材料40Cr的性能是什么？
2020-06-24
上海荣昆金属制品有限公司
40Cr属于国标合金结构钢，执行标准：GB/T 3077-1999
40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。这是最常用的合金调质结构钢，用于制造承受中等负荷和中等速度工作条件下的机械零件，如汽车的转向节、后半轴及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等；也可经调质并高频淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、螺钉、进气阀等；也可经淬火、中温或低温回火，制造承受重负荷的零件；又适用于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和要求低温韧性好的齿轮和轴。
40Cr化学成分如下图：
40Cr机械性能如下：
抗拉强度（σb/MPa）：≥810（实际硬度25HRC时）
屈服点（σs/MPa）：≥785
断后伸长率（δ5/%）：≥9
断面收缩率（ψ/%）：≥45
冲击吸收功（Aku2/J）：≥47
布氏硬度（100/3000HBW）（退火或高温回火状态）：≤207
40Cr合金结构钢
40Cr钢特性：
40Cr钢为中等淬透性调质钢，是机械制造中应用较广泛的合金结构钢钢种之一。40Cr钢有良好的淬透性，在水淬时可淬透到直径28~60mm，油淬时可淬透到直径15~40mm。40Cr钢经调质处理后，具有良好的综合力学性能，并具有良好的低缺口敏感性和低温冲击韧性。40Cr钢在经调质处理后，常还进行表面高频淬火或氮化处理。当硬度为174~229HBS时，切削加工性能较好，相对切削加工性为60%。40Cr钢的抗拉强度、屈服强度及淬透性均比40号钢高，但焊接性有限，有形成裂纹的倾向。为了节省Cr，在一定条件下，可用40MnB、45MnB、35SiMn、42SiMn、40MnVB、42MnV、40MnMoB、40MnWB等钢种代替40Cr钢制造相应零部件。
40Cr钢执行标准：
GB/T 3077-1999
40Cr钢标准对照：
德国DIN标准材料编号1.17035/1.7045、德国DIN标准钢号41Cr4/42Gr4、英国EN标准钢号18、英国BS标准钢号41Cr4、法国AFNOR标准钢号42C4、法国NF标准钢号38Cr4/41Cr4、意大利UNI标准钢号41Cr4、比利时NBN标准钢号42Cr4、瑞典SS标准钢号2245、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、日本JIS标准钢号SCr440(H)/SCr440、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、国际标准化组织ISO标准钢号41Cr4。
40Cr钢化学成分：
碳 C ：0.37~0.44；
硅 Si：0.17~0.37；
锰 Mn：0.50~0.80；
硫 S ：允许残余含量≤0.035；
磷 P ：允许残余含量≤0.035；
铬 Cr：0.80~1.10；
镍 Ni：≤0.30；
铜 Cu：允许残余含量≤0.030
40Cr热处理规范：
淬火850℃，油冷；回火520℃，水冷、油冷。
40Cr力学性能：
抗拉强度（σb/MPa）：≥980
屈服点（σs/MPa）：≥785
断后伸长率（δ5/%）：≥9
断面收缩率（ψ/%）：≥45
冲击功（冲击值）（Akv/J）：≥47
布氏硬度（HBS 100/3000）（退火或高温回火状态）：≤207
40Cr钢应用：
40Cr常用的合金调质结构钢，用于制造承受中等负荷和中等速度工作条件下的机械零件，如汽车的转向节、后半轴及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等；也可经调质并高频淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、螺钉、进气阀等；也可经淬火、中温或低温回火，制造承受重负荷的零件；又适用于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和要求低温韧性好的齿轮和轴。
在40Cr渗碳钢中，Mo有多方面的突出作用:
例如：它大大提高零件渗碳层和心部的淬透性，有利于扩大使用尺寸和控制淬火变形；它明显抑制渗碳层中贝氏体的形成，有利于得到全马氏体组织；它使渗碳层在较宽的碳含量范围内能得到较高硬度，有利于硬化层质量的稳定；它能抑制渗碳层表面氧化等等。从而提高渗碳层的冲击断裂应力和过载加疲劳下的抗力。因此，重要用途的、高质量要求的渗碳钢一般均含有一定量的钼，尤其是对于重载的大型渗碳件更甚。此外，钼还有加快40Cr钢退火软化的作用，有利于改善切削加工性。
40Cr主要规格：
40Cr圆棒、40Cr轧棒、40Cr锻棒、40Cr锻件、40Cr锻环、40Cr板块、40Cr管
根据标准GB/T 3077-1999 对应国外标准:JIS G4053 ASTM A29/ ISO 683-18:1996[1]
化学成分
牌号 C Si Mn Cr Ni P S CU
40Cr 0.37~0.44 0.17~0.37 0.50~0.80 0.80~1.10 ≤0.030 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.030[2]
编辑本段力学性能
40Cr圆棒
试样毛坯尺寸（mm）：25 热处理： 第一次淬火加热温度（℃）：850；冷却剂：油 第二次淬火加热温度（℃）：- 回火加热温度（℃）：520；冷却剂：水、油 抗拉强度（σb/MPa）：≥980 屈服点（σs/MPa）：≥785 断后伸长率（δ5/%）：≥9 断面收缩率（ψ/%）：≥45 冲击吸收功（Aku2/J）：≥47 布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高温回火状态）：≤207[3]
编辑本段40cr介绍
【参考对应钢号】 我国GB的标准钢号是40Cr、德国DIN标准材料编号1.17035/1.7045、德国DIN标准钢号41Cr4/42Gr4、英国EN标准钢号18、英国BS标准钢号41Cr4、法国AFNOR标准钢号42C4、法国NF标准钢号38Cr4/41Cr4、意大利UNI标准钢号41Cr4、比利时NBN标准钢号42Cr4、瑞典SS标准钢号2245、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、日本JIS标准钢号SCr440(H)/SCr440、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、国际标准化组织ISO标准钢号41Cr4。 【临界点温度】 （近似值） Acm=780℃ 【正火规范】 温度850~870℃，硬度179~229HBS。 【冷压毛坯软化处理规范】 温度740~760℃，保温时间4~6h，再以5~10℃/h的冷速，降温到≤600℃，出炉空冷。 处理前硬度≤217HBS，软化后硬度≤163HBS。 【生铁屑保护摆动回火规范】 （670±10）℃×2h，随炉升温，（710±10）℃×2h，随炉降温，（670±10）℃×2h，随炉升温，（710±10）℃×2h，再随炉降温，（670±10）℃×2h，随炉升温, （710±10）℃×2h，随炉降温,共3个循环，再降温至550℃，出炉空冷。处理后硬度153HBS。 【调质处理规范】 淬火温度850℃ ±10℃，油冷；回火温度520℃±10℃，水、油空冷。[4]
40Cr调质硬度
40Cr调质以后的硬度大概在HRC32-36之间,也就是说大概HB330-380之间. 40Cr--830-860C油淬-->55HRC 150C回火--55HRC 200C回火--53HRC [5][6] 300C回火--51HRC 400C回火--43HRC 500C回火--34HRC 550C回火--32HRC 600C回火--28HRC 650C回火--24HRC
编辑本段40cr特性及用途
特性
中碳调制钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。
用途
这种钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节、后半轴以及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮、主轴、油泵转子、滑块、套环等；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm以下的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、 螺钉、螺帽、进气阀等。此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴[7]。 【 供货状态及硬度】 退火态，硬度≤207HBS。 40cr轴类零件 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零 部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。 轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项： (一)尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。 (二)几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。 (三)相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。 (四)表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。 毛坯和材料 (一)轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 (二)轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 40Cr是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。 40Cr广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，40Cr可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥40Cr优越的机械性能，常将40Cr表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。
40Cr弹性模数
40Cr弹性模数:弹性模量E(20℃) /MPa 200000～211700 ，切变模量G(20℃) 80800
编辑本段热处理工艺
淬火工艺
40Cr淬火850℃,油冷；回火520℃,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度为HRC52-60，火焰淬火能达到HRC48-55。
氮化处理
40Cr属于可氮化钢，其所含元素有利于氮化。40Cr经氮化处理后可获得较高的表面硬度，40Cr调质后氮化处理硬度最高能达到HRA72~78，即HRC43~55。 氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。软氮化是活性氮化,现在比较常用的是气体氮化.
焊接
40Cr焊接前注意预热，以防止因基体散热，造成焊缝内部激冷淬裂。焊接后调质前最好加一遍正火。 40Cr的焊接性： 结晶时易偏析，对结晶裂纹（一种热裂纹）比较敏感，焊接时容易在弧坑和焊缝中凹下的部分开裂。含碳量较高，快冷时易得到对冷裂纹很敏感的淬硬组织（马氏体组织）。过热区在冷速较大时，很容易形成硬脆的高碳马氏体而使过热区脆化。 焊接工艺要点： 1、一般在退火（正火）状态下进行焊接。 2、焊接方法不受限制 3、用较大线能量，适当提高预热温度，一般预热温度及层间温度可控制在250～300℃之间。 4、焊接材料应保证熔敷金属的成分与母材基本相同，如J107－Cr 5、焊后应及时进行调质热处理。若及时进行调质处理有困难，可进行中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间，以排除扩散氢并软化组织。 对结构复杂、焊缝较多的产品，可在焊完一定数量的焊缝后，进行一次中间退火。
交货状态
40Cr交货状态以热处理(正火、退火或高温回火)或不热处理状态交货,交货状态应在合同中注明.
编辑本段表示方法
① 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr、25Cr2MoVA合金管 ②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量＜1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字"1"，例如钢号"12CrMoV"和"12Cr1MoV"，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。 ③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。 ④高级优质钢应在钢号最后加"A"，以区别于一般优质钢。 ◆圆钢:每米重量(公斤)=0.00617×直径×直径(注:螺纹钢和圆钢相同)
编辑本段重量计算
◆扁钢:每米重量(公斤)=0.00785×厚度×边宽 ◆管材:每米重量(公斤)=0.02466×壁厚×(外径-壁厚) ◆板材:每米重量(公斤)=0.785×厚度
试样毛坯尺寸（mm）：25
热处理：
第一次淬火加热温度（℃）：850；冷却剂：油
第二次淬火加热温度（℃）：-
回火加热温度（℃）：520；
抗拉强度（σb/MPa）：≥810（实际硬度25HRC时）
屈服点（σs/MPa）：≥785
断后伸长率（δ5/%）：≥9
断面收缩率（ψ/%）：≥45
冲击吸收功（Aku2/J）：≥47
布氏硬度（100/3000HBW）（退火或高温回火状态）：≤207
