, хром: 0,8–1,1 %, ванадий: 0,1–0,18 %.
• Свариваемость характеризуется как трудносвариваемая.
• Материал чувствителен к флокенам и склонен к отпускной хрупкости.
• Для прутка диаметром 25 мм указаны временное сопротивление 880 МПа, предел текучести 735 МПа, относительное удлинение 10 % и относительное сужение 50 %.
• Для поковок размером 100–300 мм приведены значения 615 МПа, 395 МПа, 15 % и 40 % соответственно.
• Для поковок размером 300–500 мм указаны 615 МПа, 395 МПа, 13 % и 35 %.

Какие виды проката и заготовок доступны для марки 40ХФА?

В справочных данных перечислены поковки, сортовой и фасонный прокат, листы и полосы. Для сортамента встречаются прутки, круглые и шестигранные заготовки. В каталоге материал связан с категориями стального шестигранника, стального круга, круглых и шестигранных стальных прутков, горячекатаного и конструкционного шестигранника, легированного и конструкционного круга.

Нормативная документация зависит от вида поставки. Для поковок указан ГОСТ 8479-70. Для сортового и фасонного проката приведены ГОСТ 1133-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006 и ГОСТ 2879-2006. Для отдельных вариантов сортового и фасонного проката в перечне указаны ГОСТ 1051-73, ГОСТ 14955-77, ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75 и ГОСТ 8560-78. Для листов и полос приведён ГОСТ 103-2006.

Приведённые цифры показывают различие между данными для прутка и поковок. У прутка диаметром 25 мм выше значения временного сопротивления и предела текучести, а также ударной вязкости KCU. Для поковок прочностные показатели одинаковы в обоих указанных размерных диапазонах, но при увеличении размера с 100–300 до 300–500 мм уменьшаются относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость.

Прокат и заготовки 40ХФА в каталоге

Материал представлен в категориях стального круга, легированного и конструкционного круга, круглых прутков, а также стального и горячекатаного шестигранника. При подборе позиции сопоставляют форму заготовки, размерный диапазон, вид поставки и нормативный документ, указанный для конкретного сортамента.

Какие механические и физические параметры приведены в справочнике?

Для стали 40ХФА приведены характеристики при температуре 20 °C и таблица физических свойств при температурах от 20 до 800 °C. При 20 °C модуль упругости первого рода составляет 2,15 × 10⁵ МПа, коэффициент температурного расширения равен 10, плотность составляет 7810 кг/м³. Теплопроводность при этой температуре указана на уровне 37 Вт/(м·град).

С повышением температуры модуль упругости в приведённом диапазоне снижается: от 2,15 × 10⁵ МПа при 20 °C до 1,35 × 10⁵ МПа при 800 °C. Коэффициент температурного расширения изменяется от 10 до 14,6, после чего при 800 °C составляет 11,8. Плотность уменьшается с 7810 до 664 кг/м³ в обозначениях исходной таблицы, а удельная теплоёмкость возрастает с 466 до 664 Дж/(кг·град) в диапазоне от 100 до 800 °C.

Таблица подтверждает температурную зависимость физических параметров. Наиболее последовательно меняются модуль упругости, теплопроводность и удельная теплоёмкость. Значения приведены как справочные параметры материала и не заменяют требования документации на конкретный вид проката или заготовки.

Где применяется материал и какие есть аналоги?

В улучшенном состоянии сталь используют для шлицевых валов, штоков, установочных винтов, траверс и валов экскаваторов. В источнике также указаны другие детали, работающие при температуре до 400 °C. После закалки и низкого отпуска материал применяют для червячных валов и деталей, для которых в справочных данных отмечена повышенная износостойкость.

В качестве заменителей приведены марки 40Х, 65Г, 50ХФА и 30Х3МФ. Для зарубежных обозначений указаны, в частности, 4140, 4142, 6135, 41CrMo4, SCM440, 42CD4 и 708M40. Наличие аналогичного обозначения в таблице не означает полного совпадения химического состава или свойств, поэтому сравнение выполняют по нормативному документу, составу и назначению конкретной продукции.

В справочнике отдельно приведены обозначения показателей: σв означает предел кратковременной прочности, σт, предел пропорциональности или предел текучести для остаточной деформации, δ5, относительное удлинение, ψ, относительное сужение, KCU, ударную вязкость. Физические параметры включают модуль упругости, коэффициент линейного расширения, теплопроводность, плотность, удельную теплоёмкость и удельное электросопротивление.

Подбор круглого и шестигранного проката

Для выбора позиции в каталоге сопоставьте требуемую форму с представленными категориями: круг, пруток, шестигранник, горячекатаный или конструкционный шестигранник. Отдельно проверьте сортамент и документ, поскольку механические показатели в источнике различаются для прутков и поковок, а нормативные требования зависят от вида поставки.