7. Сталь марки 40х (1г)

• Марка стали: 40Х

• Метод упрочнения (термообработки): ТВЧ

• Термообрабатываемая поверхность: Зубья.

• Глубина упрочняемого слоя, мм: 0.8…1.1

• Твердость: 58…62 HRC

Расшифровка марки стали 40Х

Первые две цифры в обозначении марки стали обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Значит, в моей стали 0,4% углерода. Далее расположены обозначения легирующих элементов в сплаве. «Х» указывает на содержание хрома в сплаве. Так как после буквы каких-либо цифр нет, значит содержание хрома в данной марке стали до 1%. В итоге, перед нами легированная конструкционная сталь.

Вид поставки стали марки 40Х

Вид поставки: сортовой прокат: в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 10702-78.Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74. Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 82-70. Поковки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 13663-86.

Применение стали марки 40Х

Оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности. Для данного варианта моей курсовой работы я выбираю болт.

Химический состав стали марки 40Х (в %)

Углерод (C) 0,36 – 0,44 Фосфор (P) до 0,035

Кремний (Si) 0,17 – 0,37 Хром (Cr) 0,8 – 1,0

Марганец (Mn) 0,5 – 0,8 Медь (Cu) до 0,3

Никель (Ni) до 0,3 Железо (Fe) ~97

Сера (S) до 0,035

Механические свойства при Т=20°С стали марки 40Х

Сортамент	Размер	sв	sT	d5	y	KCU	Режим термообработки
	мм	МПа	МПа	%	%	кДж / м2
Пруток ГОСТ 4543-71	25	980	780	10	45	59	Закалка 860°С, масло. Отпуск 500°С, вода или масло
Поковки ГОСТ 8479-70	500-800	470	245	15	30	34	Нормализация

Физические свойства стали марки 40Х

T	E 10- 5	α  10 6	l	r	C	R 10 9
°С	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.14			7820		210
100	2.11	11.9	46	7800	466	285
200	2.06	12.5	42.7	7770	508	346
300	2.03	13.2	42.3	7740	529	425
400	1.85	14.1	38.5	7700	563	528
500	1.76	14.4	35.6	7670	592	642
600	1.64	14.6	31.9	7630	622	780
700	1.43		28.8	7590	634	936
800	1.32		26	7610	664	1100

Свойства и полезная информация о стали марки 40Х

Удельный вес: 7820 кг/м³

Твердость материала: HB 10^-1 = 217 МПа

Температура критических точек: Ac1 = 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730 , Ar1 = 693

Флокеночувствительность: чувствительна

Свариваемость: трудносвариваема. Способы сварки: РДС, ЭШС, необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС - необходима последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σв=610 МПа, К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=0,95

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

Склонность к отпускной хрупкости: склонна

Болт и его применение

Болт — крепёжная резьбовая деталь в виде цилиндрического стержня с головкой, часть которого снабжена резьбой, предназначенной для навинчивания гайки. Является наиболее распространённым видом деталей машин, сооружений. Наиболее распространены болты с шестигранной головкой под гаечный ключ.

Для закрепления соединяемых деталей, болт вставляется в сквозное отверстие в этих деталях, затем на резьбу болта навинчивают гайку и стягивают детали с её помощью. Фиксация деталей в направлениях, перпендикулярных стержню болта, обеспечивается за счёт сил трения от затяжки болта, при условии что эта сила больше чем сдвигающая сила. В том случае когда часть нагрузки в этом направлении несёт болт, стержень болта и отверстия в деталях изготавливают с большей точностью. При этом болты работают как штифты. Для предотвращения деформации деталей и/или самооткручивания гайки под головку болта и под гайку подкладывают различные шайбы.

Классификация болтов по сферам применения:

• Лемешные используются для крепления навесного оборудования для сельскохозяйственных машин.

• Мебельные используются в мебельной промышленности и строительстве.

• Дорожные используются для дорожных ограждений, для специальных металлоконструкций

• Машиностроительные используются в машиностроении, автомобилестроении, приборостроении и строительстве в качестве деталей соединения.

• Высокопрочные используются в агрессивных средах в условиях химических производств, при работе в высокотемпературных режимах,в конструкциях , механизмах и на других объектах, работающих в условиях пониженных температур (в т.ч. Крайнего Севера),при высоких требованиях по выдерживанию больших разрывных усилий, предъявляемых к крепежным соединениям, испытывающим повышенные динамические и статические нагрузки, при необходимости достичь высокую прочность соединения,

В качестве исходного сырья используются низкоуглеродистые и легированные стали (с содержанием углерода не более 0,40%) марок 10КП, 20КП, 10, 20, 35, 20Г2Р, 65Г, 40Х. Механические свойства болтов, также определяются свойствами используемой стали с последующей термической обработкой в электропечах с защитной средой, предотвращающей обезуглероживание изделий.

Термическая обработка стали марки 40Х

В данном варианте моей курсовой работы мы обрабатываем деталь из стали марки 40Х токами высоких частот (ТВЧ). При поверхностной закалке ТВЧ нагрев проводится до более высокой температуры, чем при обычной объемной закалке. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, при очень большой скорости нагрева температуры критических точек, при которых происходит переход перлита в аустенит, повышаются, а во-вторых, нужно, чтобы это превращение успело завершиться за очень короткое время нагрева, а чем выше температура, тем быстрее оно происходит. Так, например, при печном нагреве со скоростью 2—3°С/с температура нагрева под закалку стали 50ХА составляет 840—860°С, при нагреве ТВЧ со скоростью 250°С/с — 880—920°С, а при скорости 500°С/с— 980—1020°С.

Несмотря на то, что нагрев при высокочастотной закалке проводится до более высокой температуры, чем при обычной, перегрева металла не происходит. Это объясняется тем, что время высокочастотного нагрева очень короткое, и зерно в стали не успевает вырасти. С другой стороны, благодаря более высокой температуре нагрева и более интенсивному охлаждению твердость после закалки ТВЧ получается выше примерно на 2— 3 единицы по Роквеллу. Это обеспечивает более высокую прочность и износостойкость поверхности детали.

Наряду с этим действует еще один важный фактор, способствующий повышению эксплуатационной прочности деталей, закаленных с помощью ТВЧ. Это появление на поверхности сжимающих напряжений благодаря образованию мартенситной структуры. Чем меньше глубина закаленного слоя, тем в большей мере проявляется действие таких напряжений.

Кроме этого, высокочастотная закалка дает и другие важные преимущества: высокую производительность; легкость регулирования толщины закаленного слоя; минимальное коробление; почти полное отсутствие окалины; возможность полной автоматизации всего процесса; облегчение условий труда; возможность размещения закалочной установки в потоке механической обработки. Наиболее часто поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали, изготовленные из углеродной стали с содержанием 0,4—0,5% С, а сталь 50ХА содержит 0,5% С. Эти стали после закалки имеют поверхностную твердость HRC 55—60, а для данной стали необходимо 54..58 HRC.

ТВЧ закалка происходит следующим образом: деталь, которую следует закалить, помещается в электромагнитное поле внутри медной трубки, которая согнута по форме необходимой детали, при этом индуктируются переменные токи высокой частоты, они (токи) оттесняются к поверхности детали изнутри возникшим переменным магнитным током. Так как индуктированные токи на поверхности нагреваемой детали имеют очень высокую плотность, то происходит быстрый нагрев поверхностного слоя.