Инструментальная сталь марки 40Х5МФ: состав, свойства и сферы применения
Сталь 40Х5МФ — инструментальная штамповая сталь, предназначенная для изготовления высоконагруженных деталей штампового и прессового инструмента, эксплуатируемых при температурах до 500°C. Благодаря сбалансированному химическому составу и оптимальным механическим характеристикам, материал широко применяется в машиностроении, приборостроении и других отраслях, где требуется высокая прочность, износостойкость и термостойкость. Сталь 40Х5МФ востребована среди инженеров, технологов и снабженцев, занимающихся проектированием и производством ответственных узлов и деталей.
Краткое описание марки 40Х5МФ
Марка 40Х5МФ относится к группе инструментальных штамповых сталей, отличающихся повышенной прочностью, твердостью и устойчивостью к термическим нагрузкам. Основное назначение — изготовление деталей, работающих в условиях значительных механических и температурных нагрузок, таких как кольца, втулки контейнеров, иглы, пресс-штемпели и другие элементы штампового инструмента. После проведения нормализации и отпуска сталь приобретает высокие прочностные характеристики, что позволяет использовать ее для производства ответственных изделий.
Нормативный документ
Производство и поставка стали 40Х5МФ регламентируется техническими условиями ТУ 24-1-12-180–75. В зависимости от требований заказчика и области применения, возможна поставка в виде поковок различного сортамента. Контроль качества и соответствие химического состава, механических и физических свойств осуществляется в соответствии с действующими стандартами.
Расшифровка маркировки 40Х5МФ
Маркировка 40Х5МФ расшифровывается следующим образом:
- 40 — среднее содержание углерода в сотых долях процента (0,40%);
- Х — наличие хрома (Cr);
- 5 — содержание хрома около 5%;
- М — наличие молибдена (Mo);
- Ф — наличие ванадия (V).
Химический состав стали 40Х5МФ
Химический состав стали 40Х5МФ обеспечивает сочетание высокой прочности, износостойкости и термостойкости. Основные элементы и их массовая доля приведены в таблице:
Элемент | Содержание, % |
---|---|
Углерод (C) | 0,36–0,45 |
Кремний (Si) | 0,17–0,37 |
Марганец (Mn) | 0,5–0,8 |
Хром (Cr) | 4,5–5,5 |
Молибден (Mo) | 1,2–1,6 |
Ванадий (V) | 0,4–0,6 |
Никель (Ni) | до 0,3 |
Сера (S) | до 0,03 |
Фосфор (P) | до 0,03 |
Такой состав обеспечивает высокую прокаливаемость, устойчивость к отпускной хрупкости и хорошую износостойкость при эксплуатации в тяжелых условиях.
Механические свойства
Механические свойства стали 40Х5МФ зависят от режима термообработки и размеров заготовки. Основные показатели приведены в таблице:
Режим термообработки | Температура испытаний, °C | Предел текучести, МПа (s0,2) | Предел прочности, МПа (sв) | Относительное удлинение, % (δ5) | Относительное сужение, % (ψ) | Ударная вязкость, кДж/м2 (KCU) | Твердость, HB (HRCэ) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Нормализация (990–1010°C), отпуск 550–580°C | 20 | 1300 | 1400 | 7 | — | — | 388–444 |
Отпуск двукратный (550–560°C) | 20 | 1500 | 1600 | 7 | — | — | 45–53 (HRCэ) |
Отпуск двукратный (550–560°C) | 450 | 1250 | 1400 | 7 | — | — | — |
Отпуск двукратный (550–560°C) | 500 | 1150 | 1300 | 7 | — | — | — |
Критические точки: Ac1 — 810°C, Ac3 — 855°C. Сталь характеризуется высокой ударной вязкостью, хорошей прокаливаемостью и стабильностью механических свойств при длительной эксплуатации.
Физические характеристики
Физические свойства стали 40Х5МФ обеспечивают ее пригодность для работы в условиях высоких температур и значительных механических нагрузок:
- Плотность: 7,85 г/см3;
- Температура плавления: 1420–1460°C;
- Коэффициент линейного термического расширения: 12,5×10−6 1/°C;
- Теплопроводность при 20°C: 25–30 Вт/(м·К);
- Удельное электрическое сопротивление: 0,6–0,7 Ом·мм2/м.
Области применения
Сталь 40Х5МФ применяется в различных отраслях промышленности, где требуется высокая прочность, износостойкость и термостойкость инструмента:
- Машиностроение — изготовление штампов, пресс-форм, пуансонов, матриц;
- Автомобилестроение — производство деталей пресс-форм для кузовных элементов;
- Приборостроение — элементы прессового и штампового инструмента;
- Металлургия — рабочие элементы прокатных станов, режущий инструмент;
- Энергетика — детали, работающие при высоких температурах и нагрузках;
- Авиастроение — штампы и пресс-формы для изготовления сложных деталей.
Типы деталей, изготавливаемых из стали 40Х5МФ
Из стали 40Х5МФ изготавливают следующие виды изделий:
- Кольца и втулки контейнеров;
- Иглы и пресс-штемпели;
- Пуансонные и матричные элементы;
- Рабочие части штампов и пресс-форм;
- Сложные детали прессового инструмента, работающие при высоких температурах;
- Износостойкие элементы технологической оснастки.
Аналоги стали 40Х5МФ в других странах
Для обеспечения совместимости и замены в международных проектах приведены зарубежные аналоги стали 40Х5МФ:
Страна | Стандарт | Марка аналога |
---|---|---|
Англия | BS | 897M39 |
Германия | DIN, WNr | 1.8523, 39CrMoV13-9 |
Россия | ГОСТ | 3Х2В8Ф (ближайший аналог) |
При подборе аналогов рекомендуется учитывать различия в химическом составе и свойствах, а также требования к термообработке и условиям эксплуатации.
Преимущества и ограничения стали 40Х5МФ
Преимущества:
- Высокая прочность и твердость после термообработки;
- Отличная износостойкость и термостойкость;
- Малая склонность к отпускной хрупкости;
- Устойчивость к флокенам (микроскопическим трещинам);
- Стабильность размеров при термических циклах;
- Широкий спектр применения в различных отраслях.
- Трудная свариваемость — требуется предварительный подогрев и последующая термообработка;
- Чувствительность к перегреву при ковке и термообработке;
- Не рекомендуется для деталей, работающих при температурах выше 500°C;
- Требует строгого соблюдения режимов термообработки для достижения оптимальных свойств.
FAQ — часто задаваемые вопросы
- Можно ли сваривать сталь 40Х5МФ?
Сталь 40Х5МФ относится к трудно свариваемым материалам. Для получения качественного сварного соединения необходим предварительный подогрев до 200–300°C и последующая термообработка.
- Какой режим термообработки рекомендуется для стали 40Х5МФ?
Рекомендуется нормализация при 990–1010°C с последующим двукратным отпуском при 550–580°C для достижения максимальной прочности и твердости.
- Какие детали лучше всего изготавливать из стали 40Х5МФ?
Оптимально использовать для изготовления штампов, пресс-форм, пуансонов, матриц и других деталей, работающих при высоких нагрузках и температурах до 500°C.
- Есть ли зарубежные аналоги у стали 40Х5МФ?
Да, ближайшими зарубежными аналогами являются 897M39 (BS, Англия) и 1.8523/39CrMoV13-9 (DIN, Германия).
- Каковы основные преимущества стали 40Х5МФ?
Высокая прочность, износостойкость, термостойкость, малая склонность к отпускной хрупкости и устойчивость к флокенам.
Заключение
Сталь 40Х5МФ — оптимальный выбор для изготовления высокопрочного штампового и прессового инструмента, эксплуатируемого при температурах до 500°C. Благодаря сбалансированному химическому составу и отличным механическим характеристикам, материал широко применяется в машиностроении, приборостроении и других отраслях. Если вы ищете надежного поставщика стали 40Х5МФ — оставьте заявку на сайте компании «ОборонСпецСплав». Наши специалисты помогут подобрать оптимальный вариант для вашего производства.