Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Таблицы
Широкие таблицы прокручиваются по горизонтали, первая колонка при этом остаётся на месте.
ГОСТ 1050-2013 действует с поправками; в заказе указывают стандарт с годом. Твёрдость стали 40 после закалки стандарт не нормирует: норма по таблице 8 установлена только для марок 45, 50 и 50А.
Если элемент ограничен только сверху, к нему применяют лишь плюсовое отклонение. Нижний предел марганца допускается снижать не более чем на 0,20 % при выполнении норм механических свойств (п. 5.1.6). При выплавке из лома остаточные хром и никель допускаются до 0,40 % каждого с указанием фактического содержания в документе о качестве (п. 5.1.7).
Опции раздела 7.2 действуют только при указании в заказе. Пониженные сера и фосфор по пп. 7.2.8–7.2.9 нужны, например, для крепежа класса 8.8: ГОСТ ISO 898-1-2014 требует для него P и S не более 0,025 % каждого, а базовый состав стали 40 допускает 0,030 и 0,035 %.
Нормы — табл. 4 (код М1). Снижение пластичности для крупных сечений — п. 7.1.17.1; колонка «По согласованию» — примечание к табл. 4: σв на 20 Н/мм² ниже при удлинении на 2 % (абс.) выше. Значения в колонках рассчитаны по этим правилам. Образцы — от нормализованных заготовок 20–25 мм (п. 9.12.1). 1 Н/мм² = 1 МПа.
ГОСТ 1050-2013: ТВ1 — п. 7.1.16, ТВ2 — табл. 6 при коде в заказе, ТВ3 — п. 7.2.35 (нагартованный металл на 15 HB выше табл. 6). ГОСТ 10702-2016: табл. 4 и 5. В отличие от сталей 30 и 35, у стали 40 по ГОСТ 1050 нормирована и твёрдость горячекатаного проката после отжига — 187 HB.
Если металл заказан одновременно с кодом М2 по ГОСТ 1050 и по ГОСТ 10702, временное сопротивление отожжённого калиброванного проката должно лежать в окне 510–590 Н/мм². Требование к обезуглероживанию ГОСТ 10702 относится к сталям с нижним пределом углерода не менее 0,30 %, поэтому распространяется на сталь 40.
Нормы определяют на образцах из заготовок после закалки и высокого отпуска; размер заготовки согласовывают в заказе. Прирост рассчитан к норме σт 335 Н/мм² после нормализации (таблица 4). В сечениях 40–100 мм выигрыш от улучшения у стали 40 уже невелик, а у стали 35 в тех же сечениях он равен нулю.
Приложения Ж и И ГОСТ 1050-2013 рекомендуемые и относятся к термообработке образцов для контроля свойств. Интервал закалки 830–870 °C совпадает в ГОСТ и EN. Режим для детали назначают по технологической документации с учётом сечения, формы и охлаждающей среды.
KCU, KU и KV получают на образцах разной формы, и пересчитывать их друг в друга нельзя. Числовых норм хладостойкости в ГОСТ 1050-2013 нет: испытания при отрицательных температурах заказывают кодами КУВ2 и КУВ3 с согласованием значений.
Полоса гарантируется только при заказе с кодом ПР1 (п. 7.2.52); испытание — торцевой закалкой. В таблице приведены точки до 18 мм от торца. Ширина полосы на 4,5 мм — от 29 до 52,5 HRC: в этой зоне твёрдость сильнее всего зависит от фактического состава плавки.
Коды 1С и 2С — ГОСТ 1050-2013, п. 7.2.29 (прокат для закалки ТВЧ, сталь 40 входит в перечень марок); код 3С — п. 7.2.30, для сталей с нижним пределом углерода не менее 0,30 %. Проценты — от диаметра или толщины, на сторону; миллиметры рассчитаны. Сравните глубину с припуском на механическую обработку: если припуск меньше, обезуглероженный слой останется на детали и не закалится.
Нормы улучшения по временному сопротивлению и удлинению совпадают полностью, по пределу текучести различаются только в сечениях 40–100 мм (355 и 350 Н/мм²). Полосы прокаливаемости ГОСТ и EN определены в разных точках замера и напрямую не сравниваются. EN 10083-2:2006 заменён EN ISO 683-1.
Прочерк — значение на странице не приводится. Для S40C предел серы в документации разных производителей расходится, поэтому он не указан. Хром, никель и медь ГОСТ 1050-2013 ограничивает 0,25; 0,30 и 0,30 %.
Полностью совпадающих аналогов у стали 40 нет: у всех зарубежных марок верхний предел углерода ниже, у SAE и JIS выше марганец. Для замены в документации проверяют фактический состав плавки по обоим стандартам.
Расчёт по формулам К. У. Эндрюса для медленного нагрева; это оценка, а не норма. Средний состав: C 0,41; Si 0,27; Mn 0,65 %, остаточные Cr и Ni приняты равными нулю; диапазон — сочетание крайних пределов таблицы 2 с остаточными Cr ≤0,25 и Ni ≤0,30 %. Табличные значения из марочников на странице не приводятся: в доступных источниках они расходятся.
CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 по пределам таблицы 2 и табл. 1 ГОСТ 1050-2013 для сталей 35 и 45. Расчёт не является нормой: гарантию свариваемости заказывают кодом ГС с согласованием формулы и предела (п. 7.2.18).
ГОСТ ISO 898-1-2014 марки стали не называет, а нормирует состав по классам прочности; соответствие стали 40 выведено по её составу. Категории прочности поковок по ГОСТ 8479-70 на странице не приводятся.
Нормы — ГОСТ 1050-2013, табл. 1, 4, 6, 8, 11, п. 7.2.52. Расчётные строки — оценки: Ac3 по формуле Эндрюса, доля перлита по правилу отрезков (C − 0,02)/(0,80 − 0,02), твёрдость мартенсита по эмпирической формуле HRC ≈ 20 + 60√C. Легированная 40Х сравнивается со сталью 40 в таблице 19 и разделе 15.
Сталь 40 отличают от 35 и 45 только по углероду: с учётом допусков для готового проката диапазоны соседних марок перекрываются, поэтому решает документ о качестве и маркировка. Хром определяется портативным рентгенофлуоресцентным анализатором, углерод — нет.
Расчёт по плотности 7,85 г/см³, принятой в ГОСТ 2590-2006 для вычисления массы проката: m = 0,006165 · d² кг/м. Значения теоретические; фактическая масса отличается на величину допусков сортамента.
Сталь 40 — нелегированная конструкционная сталь с содержанием углерода 0,37–0,45 %, которую применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки токами высокой частоты. Марку устанавливает ГОСТ 1050-2013; число «40» означает среднее содержание углерода в сотых долях процента. Индексов раскисления у марки нет: стандарт предусматривает кипящие и полуспокойные разновидности только для низкоуглеродистых сталей до 20пс, а сталь 40 выпускается спокойной.
По таблице 1 ГОСТ 1050-2013 сталь 40 относится к классу нелегированных специальных сталей — как и все марки от 25 до 60. Часто встречающееся название «качественная углеродистая» относится к заголовку стандарта в целом и к низкоуглеродистым маркам 05кп–20, а не к стали 40. Для неё стандарт по заказу нормирует свойства после закалки и отпуска (таблица 7), ударную вязкость после улучшения (таблица 9), полосу прокаливаемости (таблица 10) и глубину обезуглероживания проката под закалку ТВЧ (таблица 11).
В ряду углеродистых сталей под улучшение сталь 40 стоит между сталью 35 и сталью 45. В нормализованном состоянии её структура — феррит и перлит примерно поровну: по правилу отрезков на диаграмме железо — углерод доля перлита при 0,41 % углерода составляет (0,41 − 0,02)/(0,80 − 0,02) = 0,50. По прочности сталь 40 заметно превосходит 35, по вязкости — 45; для неё, в отличие от стали 45, не нормируется твёрдость после закалки. Именно это определяет её назначение и раздел 14 о выборе между 40 и 45.
По таблице 1 ГОСТ 1050-2013 сталь 40 содержит 0,37–0,45 % углерода, 0,17–0,37 % кремния, 0,50–0,80 % марганца, не более 0,030 % фосфора и 0,035 % серы, не более 0,25 % хрома и по 0,30 % никеля и меди (таблица 2). Мышьяк ограничен 0,08 %, азот — от 0,008 до 0,012 % в зависимости от способа выплавки. Хром, никель и медь здесь остаточные: их не вводят, а ограничивают, и при выплавке из лома хром и никель допускаются до 0,40 % каждого с обязательным указанием фактических значений в документе о качестве.
Анализ готовой продукции может выходить за пределы ковшевой пробы на отклонения таблицы 3 стандарта:
Углерод: 0,37 − 0,01 = 0,36 % и 0,45 + 0,01 = 0,46 %. Марганец: 0,50 − 0,03 = 0,47 % и 0,80 + 0,03 = 0,83 %. Кремний: 0,15–0,39 %. Фосфор — до 0,035 %, сера — до 0,040 %: для элементов, ограниченных только сверху, применяется лишь плюсовое отклонение. Практическое следствие: пруток с углеродом 0,46 % по анализу ещё укладывается в сталь 40, а 0,36 % — в сталь 40 и одновременно в сталь 35.
От стали 40Г2 из таблицы 2 того же стандарта сталь 40 отличается марганцем: у 40Г2 его 1,40–1,80 %. От легированной 40Х — хромом: 0,80–1,10 % по ГОСТ 4543-2016 против не более 0,25 % у стали 40. Эти различия — основа входного контроля (раздел 15).
Базовый состав стали 40 в заказе можно изменить кодами раздела 7.2 ГОСТ 1050-2013 (таблица 3). Сера в диапазоне 0,020–0,040 % (п. 7.2.7) улучшает обрабатываемость резанием на автоматах. Пониженные сера и фосфор — не более 0,025 % или 0,015 % каждого (пп. 7.2.8 и 7.2.9) — нужны, когда к чистоте металла предъявляются повышенные требования: для деталей с высокой ударной нагрузкой и для крепежа класса 8.8. Код по п. 7.2.14 ограничивает хром, никель и медь 0,15 % каждого.
Отдельное требование касается патентированной проволоки. По п. 5.1.2 сталь марок 35–60 для неё выплавляют с марганцем 0,30–0,60 %, никелем и хромом не более 0,15 % и медью не более 0,20 %; это указывают в заказе. Сталь 40 сюда входит, сталь 30 — нет. Для проката под холодную высадку ГОСТ 10702-2016 ограничивает кремний 0,20 %, а марганец 0,60 %.
Если узел из стали 40 будут сваривать, свариваемость можно гарантировать кодом ГС: углеродный эквивалент и формулу его расчёта стандарт предлагает согласовывать в заказе (п. 7.2.18). Без такого кода изготовитель свариваемость не гарантирует.
ГОСТ 1050-2013 нормирует для стали 40 предел текучести не менее 335 Н/мм², временное сопротивление не менее 570 Н/мм², удлинение не менее 19 % и сужение не менее 45 % (таблица 4). Испытывают образцы из заготовок 20–25 мм, нормализованных при 870 °C, а для проката меньше 25 мм — нормализованные пробы профиля поставки. Эти числа — характеристика стали в нормализованном состоянии, а не гарантия свойств горячекатаного прутка, полученного без термообработки.
Для крупных сечений нормы пластичности снижают: свыше 80 до 180 мм — удлинение до 17 % и сужение до 40 %, свыше 180 мм — до 16 и 35 %. По согласованию изготовителя с заказчиком допускается σв на 20 Н/мм² ниже, то есть 550 Н/мм², при удлинении на 2 % выше — 21 %.
Сравнение с соседями по ряду: относительно стали 35 норма σт выше на 20 Н/мм² (335 против 315), σв — на 40 Н/мм² (570 против 530); относительно стали 45 — ниже на 20 и 30 Н/мм² (355 и 600). Отношение σт/σв у стали 40 равно 335/570 ≈ 0,59 — такое же, как у 35. Шаг между марками небольшой, поэтому выбор 40 вместо 35 или 45 оправдан не столько прочностью, сколько сочетанием прочности с вязкостью и способностью к поверхностной закалке.
Марочная твёрдость стали 40 по таблице 6 ГОСТ 1050-2013: не более 217 HB для горячекатаного металла без термообработки, 187 HB — после отжига или высокого отпуска, 241 HB — для калиброванного нагартованного и 197 HB — для калиброванного после отжига (таблица 5). В отличие от сталей 30 и 35, у стали 40 стандарт нормирует и твёрдость отожжённого горячекатаного проката. Все эти пределы гарантируются при коде ТВ2; без кода действуют общие пределы ТВ1 — 255 HB для горячекатаного и 269 HB для нагартованного проката. Код ТВ3 разрешает нагартованному металлу твёрдость на 15 HB выше табличной — до 256 HB.
ГОСТ 10702-2016 для проката под высадку задаёт те же 217 и 241 HB для металла без термообработки и нагартованного, но строже ограничивает термообработанный горячекатаный прокат — 163 HB против 187 HB по ГОСТ 1050. Временное сопротивление отожжённого калиброванного проката по ГОСТ 1050 должно быть не менее 510 Н/мм², а по ГОСТ 10702 — не более 590 Н/мм² (таблица 6). Если в заказе стоят оба стандарта, металл должен попасть в окно 510–590 Н/мм².
Нагартованный калиброванный прокат по коду М2 имеет σв не менее 610 Н/мм² при удлинении 6 % и сужении 35 %, отожжённый — 510 Н/мм², 14 % и 40 %. ГОСТ 10702 для нагартованной стали 40 прочность и пластичность не нормирует, а определяет для накопления данных.
Свойства стали 40 после закалки и высокого отпуска гарантируются по коду М5 и зависят от сечения (таблица 7): до 16 мм — σт не менее 460 Н/мм², σв 650–800 Н/мм², удлинение не менее 16 %; 16–40 мм — 400 Н/мм², 630–780 Н/мм², 18 %; 40–100 мм — 355 Н/мм², 600–750 Н/мм², 19 %. Во всех сечениях работа удара KU — не менее 20 Дж. Нормы определяют на образцах из заготовки, размер которой согласуют в заказе, после закалки с 830–870 °C в воде или масле и отпуска при 550–600 °C (таблица 8).
Прирост предела текучести к нормализации (335 Н/мм²): до 16 мм — 460 − 335 = 125 Н/мм², или 37 %; 16–40 мм — 65 Н/мм², или 19 %; 40–100 мм — 20 Н/мм², или 6 %. У стали 35 в сечении 40–100 мм прирост равен нулю. Вывод: в крупных сечениях улучшение стали 40 даёт небольшой выигрыш по прочности, а главная польза — узкий диапазон σв и гарантированная ударная вязкость.
Нормы стали 40 после улучшения практически совпадают с европейскими для C40 и C40E: по временному сопротивлению и удлинению полностью, по пределу текучести в сечении 40–100 мм — 355 против 350 Н/мм² (таблица 12). Если деталь диаметром 60–100 мм должна иметь предел текучести заметно выше 355 Н/мм² по всему сечению, нужна сталь с большей прокаливаемостью — 40Х или 40ХН.
Рекомендуемая температура закалки стали 40 по приложению И ГОСТ 1050-2013 — 830–870 °C, охлаждение в воде или масле, отпуск при 550–600 °C. Для образцов на ударную вязкость приложение Ж рекомендует закалку с 840 °C в воде и отпуск при 600 °C, для нормализации — 870 °C. Европейский стандарт для C40 даёт тот же интервал закалки 830–870 °C и отпуск при 550–660 °C. По расчёту по формулам Эндрюса (таблица 15) Ac3 стали 40 лежит около 777–803 °C, и нагрев до 830–870 °C обеспечивает запас 30–90 °C выше Ac3, необходимый для полной аустенизации.
Твёрдость стали 40 после закалки ГОСТ 1050-2013 не нормирует: норма таблицы 8 установлена только для марок 45, 50 и 50А. Ориентиром служит полоса прокаливаемости (таблица 10): у самого охлаждаемого торца — 50,5–58 HRC, на 3 мм — 45,5–57 HRC. Эмпирическая оценка максимальной твёрдости мартенсита по формуле HRC ≈ 20 + 60√C для среднего углерода 0,41 % даёт около 58 HRC. Значения вида «после закалки сталь 40 имеет столько-то HRC» без указания сечения и среды охлаждения — справочные и для приёмки не годятся.
Вода даёт стали 40 более глубокую закалку, но с ростом углерода растёт и риск закалочных трещин, особенно у деталей с резкими переходами сечения, отверстиями и пазами. Масло охлаждает мягче, но из-за малой прокаливаемости углеродистой стали тонкие детали в нём ещё закаливаются, а массивные — уже нет. Закалка «по магниту» для стали 40 даёт недогрев по той же причине, что и для стали 35: расчётная Ac3 выше точки Кюри (около 768 °C). Подробнее — на странице стали 35.
Табличные критические точки стали 40 из марочников на странице не приводятся: в доступных источниках они расходятся. Как точки Ac1 и Ac3 используют при назначении режимов — в статье о критических точках стали.
После улучшения сталь 40 должна иметь ударную вязкость KCU не менее 59 Дж/см² при +20 °C (табл. 11 ГОСТ 1050-2013, код КУВ1). В ряду углеродистых сталей это значение закономерно убывает с ростом углерода: 88 Дж/см² у стали 25, 78 у 30, 69 у 35, 59 у 40, 49 у 45 и 39 у 50 (таблица 9). При заказе свойств улучшения по коду М5 дополнительно нормируется работа удара KU не менее 20 Дж во всех сечениях до 100 мм.
Норм ударной вязкости при отрицательных температурах в стандарте нет. Для деталей, которые будут работать на морозе с ударной нагрузкой, вязкость заказывают явно: код КУВ2 — KCU при −40 °C, код КУВ3 — KCV при +20, −20, −40 или −70 °C, со значениями, согласованными в заказе. Европейский стандарт для C40E и C40R нормирует KV не менее 30 Дж в сечениях 16–100 мм; это испытание на образце с V-образным надрезом, и сравнивать его с KU и KCU по ГОСТ напрямую нельзя.
По коду ПР1 ГОСТ 1050-2013 гарантирует для стали 40 полосу прокаливаемости, полученную торцевой закалкой (таблица 10). Образец нагревают и охлаждают струёй воды с одного торца, затем измеряют твёрдость вдоль образующей: чем дальше точка от торца, тем медленнее она охлаждалась. У стали 40 на расстоянии 1,5 мм от торца твёрдость 50,5–58 HRC, на 3 мм — 45,5–57 HRC, на 4,5 мм — 29–52,5 HRC, а на 6 мм верхняя граница полосы уже 37,5 HRC. Начиная с 12 мм минимальная твёрдость выражается в единицах HRB.
Две практические вещи следуют из полосы. Первая — прокаливаемость стали 40 мала: мартенсит образуется только при очень быстром охлаждении, то есть у поверхности небольших деталей. Сквозная закалка на высокую твёрдость возможна лишь в малых сечениях, а в сердцевине валов среднего диаметра после закалки образуются продукты промежуточного превращения. Вторая — полоса широкая: на 4,5 мм разброс от 29 до 52,5 HRC. Это значит, что две плавки стали 40 с разным фактическим составом в пределах стандарта могут закалиться по-разному. Для деталей, где стабильность результата важна, полосу заказывают кодом ПР1, а для сквозной закалки больших сечений выбирают легированную 40Х.
По сравнению со сталью 35 полоса стали 40 смещена вверх у торца (58 против 57 HRC по верхней границе на 1,5 мм, 50,5 против 49,5 HRC по нижней) и заметно выше по нижней границе на 6–10 мм, где у стали 35 твёрдость уже падает до HRB. Полоса стали 35 приведена на её странице.
Поверхностная закалка токами высокой частоты — основной способ получить на детали из стали 40 твёрдый износостойкий слой при вязкой сердцевине: индукционный нагрев прогревает только поверхность, и малая прокаливаемость здесь не мешает. ГОСТ 1050-2013 включает сталь 40 в перечень марок проката для закалки ТВЧ (п. 7.2.29) и предусматривает три кода ограничения обезуглероживания на сторону: 1С — не более 1,5 % диаметра или толщины, 2С — не более 0,5 %, 3С — не более 1,0 % (п. 7.2.30, для сталей с нижним пределом углерода не менее 0,30 %).
Пример: вал из круга 40 мм. По коду 1С допускается обезуглероженный слой до 0,015 · 40 = 0,60 мм на сторону, по 3С — 0,40 мм, по 2С — 0,20 мм (таблица 11). Если припуск на обработку под ТВЧ — 0,5 мм на сторону, то при коде 1С на поверхности может остаться до 0,1 мм обезуглероженного металла, который после закалки останется мягким. В таком случае заказывают код 3С или 2С либо увеличивают припуск.
Твёрдость поверхности после закалки ТВЧ для стали 40 не нормирует ни ГОСТ 1050-2013, ни EN 10083-2: европейский стандарт устанавливает такую норму для C35E (не менее 48 HRC) и C45E (не менее 55 HRC), а для C40E — нет. Поэтому требуемую твёрдость слоя для детали из стали 40 указывают в чертеже и подтверждают испытаниями. Если нужна твёрдость, гарантированная стандартом на металл, выбирают сталь 45: для неё ГОСТ 1050-2013 нормирует твёрдость после закалки не менее 46 HRC. Для поверхностного упрочнения азотированием применяют специальные стали, например 38Х2МЮА.
Сталь 40 сваривается плохо. Углеродный эквивалент по формуле Международного института сварки составляет 0,45 % даже при нижних пределах углерода и марганца, около 0,52 % для среднего состава и до 0,67 % при всех элементах на верхних пределах (таблица 16). Для сравнения: у стали 35 средний эквивалент около 0,47 %, у стали 45 — около 0,57 %. При таком уровне в зоне термического влияния легко образуется мартенсит, и без специальных мер появляются холодные трещины.
Средний состав C 0,41; Mn 0,65 %: CE = 0,41 + 0,65/6 = 0,41 + 0,108 = 0,518 ≈ 0,52 %. С остаточными элементами на пределе (Cr 0,25; Ni 0,30; Cu 0,30 %): 0,518 + 0,050 + 0,040 = 0,608 ≈ 0,61 %. Код 7.2.14 (Cr, Ni, Cu не более 0,15 % каждого) снижает верхнюю оценку примерно на 0,04 %.
Если сталь 40 всё же приходится сваривать, применяют подогрев, сварочные материалы с низким содержанием водорода, замедленное охлаждение и последующий отпуск узла; режимы подбирают по методикам стандартов на сварку с учётом толщины и фактического состава. Для сварных конструкций сталь 40 не предназначена: там используют стали с эквивалентом ниже 0,4 % — 20, 09Г2С, а из среднеуглеродистых — сталь 30.
ГОСТ ISO 898-1-2014 нормирует для болтов, винтов и шпилек не марку стали, а состав и термообработку по классам прочности (таблица 17). По составу сталь 40 проходит в классы 4.6–6.8, где углерод ограничен 0,55 %, фосфор 0,050 %, сера 0,060 %. Для класса 8.8 из углеродистой стали стандарт требует закалки и отпуска и состава с углеродом 0,25–0,55 %, фосфором и серой не более 0,025 % каждого. Сталь 40 по углероду подходит, но её базовые пределы фосфора и серы — 0,030 и 0,035 %. Значит, металл для болтов 8.8 заказывают с опцией п. 7.2.9 (не более 0,025 %) или п. 7.2.8 (не более 0,015 %) ГОСТ 1050-2013. Подробно классы прочности и выбор стали для крепежа разобраны на странице стали 35.
Для холодной высадки сталь 40 поставляют по ГОСТ 10702-2016: кремний не более 0,20 %, марганец не более 0,60 %, твёрдость термообработанного горячекатаного проката не более 163 HB, калиброванного — 197 HB, временное сопротивление после отжига — не более 590 Н/мм², зерно не крупнее № 5 и обезуглероживание не более 1,5 % диаметра (таблицы 3, 5, 6). Сталь 40 приведена также в рекомендуемом приложении ГОСТ 8479-70 на поковки; категорию прочности поковки выбирают по тексту этого стандарта.
В ГОСТ 8733-74 на бесшовные холоднодеформированные трубы стали 40 нет в таблицах механических свойств; для труб применяют другие марки, например 10, 20, 35 и 45.
Полного зарубежного аналога у стали 40 нет (таблицы 13 и 14). Ближе всего европейская C40E (1.1186) по EN 10083-2:2006: марганец 0,50–0,80 %, фосфор не более 0,030 %, сера не более 0,035 % — как у стали 40; углерод 0,37–0,44 %, то есть верхний предел на 0,01 % ниже; кремний ограничен только сверху, 0,40 %. Нормы после улучшения у C40E и стали 40 по временному сопротивлению и удлинению совпадают, по пределу текучести в сечении 40–100 мм различаются на 5 Н/мм² (таблица 12). Разновидность C40R (1.1189) отличается серой 0,020–0,040 % и соответствует стали 40 с опцией серы, базовая C40 (1.0511) допускает до 0,045 % фосфора и серы. По классификации EN C40 — качественная сталь, а C40E и C40R — специальные.
Американская SAE 1040 по SAE J403 (редакция 2001 г.) и японская S40C по документации производителей металла по стандарту JIS G4051 имеют марганец 0,60–0,90 %, сдвинутый вверх: со сталью 40 он перекрывается только в интервале 0,60–0,80 %. У S40C ещё и уже диапазон углерода — 0,37–0,43 %. Это близкие, но не тождественные марки: плавка SAE 1040 с 0,85 % марганца не соответствует стали 40, а плавка стали 40 с 0,55 % марганца не соответствует SAE 1040. EN 10083-2:2006 заменён EN ISO 683-1.
Стали 40 и 45 близки по составу — их диапазоны углерода перекрываются в интервале 0,42–0,45 %, — и разница между ними сводится к трём вещам (таблица 18).
Практическое правило: шейки валов, шлицы и другие поверхности под закалку на высокую твёрдость — 45; валы, оси и тяги, работающие с ударом, или детали, где после закалки ТВЧ важнее сопротивление трещинам, чем максимальная твёрдость, — 40. Сталь 40 сваривается чуть лучше 45 (CE около 0,52 против 0,57 %), но для сварных узлов обе марки неудобны.
Сравнение с более мягкой сталью 35 строится так же, только в обратную сторону: 35 выбирают для крепежа, высадки и деталей, где вязкость важнее прочности, а 40 — когда нужна прочность выше уровня 35 и поверхностная закалка.
Запросы «сталь 40» и «40Х» часто путают, хотя это разные классы сталей. 40Х — легированная хромом 0,80–1,10 % сталь по ГОСТ 4543-2016, сталь 40 — нелегированная по ГОСТ 1050-2013 с хромом не более 0,25 %. По углероду марки почти совпадают (0,36–0,44 % у 40Х и 0,37–0,45 % у 40), поэтому вся разница в поведении создаётся хромом: он повышает прокаливаемость, и деталь из 40Х закаливается на большую глубину и может охлаждаться в масле с меньшим риском трещин.
Как выбирать:
Отличить 40 от 40Х при входном контроле просто (таблица 19). Даже при выплавке из лома остаточный хром в стали 40 допускается не более 0,40 % с указанием в документе о качестве — вдвое меньше нижнего предела 40Х. Хром надёжно определяется рентгенофлуоресцентным анализом, в том числе портативным прибором. А вот от сталей 35 и 45 сталь 40 по составу отличается только углеродом, диапазоны которого перекрываются; здесь решают документ о качестве, маркировка и, при необходимости, оптико-эмиссионный или химический анализ по методам п. 9.1 ГОСТ 1050-2013.
Для расчёта массы проката из стали 40 используют плотность 7,85 г/см³, принятую в ГОСТ 2590-2006. Масса 1 м круга, число метров в тонне и масса прутка длиной 6 м приведены в таблице 20.
Круг: m = π · d² / 4 · 7,85 / 1000 = 0,006165 · d² кг/м. Пример: заготовка вала диаметром 45 мм и длиной 820 мм — 0,006165 · 2025 · 0,82 = 10,24 кг. Пруток 30 мм длиной 6 м — 0,006165 · 900 · 6 = 33,29 кг; в 1 т такого проката около 180 м.
Пересчёт для партии: 2,5 т круга 60 мм — это 2500 / 22,195 ≈ 113 м, то есть почти 19 прутков по 6 м.
Значения теоретические: фактическая масса отличается на величину допусков по диаметру. Режимы точения и сверления стали 40 в нормализованном и улучшенном состоянии можно подобрать в тренажёре режимов резания.
По таблице 1 ГОСТ 1050-2013 — нелегированная специальная, как и все марки от 25 до 60. Нелегированными качественными стандарт называет низкоуглеродистые марки от 05кп до 20. Слово «качественных» в названии стандарта относится к документу в целом.
ГОСТ 1050-2013 её не нормирует — норма твёрдости после закалки есть только для марок 45, 50 и 50А. По полосе прокаливаемости стали 40 у охлаждаемого торца получается 50,5–58 HRC, а уже в 6 мм от него — 26–37,5 HRC. Высокая твёрдость достижима только в поверхностном слое и в тонких сечениях.
По рекомендуемому приложению И ГОСТ 1050-2013 — с 830–870 °C в воду или масло, отпуск при 550–600 °C. EN 10083-2 для C40 даёт тот же интервал закалки. Режим для конкретной детали подбирают по сечению и форме: вода закаливает глубже, но повышает риск трещин.
Хромом. В 40Х по ГОСТ 4543-2016 его 0,80–1,10 %, в стали 40 — не более 0,25 % (до 0,40 % при выплавке из лома с указанием в документе). Хром повышает прокаливаемость, поэтому 40Х закаливается на большую глубину и подходит для крупных сечений. Отличить марки можно рентгенофлуоресцентным анализом хрома.
Если шейки или шлицы закаливают и нужна твёрдость, гарантированная стандартом, — 45 (не менее 46 HRC по табл. 8 ГОСТ 1050-2013). Если вал работает с ударной нагрузкой и важна вязкость — 40: после улучшения её KCU не менее 59 Дж/см² против 49 Дж/см² у стали 45.
Ближайший — C40E (1.1186) по EN 10083-2: совпадают марганец, фосфор и сера, нормы улучшения почти те же, верхний предел углерода ниже на 0,01 %. C40R соответствует стали 40 с повышенной серой, C40 допускает больше фосфора и серы. SAE 1040 и S40C — близкие аналоги с марганцем 0,60–0,90 %.
По углероду — да: ГОСТ ISO 898-1-2014 допускает для класса 8.8 углеродистую сталь с 0,25–0,55 % углерода после закалки и отпуска. Но фосфор и сера должны быть не более 0,025 % каждого, а базовая сталь 40 допускает 0,030 и 0,035 %. Металл заказывают с опцией п. 7.2.9 или 7.2.8 ГОСТ 1050-2013, а болты обязательно закаливают и отпускают.
Да, это одно из её основных применений: ГОСТ 1050-2013 включает сталь 40 в перечень марок проката под закалку ТВЧ и позволяет ограничить обезуглероживание кодами 1С, 2С и 3С. Твёрдость слоя после ТВЧ для стали 40 стандарты не нормируют, поэтому её задают в чертеже и проверяют на деталях.
Материал носит ознакомительный характер. Нормативные значения приведены по указанным стандартам; расчётные величины (пределы состава в готовом прокате, прирост прочности, глубина обезуглероживания в миллиметрах, критические точки, углеродный эквивалент, доля перлита, оценка твёрдости мартенсита, масса) получены по приведённым формулам и не являются нормами. Информация не заменяет действующие стандарты, конструкторскую и технологическую документацию. Перед выбором материала, назначением режимов закалки, отпуска и сварки и расчётами сверяйтесь с актуальными редакциями стандартов и сертификатами на конкретную продукцию. Автор и администрация сайта не несут ответственности за последствия использования информации без такой проверки.
ООО «Иннер Инжиниринг»