Стальной пруток 40ХН: конструкционная легированная сталь для тяжелонагруженных деталей
Стальной пруток 40ХН — горячекатаный или кованый сортовой прокат из конструкционной легированной стали хромоникелевой группы. Марка 40ХН по ГОСТ 4543 содержит 0,36–0,44 % углерода, 0,45–0,75 % хрома и 1,0–1,5 % никеля. Такое сочетание обеспечивает сквозную прокаливаемость в сечениях до 60–80 мм при закалке в масле и формирование вязкой сердцевины при высокой поверхностной твёрдости после цементации или ТВЧ. Пруток поставляется в виде круглого профиля диаметром 20–250 мм, реже — квадрата и шестигранника, в термически обработанном или горячекатаном состоянии.
Сортамент и состояние поставки
- Круг горячекатаный ГОСТ 2590 — диаметр 20–180 мм, кривизна не более 0,5 % длины.
- Круг кованый ГОСТ 1133 — диаметр 80–250 мм для крупных валов и обечаек.
- Калиброванный пруток ГОСТ 1051 — h11, для автоматной обработки на токарных модулях.
- Термообработка: нормализация, улучшение (закалка + высокий отпуск), отпуск на заданную твёрдость.
- Шлифованный прокат с допуском h9–h11 под бесцентровое шлифование.
Механические свойства в улучшенном состоянии
После закалки в масле с 820–840 C и высокого отпуска при 500–600 C сталь 40ХН обеспечивает предел прочности 980–1180 МПа при относительном удлинении 10–12 % и ударной вязкости KCU 60–90 Дж/см. Глубина прокаливаемости — критический диаметр до 50 мм в масле и до 80 мм в воде, что позволяет получать однородную структуру сорбита по всему сечению валов и осей. Температура хрупкости после отпуска — не выше –60 C, что допускает эксплуатацию в климатическом исполнении УХЛ.
| Диаметр прутка, мм | Состояние | в, МПа | , % | KCU, Дж/см |
|---|---|---|---|---|
| 20–40 | улучшение | 1080 | 11 | 78 |
| 40–80 | улучшение | 1030 | 12 | 88 |
| 80–150 | нормализация | 780 | 14 | 59 |
| 150–250 | ковка + отжиг | 650 | 16 | 49 |
Технологичность и обработка
Сталь 40ХН удовлетворительно обрабатывается резанием в улучшенном состоянии (твёрдость 217–248 HB) и хорошо сваривается контактной сваркой; дуговая сварка требует подогрева 150–200 C и последующей термообработки для снятия напряжений. Прокаливаемость позволяет применять индукционную закалку поверхностного слоя шеек валов на глубину 2–4 мм с сохранением вязкой сердцевины. Склонность к отпускной хрупкости второго рода — умеренная, что учитывают при выборе температуры отпуска выше 550 C.
Области применения
- Валы, оси и шпиндели металлорежущих станков и прокатных станов.
- Зубчатые колёса, шестерни и венцы редукторов тяжёлого машиностроения.
- Шатуны, крепёж и шпильки энергетического и нефтегазового оборудования.
- Детали турбокомпрессоров, насосов и буровых установок.
- Ответственные элементы грузоподъёмных механизмов и горно-шахтной техники.
Вопросы и ответы
Чем сталь 40ХН отличается от 40Х?
Никель в составе 40ХН повышает прокаливаемость и ударную вязкость: критический диаметр в масле достигает 50 мм против 25–30 мм у 40Х, что критично для массивных валов.
До какой твёрдости закаливается пруток 40ХН?
После закалки поверхностная твёрдость составляет 55–60 HRC, после высокого отпуска — 28–35 HRC в зависимости от требуемого сочетания прочности и вязкости.
Применяется ли 40ХН для цементуемых деталей?
Да, сталь пригодна для цементации с нагревом 900–930 C; сердцевина сохраняет вязкость, а поверхностный слой науглероживается до 0,8–1,1 % C с последующей закалкой.
Какой диаметр прутка доступен со склада?
Наиболее ходовые позиции — 30–120 мм в улучшенном состоянии; крупные сечения 150–250 мм поставляются коваными под последующую механическую обработку.
