Сталь 40х для ствола

По данным различных инженерных справочников, в мире существуют несколько сотен марок сталей. Стальной сплав — это материал в основе которого лежит сплав железа и углерода. Для формирования различных свойств в состав сплава добавляют различные химические вещества. Одни добавки усиливают прочностные характеристики, другие стойкость к износу или коррозии. Благодаря хрому добавленному в расплав характеристики 40Х увеличивают способность стали к термическому упрочнению, стойкость к воздействию корродирующих факторов и абразивному износу.

Расшифровка стали 40Х

Марку 40Х, относят к конструкционным, легированным. В результате того, что в состав стали может входить от 0.36 и 0.44% углерода и от 0.8 и до 1.1% хрома, она становится трудно свариваемой. То есть, для получения качественного шва необходимо выполнить ряд дополнительных технологических операций. Перед тем как начать сварку, кромки деталей необходимо подогреть до 300 ºC. После того как шов получен, надо выполнить отжиг.

Полный состав 40Х:

Химический состав стали 40Х позволяет ее применять для производства деталей с высокими параметрами прочности. К этим деталям относят:

Аналоги

Кстати, при выборе прутка из стали 40Х в качестве основного материала, проектировщик должен помнить о том, что существует возможность применения отечественных аналогов, таких как — 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР. Среди сталей, производимых за рубежом, существуют следующие аналоги как:

• G51400, H51350 — США;

• 37Cr4, 41Cr4, 41CrS4 — Германия;

• 35Cr, 38CrA, 40Cr, 40CrA — КНР.

ГОСТ 4543-71

При производстве стали изготовители руководствуются нормами ГОСТ 4543-71. Он определяет технические условия на прокат из легированной конструкционной стали. Его нормы распространяются на такие виды проката, как слитки, поковки и пр.

ГОСТ 4543-71 даёт чёткую классификацию конструкционных легированных сталей. В соответствии с ней сталь марки 40Х относится к группе хромистых сталей.

В этом же документе определены параметры качества, то есть, определяет максимально допустимое количество примесей, которые влияют на технические характеристики конструкционной легированной стали. К таким примесям относят серу, фосфор, медь и некоторые другие.

Кстати, в этом же документе определены режимы термической обработки проката.

Термическая обработка стали 40Х

Одной из ключевых характеристик металла является твёрдость, то есть, способность сопротивляться внедрению в него других, более твёрдых материалов. От уровня твердости зависит возможность применения металла при производстве тех или иных деталей машин и механизмов.

Твердость металла оказывает непосредственное влияние на:

• Прочность;

• Стойкость к износу и ряда других.

Инженер-технолог, подбирая режимы обработки металла из стали 40Х, руководствуется, в том числе и параметрами твёрдости. Для изменения параметра твердости используют термическую обработку.

Кроме того, она необходима для улучшения механических свойств как отдельных деталей, так и конструкции в целом. В состоянии поставки твердость стали 40Х составляет 217 Мпа — по Бринелю. Для её повышения, применяют разные методы термической обработки.

В частности, для 40Х используют следующие способы закалки с применением:

• единственного хладагента;

• двух хладагентов;

• струи охладителя;

Первый способ подразумевает под собой то, что будет использоваться один тип охладителя (вода, масло и пр.).

Второй, предполагает, то, что после охлаждения заготовки в воде, ее отправляют в масло.

Третий метод основан на том, что на разогретую часть детали, направляют струю охладителя (масло, вода). Этот способ применяют в том случае, если возникает потребность в закалке определённой части детали, например, венца зубчатого колеса. Кроме того, такая технология отличается тем, что в процессе обработки не возникает «паровая» рубашка и это положительно сказывается на качестве закалки.

В процессе термической обработки возникают проблемы защиты детали от дефектов, которые могут появиться после того, как появилась окалина (следствие воздействия кислорода) или выгорания углерода. Для предотвращения этого камеру, в которой происходит нагрев заготовки, насыщают газом, являющейся продуктом сгорания метана. На самом деле защита заготовки от воздействия атмосферного кислорода — это важная задача.

Кстати, термическую обработку изделий, выполненных из стали марки 40Х, лучше всего проводить в герметически закрытой печи. Иногда, для изоляции детали от воздействия посторонних факторов во время обработки в печи применяют чугунную стружку. То есть заготовку обкладывают чугунной стружкой или крошкой.

Применение стали 40Х в промышленности и быту

Как уже отмечалось выше, 40Х относят к легированным, конструкционным материалам. Именно это позволяет её использовать в автомобильной промышленности, так из неё производят карбюраторные иглы, пружинные изделия и пр. Кроме того, из этого материала производят поковки и детали трубопроводной арматуры. Но необходимо помнить о том, что все эти детали должны пройти термическую обработку. В частности, их закаливают в масле, и в нем же отпускают.

В машиностроении сталь 40Х применяют для производства технологической оснастки, в том числе и измерительной, детали компрессоров и многое другое.

Сталь 40Х и её заменители нашли своё применение в быту. В частности, из неё производят кухонную утварь, в частности, ножи. Они легко затачиваются, не подвержены коррозии. Ножи, выполненные из этого материала, могут быть использованы при разделке любых продуктов — мяса, птицы, овощей, фруктов. Можно смело утверждать, что сталь 40Х безвредна для человеческого организма.

Именно это позволяет применять сталь марки 40Х и её производные для изготовления медицинского инструмента, к примеру, медицинских скальпелей и прочего хирургического инструмента.

Но, кроме ряда неоспоримых достоинств, сталь 40Х обладает и рядом технологических недостатков. Так, этот материал обладает невысокой стойкостью к воздействию агрессивных сред и высоким температурам.

Для получения деталей разной формы применяют различные методы металлообработки, в том числе — точение, фрезерование, шлифование. Сталь 40Х можно отнести к материалам, которые не требуют для обработки какого-либо специального инструмента.

Характеристика материала. Сталь 40Х

Сталь конструкционная легированная.Хромистая

AISI 5135,AISI 5135 H,AISI 5140,AISI 5140 H

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.

Химический состав в % стали 40Х

Температура критических точек

Механические свойства стали 40Х

Поковка ГОСТ 8479-70

Механические свойства при повышенных температурах

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Механические свойства в зависимости от сечения

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Прокаливаемость (ГОСТ 4543-71)

Полоса прокаливаемости стали 40Х после нормализации при 860 0 С и закалки с 850 0 С

Критический диаметр d

Физические свойства стали 40Х

Если Вы хотите купить сталь 40Х, уточняйте наличие и стоимость у ниших менеджеров. Конструкционная легированная хромистая сталь с содержанием углерода 0,40% и с повышенным содержанием хрома:0,8-1,5%.

Ресиверы винтовок которые должны обладать большой прочностью, также требуют много операций по обработке. Очень не просто найти сталь, которая будет служить основой для ресивера, но не будет быстро изнашивать режущие инструменты.

Некоторые оружейные статьи и описания бросаются всяческими терминологиями и марками металлов, о которых мы смутно что понимаем. Для освещения этой темы начнем с небольшой статьи.

Что такое сталь? И почему она важна в оружейном строении? Все просто, сталь это чугун с таким количеством углерода, который позволит его закаливание — но не слишком много, так как это делает будущий сплав хрупким. У стали нет пор, она состоит из кристаллов ( теперь если вы будете выбирать смазку по описанию производителей при каждой фразе " попадает в поры металла " вас будет немного дергать ). Форма, размер и положение этих кристаллов определяют их механические параметры. Кристаллы стали имеют размер и формы, а также имеют свои названия аустенит, мартенсит, цементит (карбид железа) и феррит.

Сталь может быть в смеси с другими металлами как никель, хром и вольфрам — в том числе и не с металлическими элементами как молибден, сера и кремний. Эти добавки в сплаве дают качественные характеристики, как простоту машинной обработки, сопротивляемость коррозии, защита от истирания или прочность на растяжение без хрупкости, все это будет указано в марке стали.

Ассоциация Инженеров Автомобилестроения использует простую систему обозначения, которую вы можете встретить в статьях об оружии; номера 1060, 4140 или 5150 будут давать информацию что в них содержится и в каких количествах (по таблицам АИА).

Первая цифра в марке — углерод, никель, хром и так далее. Следующие три цифры дают понять, сколько чего в них. В частности, возьмем примеры классических сталей для стволов AR платформ — 4140 против 4150.

Сталь 4140 также известна Артиллерийская сталь, была одной из ранних сплавов содержащих много элементов, использовалась в 1920 году для рам в авиастроении и автомобильных валов, помимо оружейного производства. Эта сталь имеет около 1 процента хрома; 0.25 процента молибдена; 0.4 процента углерода, 1 процент марганца, около 0.2% кремния и не больше чем 0.035 процента фосфора, как и не больше 0.04% серы. Все остальное это 94.25% остается чугуну.

Какое большое отличие между сталью 4140 и 4150? 4150 имеет 0,5% углерода в составе. Этот лишний 0,1% дает марке 4150 большую жесткость, которая делает ее более трудно обрабатываемой, но армия США желала эту износостойкость и решила что цена, оправдана.

Что-то вроде спусковой скобы не обязательно делать из высокопрочного сплава стали. Средняя сталь, легкая в обработке и относительно недорогая, отлично справится.

Большинство производителей винтовок осознают, что потребитель не готов к дополнительным тратам и использование стали 4140 для них оправданно. Проще говоря, если винтовка в калибре 30-06 имеет ствол, который даст возможность произвести 5000 точных выстрелов — что примерно три жизни среднестатистической охотничьей винтовки — кто готов заплатить двойную цену что бы продлить ее до 7500 выстрелов?

Однако стандарты SAE ( Ассоциация Инженеров Автомобилестроения ) только частично отображают всю ситуацию. Как и на каких температурах добавляются компоненты в сталь, тоже может менять свойства получаемого сплава. Для примера, болты затвора для AR-15 изготовлены из так называемой марки Carpenter 158. Это продукт компании Carpenter и вы не найдете ее в таблице SAE ( как скорее всего не найдете 3310 ). Это производственная тайна, запатентованная сталь, и если вы хотите купить ее, вы найдете ее только у производства Carpenter.

Есть ли стали, которые будут работать также и даже лучше чем Carpenter 158 на болтах AR? Скорее всего да. Этот сплав технологический продукт 1960 года, и мы многое узнали спустя столько времени, но эта сталь включена в сертифицированный список mil-spec по военным стандартам.

А что о нержавеющей стали? Разработанная до Первой Мировой Войны, нержавейка применяемая в оружии на самом деле не нержавеющая сталь. Она имеет очень большое сопротивление к коррозии, однако — не обладает таким количеством хрома, так как он на поверхности вступает в реакцию с кислородом, чтобы получился независимый слой оксида хрома, который защищает металл от окисления.

Нержавеющие стали имеют свое предназначение, в основном они 400 марок, и 416 сталь очень популярна среди производителей, так как легко обрабатывается, как и углеродная сталь.

Алюминий используется в двух сплавах: 7075 и 6061. Алюминий марки 6061 часто называют " авиационным алюминием " он содержит небольшое количество кремния, меди, марганца, молибдена и цинка. Алюминий 7075 намного более прочный сплав и имеет большее количество меди, марганца, хрома и цинка.

Даже, скорее всего слишком прочный чем нужно, но причина использования 7075 над 6061 это производство ресиверов в платформах AR, в частности речь о сопротивлению к коррозии. Ранние тестирования в Юго-Восточной Азии показали, что человеческий пот, в сочетании с высокими температурами и влажностью джунглей, просто съедает 6061 алюминий. Когда 7075 безразличен к ним.

Закаленные болты затвора, очень-очень прочные, и сложны в машинной обработке. Некоторые фирмы изготавливают их цельными, но большинство производств поняли как делать прочные затворы их из двух частей.

Алюминий слишком мягкий чтобы использовать его просто так. Чтобы упрочнить его свойство, производители используют процесс известный как анодировка ( анодирование ). Они скидывают много алюминиевых деталей в емкость с кислым электролитом и проводят электричество через него. В результате чего, ускоряют формирование природных оксидов которые упрочняют поверхность.

Оксиды имеют поры, поэтому часто используют изоляционный материал. По стандартам mil-spec для этого используют ацетат никеля, черный цвет получается от использования красителя ( естественный цвет после анодировки остается таким же "алюминиевым" ).

Что это все значит для стрелков? Ну, теперь у вас есть больше представлений, о чем оружейные компании (и оружейные магазины) говорят, когда дают характеристики металла при описании оружия и другой продукции.

Часто встречаемые оружейные металлы

Сталь 1020 и 1520 = Часто встречаемая сталь, обычная холоднокатаная сталь. Вы ее найдете на спусковых скобах, крышках магазинов, механических прицелах, антабках и других стальных аксессуарах.

Сталь 4140 = Артиллерийская сталь или хромомолибденовая сталь, имеет 0,4% углерода и по настоящему прочная одновременно являясь эффективной по затратам в машинной обработке. Вы найдете ее на стволах, ресиверов затвора и аксессуарах подверженных большому стрессу как например, дульные модераторы и т.д.

Сталь 4150 = Схожая с артиллерийской сталью, но с содержанием углерода поднятым до 0,5 процента. 4150 лучше в использовании при серьезных нагрузках, и чаще всего можно найти в стволах AR по стандартам mil-spec.

Сталь 41V45 = Хромомолибденовый вариант, он имеет небольшой процент ванадия. Этот сплав используется в стволах получаемых холодной ковкой.

Сталь 8620 = Это много компонентная сталь, имеет в составе никель, хром, молибден, с 0,2% углерода. Литые ресиверы изготавливаются из этого сплава так как она очень хорошо заполняет матрицы ( формы ), чистый в обработке и в конце получается очень-очень прочной сталью.

Сталь 316 = Также известная как нержавейка Морской Пехоты, хорошо сопротивляется коррозии из-за добавок молибдена не легко закаляется. Используется для спусковых скоб и крышек магазина.

Сталь 17-4 = Сплав с 17% хрома и 4% никеля. 17-4 без всяких сложностей закаляется и используется в стволах, болтах затвора и ресиверах.

Алюминий 6061 = Авиационный алюминий, избранный за свою легкость и простоту обработки в сложных деталях. Крышки магазина на охотничьих винтовках, кольца кронштейны для прицелов, спусковые скобы, буферные трубки на AR-15 ( трубка на прикладе ) изготавливаются из алюминия 6061.

Алюминий 7075 = Намного прочнее 6061, этот сплав используется в верхних и нижних ресиверах AR-15, некоторые бренды работающие по стандартам mil-spec изготавливают буферные трубки и некоторые цевья. В mil-spec известен как 7057-T6; последняя часть отображает способ термической обработки, который сплав получает при формировании.