40C

Сталь 40Х — конструкционная хромистая легированная сталь с содержанием углерода около 0,40% и хрома около 1%. Поставляется по ГОСТ 4543-2016 (заменил ГОСТ 4543-71 с 01.01.2018).

Расшифровка марки: «40» — среднее содержание углерода 0,40%; «Х» — легирующий элемент хром с содержанием 0,80–1,10%. Хром в таком количестве не обеспечивает коррозионной стойкости (для этого нужно не менее 12%), но существенно повышает прокаливаемость и прочность после термообработки. Молибден в составе 40Х отсутствует — принципиальное отличие от марки 40ХМ, где молибден прямо обозначен буквой «М».

Химический состав стали 40Х по ГОСТ 4543-2016

Нормируемые диапазоны для плавочного анализа согласно ГОСТ 4543-2016.

Элемент	Содержание, %	Роль в стали
Углерод (C)	0,36–0,44	Определяет твёрдость и прочность после закалки; обеспечивает образование мартенсита
Хром (Cr)	0,80–1,10	Повышает прокаливаемость, твёрдость, сопротивление износу
Марганец (Mn)	0,50–0,80	Улучшает прокаливаемость, раскисляет сталь
Кремний (Si)	0,17–0,37	Раскислитель; повышает упругость и предел текучести
Сера (S)	≤ 0,035	Вредная примесь; снижает ударную вязкость и свариваемость
Фосфор (P)	≤ 0,035	Вредная примесь; вызывает хладноломкость
Никель (Ni)	≤ 0,30	Допустимая остаточная примесь
Медь (Cu)	≤ 0,30	Допустимая остаточная примесь

Механические свойства стали 40Х

Свойства 40Х существенно зависят от состояния поставки и режима термообработки. Числа без указания условия испытания лишены практического смысла.

Твёрдость по Бринеллю в зависимости от состояния поставки

Состояние / ГОСТ поставки	HB, не более
Прутки после отжига (ГОСТ 4543-2016)	217
Прокат для холодного выдавливания и высадки, после сфероидизирующего отжига (ГОСТ 10702-78)	179
Трубы бесшовные холоднодеформированные (ГОСТ 8733-74)	217

Механические свойства после термообработки (ГОСТ 4543-2016)

Испытания на прутке диаметром 25 мм. Режим ТО: закалка 860°C, масло; отпуск 500°C, вода или масло.

Характеристика	Значение
Временное сопротивление разрыву (σв)	980 МПа
Предел текучести (σт)	785 МПа
Относительное удлинение (δ₅)	10%
Относительное сужение (ψ)	45%
Ударная вязкость (KCU)	590 кДж/м² (59 Дж/см²)

При увеличении сечения заготовки механические свойства снижаются из-за ограниченной прокаливаемости. Критический диаметр сквозной прокаливаемости в масле — около 30–35 мм. При сечениях свыше 60–80 мм сердцевина остаётся незакалённой, и свойства сердцевины определяются нормализованной структурой, а не мартенситной.

Физические свойства стали 40Х

Свойство	Значение	Температура испытания
Плотность	7820 кг/м³	20°C
Модуль упругости (E)	214 ГПа	20°C
Теплопроводность (λ)	46 Вт/(м·°C)	100°C
Коэффициент линейного расширения (α)	11,9·10⁻⁶ °C⁻¹	100°C

Технологические свойства и особенности обработки

Свариваемость

Сталь 40Х относится к трудносвариваемым. Повышенное содержание углерода и хрома резко увеличивает склонность к образованию холодных трещин и мартенситных структур в зоне термического влияния. Обязателен предварительный подогрев до 200–300°C и последующий высокий отпуск сварного соединения. Контактно-точечная сварка требует термообработки после сварки. Применяются способы РДС и ЭШС. Сварка без выполнения этих условий ненадёжна.

Флокеночувствительность и отпускная хрупкость

Сталь чувствительна к флокенам — водородным расслоениям, возникающим при недостаточно медленном охлаждении после горячей деформации крупных заготовок. Для поковок из 40Х обязательны специальные режимы замедленного охлаждения и противофлокенной обработки.

Кроме того, сталь склонна к отпускной хрупкости: после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым (вода или масло), а не медленным на воздухе — медленное охлаждение через диапазон 500–600°C резко снижает ударную вязкость. Это требование прямо отражено в режимах термообработки (см. таблицу ниже).

Механическая обработка

В отожжённом или нормализованном состоянии 40Х обрабатывается резанием без особых ограничений. В закалённом состоянии (HRC 50–56) механическая обработка затруднена и выполняется шлифованием или специальным твердосплавным инструментом. Чистовую обработку рекомендуется проводить после термообработки.

Режимы термообработки стали 40Х

Критические точки: Ac1 = 743°C, Ac3 = 782°C, Ar3 = 730°C, Ar1 = 693°C.

Вид ТО	Температура, °C	Охлаждение	Результат
Отжиг	820–840	Медленно в печи	HB ≤ 217; перлитная структура; подготовка к механической обработке
Нормализация	850–870	Воздух	Измельчение зерна; подготовка к закалке
Закалка	840–875	Масло (реже вода)	Мартенситная структура; HRC 50–56
Отпуск низкий	150–200	Воздух	Снятие напряжений; HRC 50–54; для износостойких деталей
Отпуск высокий (улучшение)	500–650	Вода или масло (не воздух — см. ниже)	Сорбитная структура; оптимальное сочетание прочности и вязкости; σв ≈ 980 МПа
Закалка ТВЧ + низкий отпуск	860–900 (поверхность)	Вода (душ)	Твёрдый поверхностный слой при вязкой сердцевине; для зубьев, шеек валов

Важно об отпускной хрупкости: охлаждение после высокого отпуска — обязательно быстрое (вода или масло). Медленное охлаждение через диапазон 500–600°C провоцирует необратимое снижение ударной вязкости.

Применение стали 40Х

Сталь 40Х применяется там, где требуется высокая прочность и износостойкость в сочетании с умеренной ударной нагрузкой — преимущественно в улучшенном или поверхностно-закалённом состоянии.

Типовые изделия: оси, валы, вал-шестерни, шпиндели, плунжеры, штоки гидроцилиндров, коленчатые и кулачковые валы, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты и шпильки ответственного назначения, полуоси, втулки, кольца подшипников скольжения. В турбостроении — диски и валы паровых турбин малой и средней мощности, бесшовные трубы нагревательных систем.

Сталь не предназначена для работы в агрессивных средах и влажных условиях без защитных покрытий: содержание хрома 0,8–1,1% недостаточно для коррозионной стойкости. При необходимости работы в условиях влажности или контакта с водными средами требуются защитные покрытия или конструктивные меры.

Другие конструкционные стали представлены на странице конструкционная сталь. О порошковой форме — на странице порошок 40Х.

Иностранные аналоги стали 40Х

Приведены ближайшие аналоги. Точное соответствие требует сравнения химического состава и механических свойств по конкретным стандартам — диапазоны легирующих элементов могут незначительно отличаться.

Страна / регион	Стандарт	Марка
США	AISI / SAE	5140
США	ASTM A29	G51400
Европа	EN 10083-3	41Cr4 (1.7035)
Германия	DIN	41Cr4, 37Cr4
Япония	JIS G4053	SCr440

Важно: AISI 4140 и DIN 42CrMo4 (1.7225) не являются аналогами 40Х — это аналоги марки 40ХМ, содержащей молибден. При замене по документации это принципиальное различие необходимо учитывать.

Отечественные заменители

По ГОСТ 4543, в качестве заменителей 40Х допускаются: 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР. Выбор заменителя определяется требованиями к прокаливаемости, вязкости и конкретными условиями термообработки.

Формы поставки стали 40Х

Вид продукции	ГОСТ
Поковки	ГОСТ 8479-70
Сортовой горячекатаный прокат (круг, квадрат, шестигранник)	ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006
Калиброванный пруток	ГОСТ 7417-75, ГОСТ 1051-73
Шлифованный пруток (серебрянка)	ГОСТ 14955-77
Лист горячекатаный	ГОСТ 19903-2015, ГОСТ 1577-93
Трубы бесшовные горячедеформированные	ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8732-78
Трубы бесшовные холоднодеформированные	ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75