Физические свойства
Рассматривая твердость стали 45, следует отметить, что этот показатель повышенный. Именно поэтому она используется для производства деталей, которые в дальнейшем можно нормализовать или подвергнуть термической обработке. Твердость 170 МПа достигается по причине увеличения концентрации углерода до 0,45%. Легирующие примеси практически отсутствуют. Плотность стали 45 составляет 7826 килограммов на один кубический метр. Этот момент определяет то, что даже небольшие изделия будут иметь существенный вес.
Маркировка этого металла в различных странах проводится по-разному. В США с подобными свойствами можно встретить около 8 марок стали, во Франции 14. Аналогом считается легированная сталь 40Х.
Описание стали 45
Конструкционная сталь 45 применяется в промышленности: станкостроении, на производстве автомобилей и прочей техники, инструментов. Отличается хорошими характеристиками: высокой ударной прочностью, пластичностью, устойчивостью к различным нагрузкам – статическим и динамическим. Стандарт проката: ГОСТ 1050-88. Группа свариваемости: третья. Применяемые сплавы-заменители: 40Х, 50, 50Г2. Отличается также следующими характеристиками:
- плотность – 4850 кг/куб. м;
- ударная вязкость – 66 кДж/ кв. м;
- твердость до термической обработки – 20-22 ед. по Роквеллу.
Число 45 указывает на повышенное содержание углерода в сплаве – 0,45%. Это осложняет процесс сварки деталей: может приводить к появлению горячих (во время нагрева) и холодных (после остывания) трещин.
Допустимое содержание элементов:
- C (углерод): 0,42-0,500%;
- Si (кремний): 0,17-0,37%;
- Mn (марганец): 0,50-0,80%.
- США – 1045;
- Япония – S45C, SWRCH45K;
- Европа – 1.1191, 2C45, C45, C45E, C45EC, C46.
Чаще всего поставляется в виде листов или полос разной толщины. Рекомендуется разрезать при помощи плазменной резки, что позволит избежать перегрева кромок, или механическими способами.
Зачем проводить закалку?
В последнее время закалка все чаще проводится для того, чтобы повысить твердость поверхность для повышения срока службы детали. Если закалка прошла правильно, ее результатом станет:
- Существенно повышается прочность и твердость. Для того чтобы поверхность зуба зубчатого колеса не деформировалось при воздействии нагрузки выполняется рассматриваемая процедура. Также пружины и рессоры могут выдерживать большие нагрузки по причине существенного повышения прочности путем изменения структуры при сильном нагреве и быстром охлаждении материала.
- Повышается износостойкость поверхности. Несмотря на хорошие эксплуатационные качества стали, при ее использовании для изготовления деталей, используемых в машиностроении, авиастроении, есть вероятность быстрого износа из-за возникающей силы трения при контакте. Существенно повысить срок службы деталей можно путем изменения начальной структуры металла.
- Современные методы проведения рассматриваемого процесса позволяют улучшить качества только поверхности детали, сердцевина, ее вязкость, остается неизменной. Этот момент определяет то, что прочность, твердость и износостойкость повышаются без проявления хрупкости, то есть получаемая деталь также имеет хорошую пластичность, может выдерживать продольную нагрузку.
Качество проводимой закалки зависит от скорости нагрева и правильности выбора температуры, времени выдержки и охлаждения. При этом наиболее важным параметром можно назвать температуру нагрева и скорость охлаждения, так как они определяют твердость, прочность металла. Закалка является сложным технологически процессом, для реализации которого нужно специальное оборудование и определенные навыки в проведении подобной работы.
Сталь 45Л
Нелегированная сталь для отливок 45Л используется для изготовления деталей повышенной прочности/ износоустойчивости, работающих под динамическими/ статическими нагрузками – звездочки, опорные катки, кожухи, муфты, тормозные диски, зубчатые венцы/ колеса, станины, другие изделия.
Термообработка
| Режимы термической обработки | |||||
| 1 вариант | Охлаждающая среда | t, 0С | 2 вариант | Охлаждающая среда | t, 0С |
| Нормализация | 860–880 | Закалка | 860–880 | ||
| Отпуск | 600–630 | Отпуск | 600–630 |
Литье
| Линейная усадка при литье | Температура начала затвердевания материала | Жидкотекучесть | Показатель трещиноустойчивости | Склонность к образованию усадочной раковины | Склонность к образованию усадочной пористости |
| % | 0С | Кж.т. | Кт.у. | Ку.р. | Ку.п. |
| 2,2–2,3 | 1480–1490 | 1,0 | 0,8 | 1,2 | 1,0 |
Резка
| Исходные данные | Обрабатываемость резанием Ku | |||
| Состояние | HB, МПа | sB, МПа | твердый сплав | быстрорежущая сталь |
| нормализованное отпущенное | 200540 | 1,0 | 0,7 |
Массовая доля элементов не более, %:
| Кремний | Марганец | Сера | Углерод | Фосфор |
| 0,2–0,52 | 0,45–0,9 | 0,06 | 0,42–0,5 | 0,06 |
Материал 45Л – механические свойства
| Сортамент | ГОСТ | Размеры – толщина, диаметр | Режим термообработки | t | KCU | y | d5 | sT | sв |
| мм | 0С | кДж/м2 | % | % | МПа | МПа | |||
| Отливки К30 | 977–88 | до 100 | Нормализация | 860–880 | 294 | 20 | 12 | 314 | 540 |
| Отпуск | 600–630 | ||||||||
| КТ40 | Закалка | 860–880 | 245 | 20 | 10 | 392 | 589 | ||
| Отпуск | 600–630 |
Марка 45Л – физические свойства
| t | r | R 109 | E 10-5 | l | a 106 | C |
| 0С | кг/м3 | Ом·м | МПа | Вт/(м·град) | 1/Град | Дж/ (кг·град) |
| 20 | ||||||
| 100 | 68 | 11.6 | 470 | |||
| 200 | 55 | 483 | ||||
| 300 | ||||||
| 400 | 36 | 525 | ||||
| 500 | 32 | |||||
| 600 | 571 |
Сталь 45Л – точные и ближайшие зарубежные аналоги
| Англия | Болгария | Венгрия | Германия | Китай |
| BS | BDS | MSZ | DIN, WNr | GB |
| Норвегия | Польша | Румыния | Финляндия | Чехия |
| NS | PN | STAS | SFS | CSN |
Материал 45Л – область применения
Сталь марки 45Л используют в машиностроении для изготовления ответственных деталей с высокой износостойкостью/ прочностью, работающих под динамическими/ статическими нагрузками и под давлением при температурах -30 +4500С.
Условные обозначения
| 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 |
| Без ограничений | Ограниченная | Трудно свариваемая | |
| Подогрев | нет | до 100–1200С | 200–3000С |
| Термообработка | нет | есть | отжиг |
| R | Ом·м | Удельное сопротивление |
| r | кг/м3 | Плотность |
| C | Дж/(кг·град) | Удельная теплоемкость |
| l | Вт/(м·град) | Коэффициент теплопроводности |
| a | 1/Град | Коэффициент линейного расширения |
| E | МПа | Модуль упругости |
| t | 0С | Температура |
Купить нелегированную сталь для отливок 45Л в Санкт-Петербурге Вы можете по телефону + 7 (812) 703-43-43. Специалисты компании «ЛенСпецСталь» оформят заказ, сориентируют по сортаменту, ценам, условиям доставки.
Сталь 45ЛСталь 15ЛСталь 20ЛСталь 25ЛСталь 30ЛСталь 35ЛСталь 40Л
Использование специальных охлаждающих жидкостей
В ходе проведения технологического процесса для охлаждения деталей в основном используется вода. Качество охлаждающей жидкости можно изменить, добавив соду или специальные соли, что может повлиять на процесс охлаждения заготовки.
Для сохранения процесса закалки категорически запрещается использовать содержащуюся в нем воду для посторонних операций. Вода должна быть чистой и иметь температуру от 20 до 30 °С. Запрещено использовать для закалки стали проточную воду.
Состав смесей солей и щелочей, применяемых в качестве закалочных сред
Данный способ закалки применяется только для цементированных изделий или имеющих простую форму.
Изделия, имеющие сложную форму, изготовленные из конструкционной специальной стали охлаждаются в 5% растворе каустической соды при температуре 50-60 °С. Операция закалки, проводится в помещении, оснащенном вытяжной вентиляцией. Для закалки заготовок выполненных из высоколегированной стали применяют минеральные масла, причем скорость охлаждения в масленой ванне не зависит от температуры масла. Недопустимо смешивание масла и воды, что может привести к появлению трещин на металле.
При закалке в масляной ванне необходимо выполнять ряд правил:
- Остерегаться воспламенения масла.
- При охлаждении металла в масле происходит выделение вредоносных газов (обязательно наличие вытяжной вентиляции).
- Происходит образование налета на металле.
- Масло теряет свои свойства при интенсивном использовании для охлаждения металла.
При проведении процесса закалки стали 45 необходимо соблюдать технологический процесс с соблюдением всех операций.
Расшифровка стали 45Х
На территории СНГ применяется стандарт ГОСТ 4543-2016, который позволяет определить не только химический состав, но и различные эксплуатационные качества материала.
Сталь 45Х ГОСТ определяет следующие вещества в составе:
- Первая цифра 45 применяется для обозначения основного элемента в составе, которым является углерод. Как правило, большая часть состава приходится на железо, а углерод, концентрация которого составляет 0,46%, определяет основные эксплуатационные характеристики.
- Следующая буква Х указывает на то, что в составе есть легирующий элемент, представленный хромом. Отсутствие цифры после буквы указывает на то, что концентрация элемента составляет 1,1%. Как ранее было отмечено, хром повышает коррозионную стойкость структуры. Однако, рассматриваемая марка стали 45Х не характеризуется высокими антикоррозионными качествами.
- Рассматривая 45Х ГОСТ отметим, что в состав входит довольно большое количество никеля, кремния и марганца. Они определяют некоторые эксплуатационные характеристики металла, но они не отмечаются в маркировке.
Расшифровка позволяет определить химический состав и основные эксплуатационные качества материала. Стоит учитывать, что зарубежные производители применяют иные стандарты при маркировке материалов, но химический состав у аналогов примерно схожий.
Критические точки
Чтобы кристаллическая решётка правильно перестроилась и сталь в процессе обработки приобрела необходимые свойства, её нужно выдержать определённое количество времени при определённой температуре.
Если сталь недостаточно прогреть, структура кристаллической решётки изменится не полностью, а перегрев во время обработки может способствовать появлению окалины. Оптимальная температура обработки СТ45 в процессе придания ей прочности задаётся критическими точками 730, 755, 690, 780, 350 °C.
Получить такие температурные значения можно в мартеновских и в электрических печах. На изменение кристаллической решётки, вследствие которого сталь 45 приобретёт привычную потребителю прочность, влияет также скорость нагрева, которой на современном оборудовании управляют при помощи электроники.
Не менее важны соблюдение определённых временных интервалов, в продолжение которых сплав удерживает температуру критических точек, и проведение определённых процедур охлаждения с использованием в качестве охладителя масла, порошка или воды.
Чтобы получить равномерное остывание высокого качества без проявления окалины используется масло. В случае больших размеров заготовок, их охлаждают на воздухе ввиду продолжительности такой процедуры.
Закалка стали и сплавов
Закалка (мартенситное превращение) — основной способ придания большей твердости сталям. В этом процессе изделие нагревают до такой температуры, что железо меняет кристаллическую решетку и может дополнительно насытиться углеродом. После выдержки в течение определенного времени, сталь охлаждают. Это нужно сделать с большой скоростью, чтобы не допустить образования промежуточных форм железа. В результате быстрого превращения получается перенасыщенный углеродом твердый раствор с искаженной кристаллической структурой. Оба эти фактора отвечают за его высокую твердость (до HRC 65) и хрупкость. Большинство углеродистых и инструментальных сталей при закаливании нагревают до температуры от 800 до 900С, а вот быстрорежущие стали Р9 и Р18 калятся при 1200-1300С.
Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5: а) литое состояние; б) после ковки и отжига;в) после закалки; г) после отпуска. ×500.
Режимы закалки
Закалка в одной среде
Нагретое изделие опускают в охлаждающую среду, где оно остается до полного остывания Это самый простой по исполнению метод закалки, но его можно применять только для сталей с небольшим (до 0,8%) содержанием углерода либо для деталей простой формы. Эти ограничения связаны с термическими напряжениями, которые возникают при быстром охлаждении — детали сложной формы могут покоробиться или даже получить трещины.
Ступенчатая закалка
При таком способе закалки изделие охлаждают до 250-300С в соляном растворе с выдержкой 2-3 минуты для снятия термических напряжений, а затем завершают охлаждение на воздухе. Это позволяет не допускать появления трещин или коробления деталей. Минус этого метода в сравнительно небольшой скорости охлаждения, поэтому его применяют для мелких (до 10 мм в поперечнике) деталей из углеродистых или более крупных — из легированных сталей, для которых скорость закалки не столь критична.
Закалка в двух средах
Начинается быстрым охлаждением в воде и завершается медленным — в масле. Обычно такую закалку используют для изделий из инструментальных сталей. Основная сложность заключается в расчете времени охлаждения в первой среде.
Поверхностная закалка (лазерная, токами высокой частоты)
Применяется для деталей, которые должны быть твердыми на поверхности, но иметь при этом вязкую сердцевину, например, зубья шестеренок. При поверхностной закалке внешний слой металла разогревается до закритических значений, а затем охлаждается либо в процессе теплоотвода (при лазерной закалке), либо жидкостью, циркулирующей в специальном контуре индуктора (при закалке током высокой частоты)
Отпуск
Закаленная сталь становится чрезмерно хрупкой, что является главным недостатком этого метода упрочнения. Для нормализации конструкционных свойств производят отпуск — нагрев до температуры ниже фазового превращения, выдержку и медленное охлаждение. При отпуске происходит частичная «отмена» закалки, сталь становится чуть менее твердой, но более пластичной. Различают низкий (150-200С, для инструмента и деталей с повышенной износостойкостью), средний (300-400С, для рессор) и высокий (550-650, для высоконагруженных деталей) отпуск.
Таблица температур закалки и отпуска сталей
| № п/п | Марка стали | Твёрдость (HRCэ) | Температ. закалки, град.С | Температ. отпуска, град.С | Температ. зак. ТВЧ, град.С | Температ. цемент., град.С | Температ. отжига, град.С | Закал. среда | Прим. |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 1 | Сталь 20 | 57…63 | 790…820 | 160…200 | 920…950 | Вода | |||
| 2 | Сталь 35 | 30…34 | 830…840 | 490…510 | Вода | ||||
| 33…35 | 450…500 | ||||||||
| 42…48 | 180…200 | 860…880 | |||||||
| 3 | Сталь 45 | 20…25 | 820…840 | 550…600 | Вода | ||||
| 20…28 | 550…580 | ||||||||
| 24…28 | 500…550 | ||||||||
| 30…34 | 490…520 | ||||||||
| 42…51 | 180…220 | Сеч. до 40 мм | |||||||
| 49…57 | 200…220 | 840…880 | |||||||
| 670 | Азотирование | ||||||||
| 10 | Сталь 7ХГ2ВМ | = 57 | 840…860 | 460…520 | Масло | Сеч. до 100 мм | |||
| 42…46 | Сеч. 100..200 мм | ||||||||
| 39…43 | Сеч. 200..300 мм | ||||||||
| 37…42 | Сеч. 300..500 мм | ||||||||
| НV >= 450 | Азотирование. Сеч. св. 70 мм | ||||||||
| 25 | Сталь 30ХГСА | 19…27 | 890…910 | 660…680 | Масло | ||||
| 27…34 | 580…600 | ||||||||
| 34…39 | 500…540 | ||||||||
| «— | 770…790 | С печью до 650 | |||||||
| 26 | Сталь 12Х18Н9Т | 6 мм вода | |||||||
| 29 | Сталь 20Х13 | 27…35 | 1050 | 550…600 | Воздух | ||||
| 43,5…50,5 | 200 | ||||||||
| 30 | Сталь 40Х13 | 49,5…56 | 1000…1050 | 200…300 | Масло |
Закалка стали 45
В целом, отжиг стали или же ее нормализация являются подготовкой сплава к последующим процессам термообработки. Вторым по счету процессом обработки идет закалка стали 45
. С виду может показаться, что этот этап полностью дублирует отжиг и нормализацию:Закалка стали 45 также состоит из двух основных технологических операций: нагрева и охлаждения. Однако у него имеются свои довольно важные отличительные характеристики.
Если быть точнее, то этой важной отличительной чертой будет скорость охлаждения стали. В случае с закалкой стали 45 заготовка сперва нагревается до температуры, которая превышает критическую
После этого сталь будет сразу же охлаждена в специальной жидкости. В роли такой жидкости может выступать чистая вода, вода с растворами солей, вода с содержанием в составе 5%-й каустической соды, либо же различные минеральные масла (рис. 1)
Рисунок 1
Закалка стали 45
в воде производится при температуре жидкости от +20°С до +30°С. Если в качестве закалочной среды используют раствор каустической соды, то его температура будет составлять от +50°С до +60°С.Температура закалки стали 45 , при которой этот материал помещают в охлаждающую жидкость, составляет от + 820 °С до + 860°С. Визуально подобные температуры соответствует диапазону от светло-красного до темно-оранжевого цвета.
Н агрев стали до этих значений обычно выполняется в специальных печах. Но в некоторых случаях также применяется закалка стали 45
токами высокой частоты (ТВЧ). Между этими двумя методами существует разница в о времени выдержк и заготовки. Это обусловлено тем, что данные установки имеют раз лич ные режимы нагрева. При этом с помощью ТВЧ сталь 45 будет нагрета за более быстрый промежуток времени в сравнении с обычной печью.
Устройство для нагрева стали
Температура нагрева стали
От +820°С до +860°С
От +880°С до +920°С
Несмотря на то, что при использовании ТВЧ нагрев стали 45 нужно выполнять до чуть более высоких температур, как такового перегрева материала не происходит. Размер и структура у зерна остается прежним, так как для нагрева через ТВЧ требуется намного меньше времени. Кстати говоря, с помощью проведения закалки токами высокой частоты, твердость стали 45
возрастает по шкале Роквелла (HRC) возрастает приблизительно на 2-3 единицы.
При нагреве стали 45 до температуры, превышающей критическое значение на отметку в +30°С — +50°С, материал достигнет своего аустенитного состояния. Иначе говоря, атомная решетка железа (Fe) изменит объемно-центрированн ой вид на решетку гранецентрированной формы. У глерод (С), содержащийся в перлит е как кристалл ы соединения Fe 3 C (цементита) примет вид твердого раствора — атомы внедрятся в гранецентрированную решетку.
После помещения раскаленного материала в охлаждающую ванну для закалки, температура стали 45
очень быстро понижается до значения комнатной от +20°С до +25°С. Само собой, в связи с этим в структуре сразу происходит процесс обратной перестройки атомной решетки металла — из гранецентрированной она возвращается в исходную объемно-центрированную. Именно это и придает итоговому материалу высокую твердость и прочность.
Дело в том, что при комнатной температуре рабочей среды атомы будут иметь крайне малую степень подвижности. Поэтому при резком охлаждении они попросту не успевают выйти из состояния раствора и образовать цементит. Получается, что сам углерод силой удерживается в решетке железа, тем самым образовывая перенасыщенный твердый раствор. В решетке при этом создается избыточное внутреннее напряжение от атомов углерода.
Характеристика стали 45
Вообще, сталь – это сплав углерода и железа. Сегодня этот материал, за счет своей твердости, пользуется постоянным высоким спросом в различных сферах промышленности. Доля железа в таком сплаве составляет около 45%. Все свойства стадии напрямую зависят от легирующих элементов и содержания углерода, что влияет на будущие изделия для металлопроката. Сталь 45 является самой востребованной маркой. Определенные режимы температурной обработки дают возможность получить прочные изделия. Твердость стали 45 после нормализации напрямую связана с диапазоном температур во время работы.
Сталь марки 45
Окончательный режим обработки – это отпуск стали 45. Главной целью этого процесса является снижение закалочных напряжений, чтобы будущая сталь 45, получила твердость, пластичность и прочность. Ее нагревают до предела ниже Ac1, выдерживают, а потом охлаждают на воздухе при заданной скорости. В зависимости от уровня температуры нагрева, данный вид термообработки бывает трех видов:
- Низкий – нагрев 200-250 градусов для получения мартенсита и снятия внутреннего напряжения с сохранением твердости. Сталь используется для режущих и измерительных инструментов.
- Средний – нагрев 350-500 градусов для получения троостита, повышения вязкости и высокой упругости. Его используют для изготовления рессор, пружин и кузнечных штампов.
- Высокий – нагрев 500-600 градусов для получения сорбита, чтобы было лучшее соотношение пластических и прочностных свойств. Она применятся при изготовлении большинства автомобильных деталей, например, шатуны двигателей и оси автомобилей.
https://youtube.com/watch?v=I-br0B8ocpI
Нормализация стали 45 – это основная часть обработки стали. В зависимости от диапазона температуры нагрева используются различные режимы нормализации стали. Здесь производится закалка металла, т.е. улучшение ее свойств и характеристик для дальнейшего их закрепления.
Ценообразование
Лом стали 45 имеет стоимость в пределах 13 000 – 14 000 рублей за тонну. Данная цена ниже, чем у нержавейки и любых цветных металлов, но выше чем у чугунов. Точное значение стоимости лучше узнавать непосредственно в точках приема металлолома, так как на нее влияет много факторов:
- Значение котировок на Лондонской бирже черных металлов. Именно ее выбирают за основу стоимости большинство российских металлоприёмщиков.
- Соотношения потребительского спроса и предложения в Вашем регионе. Здесь также сказывается удаленность от крупных металлоперерабатывающих заводов.
- Процент содержания вредных примесей в составе, особенно серы.
- Наличие следов ржавчины на поверхности лома.
- Габариты кусков лома.
- Вид профиля: шестигранник, лист, квадрат, круг и прочее.
- Оплата по наличному или безналичному расчету. Как правило, пункты приема металлолома отдают предпочтение в покупке металла безналичным способом, за что делают соответствующую наценку.
- Вес поставки. Предпочтительные объемы составляют от 1000 килограмм.
Сталь марки 45: применение
Сталь 45 марки широко используется в промышленности, в частности, она идет на изготовление валов (распределительных и коленчатых), шестерней, блиндажей, шпинделей, кулачков, цилиндров и т.п. 45-й металл позволяет получать нормализованные, улучшаемые поверхности, для которых характерна повышенная прочность. При необходимости на порядок улучшить характеристики готовых изделий технологи применяют металл марки 45, легированный хромом – 45х (доля хрома 0,8-1,1%), или литейную сталь 45л.
Сталь 45 считается материалом трудносвариваемым, однако ему не свойственна отпускная хрупкость. Это достаточно весомый фактор при создании конструкций сложных форм и конфигураций. Сварка данного металла производится 2 способами: КТС и РДС.
Особенности технологии закалки токами высокой частоты
Нагрев осуществляют в установке, называемой индукционной. Состоит из генератора высокой частоты и индуктора простой или сложной формы. Закаливаемая деталь может устанавливаться в самом индукторе или возле него. Переменный ток, проходя через индуктор, вызывает возникновение вихревых токов (токи Фуко), благодаря чему происходит быстрый нагрев поверхности заготовки. Изменяя параметры тока, можно регулировать глубину прогрева заготовки, а следовательно, и прочность. Твердость поверхности лежит в пределах 58÷62 HRC, в то время как сердцевина остается более мягкой. Таких показателей невозможно добиться, осуществляя нагрев в печи, т. к. он будет осуществляться по всему объему. Сразу после закалки сталь 45 подлежит следующему этапу термообработки – нормализации или отпуску.
Процесс закалки ТВЧ стали 45 показан на видео:
Режим закалки может быть одновременным и последовательным. Это зависит от размеров детали, которая подлежит закалке. Первый случай используется для деталей небольших размеров, второй – для крупногабаритных.
Влияние термической обработки на качество
Сталь в исходном состоянии представляет собой довольно пластичную массу и поддается обработке путём деформирования. Ее можно ковать, штамповать, вальцевать. Для изменения механических свойств и достижения необходимых качеств применяется термическая обработка металла. Суть термической или тепловой обработки заключается в применении совокупности операций по нагреву, выдержке и охлаждению твердых металлических сплавов. В результате такой обработки сплав изменяет свою внутреннюю структуру и приобретает определенные, необходимые производителю и потребителю, свойства.
Критические точки
Критические точки — это температуры, при которых изменяется структура стали и ее фазовое состояние. Вычислены в 1868 году русским металлургом и изобретателем Дмитрием Константиновичем Черновым, поэтому иногда их называют точками Чернова.
Обозначают такие точки буквой А. Нижняя точка А1 соответствует температуре, при которой аустенит превращается в перлит при охлаждении или перлит в аустенит при нагреве. Точка А3 — верхняя критическая точка, соответствующая температуре, при которой начинается выделение феррита при охлаждении или заканчивается его растворение при нагреве.
Если критическая точка определяется при нагреве, то к букве «А» добавляется индекс «с», а при охлаждении — индекс «r».
Для данной стали определена следующая температура критических точек:
- 743*С — Ас1;
- 815*С — Ас3;
- 730*C — Аr3;
- 693*C — Ar1.
Алгоритм термообработки стали и сплавов:
- отжиг:
- закалка;
- отпуск;
- нормализация;
- старение;
- криогенная обработка.
Термообработка для стали 40х. Характеристика температурного режима в соответствии с требованиями ГОСТ 4543–71:
- закалка стали 40х в масляной среде при температуре 860*С;
- отпуск в воде или масле при температуре 500*С.
В результате такой термической обработки данная сталь приобретает повышенную твердость (число твердости НВ не более 217), высокий предел прочности при разрыве (980 Н/м2) и ударную вязкость 59 Дж/см2.
Предел текучести
Говоря о механических свойствах, нужно обязательно упомянуть о такой важной характеристике, как предел текучести. Если приложенная нагрузка слишком велика, то конструкция или ее детали начинают деформироваться и в металле возникают не упругие (полностью исчезающие, обратимые), а пластические (необратимые остаточные) деформации. Говоря другими словами, металл «течет»
Говоря другими словами, металл «течет».
Предел текучести — это граница между упругими и упругопластическими деформациями. Значение предела текучести зависит от множества факторов: режима термической обработки, наличия примесей и легирующих элементов в стали, микроструктуры и типа кристаллической решетки, температуры.
В металловедении различают понятия физического и условного предела текучести.
Физический предел текучести — это такое значение напряжения, при котором деформация испытываемого образца увеличивается без увеличения приложенной нагрузки. В справочниках эта величина обозначается σт и для марки 40х ее значение не менее 785 Н/мм2 или 80 КГС/мм2.
Следует отметить, что пластические (необратимые) деформации появляются в металле не мгновенно, а нарастают постепенно, с увеличением приложенной нагрузки. Поэтому, с точки зрения технологии, уместнее применение термина «условный (технический) предел текучести».
Условным (или техническим) пределом текучести называется напряжение, при котором опытный образец получает пластическое (необратимое) удлинение своей расчетной длины на 0.2%. В таблицах эта величина обозначается как σ 0,2 и для стали 40х составляет:
- при температуре от 101 до 200*С — 490 МПа;
- при температуре от 201 до 300*С — 440 МПа;
- при температуре от 301 до 500*С — 345 МПа.
