Легированные металлы и их применение
Легированные металлические сплавы отличаются выдающимися эксплуатационными характеристиками, что позволяет применять их в самых различных областях. Конструкционная сталь 40ХН2МА относится к категории низкоуглеродистых сплавов с нормальной прочностью, и ее активно используют в строительных конструкциях, полностью соответствующих требованиям нормативных актов.
Преимущества стали 40ХН2МА
Среди основных плюсов этого материала можно выделить:
- мартенситное состояние;
- закалка в воздушной среде;
- отсутствие хрупкости;
- устойчивость к динамическим нагрузкам;
- стойкость к отрицательным температурами;
- сохранение характеристик при температурах до +300-400 градусов.
Недостатки стали
К недостаткам стоят отметить высокую цену по сравнению с другими сталями, трудности в технологичности при резке и предрасположенность к образованию флокенов.
Расшифровка марки стали
Обозначение стали 40ХН2МА расшифровывается следующим образом:
- 40 – содержание углерода на уровне 0.4%;
- Х – хром – менее 1%;
- Н2 – никель – 2%;
- М – молибден – до 1%;
- А – высокое качество стали (минимальное содержание серы и фосфора).
Это прочный и вязкий металл, который при термической обработке прокаливается на достаточно большую глубину. Легирующие элементы предназначены для повышения прочности и стойкости, в то время как молибден облегчает термообработку.
Химический состав
Максимальное содержание компонентов в сплаве включает:
- 98% Fe;
- 2% Ni;
- 0,9% Cr;
- 0,8% Mn;
- 0,4% C;
- 0,37% Si;
- 0,3% Cu;
- 0,25% Mo;
- 0,025% S;
- 0,025% P.
Каждый элемент в составе улучшает свойства стали 40ХН2МА: хром и никель обеспечивают твердость и коррозионную стойкость, медь – вязкость и теплопроводность, марганец и кремний – связывают свободное железо, снижая влияние серы и фосфора.
Физические характеристики
К основным физическим свойствам металла можно отнести:
- удельное электрическое сопротивление;
- модуль Юнга;
- плотность (7850 кг/м3);
- теплоемкость;
- коэффициент теплопроводности и температурного расширения.
Показатели могут варьироваться в зависимости от температуры во время испытаний, что позволяет определить оптимальную область эксплуатации конструкции.
Область применения
Сталь 40ХН2МА не подвержена хрупкому разрушению после отпуска благодаря наличию молибдена. Это позволяет использовать материал для создания конструкций, сумеющих выдержать высокие нагрузки.
Изделия, получившие широкое признание:
- валки для холодного проката;
- диски и нагруженные детали;
- кронштейны;
- кулачковые муфты;
- метизы;
- цельнокатаные кольца;
- арматура для трубопроводов;
- компоненты для авиационной промышленности, работающие при температурах до +500 градусов.
Технические характеристики
| Твердость | 270 МПа; |
| Площадка текучести | 930 МПа; |
| Плотность | 7850 кг/м3; |
| Удлинение при растяжении | 12%; |
| Предел временной прочности | 1080 МПа; |
Стоимость
Цена стали составляет от 50 рублей за килограмм. Окончательная стоимость может варьироваться в зависимости от условий поставки, формы и объема.
Сортамент
Из сплава производят:
- шестерни;
- болты высокой ответственности;
- шатунные валы и их крышки;
- клапаны;
- коленчатые валы.
Производство сплавов выполняется в строгом соответствии с нормативами, включая множество технологических процессов, таких как механическая обработка для повышения прочности и улучшения внешнего вида. У нас вы сможете выбрать любой вид проката.
Свариваемость
Для оценки свариваемости стали 40ХН2МА определяется эквивалент углерода:
Сэ=С+Г/6+Х/5+(Н+Д)/15,
где буквы обозначают процентное содержание углерода, марганца, хрома, никеля и меди. Результат показывает, что в данном случае эквивалент углерода меньше 0,76%, что указывает на осложненную свариваемость материала.
Коррозионная стойкость
Легирующие элементы обеспечивают коррозионную стойкость сплава, придавая ему среднюю устойчивость к окислению. Это гарантирует сохранность изделий во время хранения и отсутствие коррозии при эксплуатации в сухих помещениях без лакокрасочного покрытия. Для работы в условиях высокой влажности требуется покрытие стали 40ХН2МА защитной краской.
Пластичность
Пластические свойства стали зависят от удлинения изделия при разрыве и площадки текучести. Последняя позволяет обрабатывать тонкие листы методом штамповки и гиба, а более толстые требуют предварительного нагрева для предотвращения трещин. Это объясняется различием деформаций на внутренних и внешних поверхностях листа. При повышенных температурах предел текучести снижается, а площадка увеличивается, что обуславливает необходимость предварительного нагрева и увеличения радиуса гибки.
Термообработка стали
Оптимальный метод термообработки 40ХН2МА – закалка при температуре 850 градусов. Закалка проходит в воде, а отпуск осуществляется в масле при 620 градусах.
Улучшение свойств стали становится возможным за счет полной закалки и высококачественного отпуска. Сплав относится к перлитному классу, а переходы происходят при температуре 730 и 820 градусов. Доэвтектоидный сплав закаливается полностью при 850-870 градусах, что приводит к образованию аустенитной структуры, а при охлаждении – мартенситной. В этом случае зерна имеют мелкие размеры.
После быстрого охлаждения в воде образуется мартенсит с мелкими зернами, что делает сталь 40ХН2МА подверженной трещинам и сколам, что обусловлено остаточными напряжениями в твердой структуре. Чтобы избежать этого, проводится отпуск при температуре 450-650 градусов, что приводит к пересечению мартенсита в перлит, при этом углерод сохраняется в почти неизменном состоянии, и сплав приобретает ферритно-цементитную структуру.
Процесс отпуска
Отпуск стали 40ХН2МА включает три основных этапа:
- Диссоциация части углерода в формате метастабильного ?-карбида без изменения температуры;
- Распад мартенситной структуры и остаточного аустенита с преобразованием ?-карбида в цементит;
- Заключительный распад мартенситной структуры и трансформация карбидной фазы, переход мартенсита в феррит, изменение размеров и формы карбидов при нагреве с семантикой диффузии атомов углерода и роста зерен.
Выдержка необходима для стабилизации свойств сплава. Средняя продолжительность отпуска составляет 1-2 часа для небольших изделий.
Аналоги стали 40ХН2МА
К аналогичным сплавам 40ХН2МА можно отнести:
- чешский сплав 16341;
- европейские 1.6511, 1.6582;
- японские SNCM439, SNCM447;
- американские 4340, 9840.
Также рекомендуем обратить внимание на:
- 09Г2С;
- 60С2А;
- СТ3ПС;
- 10Х17Н13М2Т;
- 12Х18Н10Т.