一、材料概述
S40C是日本JIS G4051-2005標(biāo)準(zhǔn)下的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬于中碳鋼范疇（碳含量0.37%-0.43%）。其核心特性包括高強(qiáng)度良好切削性及中等冷變形塑性，同時(shí)通過(guò)熱處理（如調(diào)質(zhì)或正火）可顯著提升綜合性能。該材料在機(jī)械制造、汽車工業(yè)、船舶工程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，尤其適合制造承受高負(fù)荷或表面需耐磨的零部件，如曲軸、齒輪、傳動(dòng)軸等。其性能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：
強(qiáng)度與韌性平衡
：退火態(tài)抗拉強(qiáng)度≥570 MPa，延伸率≥19%，兼具抗沖擊能力（沖擊吸收功≥47 J）。
加工適應(yīng)性
：支持冷軋、鍛造、切削等工藝，且表面淬火后硬度可達(dá)50-55 HRC。
成本效益
：相比高合金鋼，S40C在非極端工況下具有更高性價(jià)比。
二、化學(xué)成分與分類
S40C的化學(xué)成分設(shè)計(jì)以碳為核心，輔以硅、錳優(yōu)化性能，具體范圍如下：
碳（C）
：0.37-0.43%（決定硬度和淬透性）
硅（Si）
：0.15-0.35%（增強(qiáng)脫氧能力與高溫穩(wěn)定性）
錳（Mn）
：0.60-0.90%（細(xì)化晶粒并提升強(qiáng)度）
雜質(zhì)控制
：硫（S）≤0.030%、磷（P）≤0.030%，減少熱脆性與冷裂風(fēng)險(xiǎn)。
該材料對(duì)應(yīng)國(guó)際牌號(hào)包括美國(guó)ASTM 1040、德國(guó)DIN 1.1186及中國(guó)40#鋼。根據(jù)交貨狀態(tài)可分為
退火態(tài)
（硬度≤187 HB）與
正火/調(diào)質(zhì)態(tài)
（硬度≤217 HB），滿足不同加工需求。
三、物理與機(jī)械性能
1.
物理性能
2.
密度
：7.85 g/cm3（與多數(shù)碳鋼相近，輕量化優(yōu)勢(shì)適中）
熔點(diǎn)
：1420-1460℃
熱導(dǎo)率
：51 W/(m·K)（20℃時(shí)）
線膨脹系數(shù)
：10.6×10??/℃（20-200℃），與鑄鐵匹配度高。
3.
機(jī)械性能
4.
抗拉強(qiáng)度
：退火態(tài)≥570 MPa，淬火+回火后可提升至850-1000 MPa。
屈服強(qiáng)度
：≥335 MPa（退火態(tài)），適用于動(dòng)態(tài)載荷場(chǎng)景。
延伸率
：≥19%（標(biāo)距50 mm），冷加工變形率可達(dá)30%-40%。
低溫韌性
：-20℃環(huán)境下沖擊韌性下降幅度≤15%，適應(yīng)寒冷地區(qū)應(yīng)用。
四、熱處理與加工工藝
1.
熱處理規(guī)范
2.
正火處理
：860℃加熱后空冷，細(xì)化晶粒并提升均勻性。
淬火
：840℃油冷或水冷，配合回火（600℃）消除內(nèi)應(yīng)力并優(yōu)化韌性。
表面淬火
：高頻感應(yīng)加熱后快速冷卻，表面硬度可達(dá)50-55 HRC，芯部保持韌性。
3.
加工要點(diǎn)
4.
冷成型
：推薦變形量≤30%，避免過(guò)度硬化導(dǎo)致開裂。
焊接
：需預(yù)熱150-250℃以減少冷裂風(fēng)險(xiǎn)，焊后緩冷并回火。
切削加工
：采用硬質(zhì)合金刀具，切削速度較低碳鋼降低20%以延長(zhǎng)刀具壽命。
工藝警示
：淬火溫度超過(guò)850℃易導(dǎo)致晶粒粗化，降低材料韌性；焊接時(shí)若未充分預(yù)熱，焊縫區(qū)域易出現(xiàn)氫致裂紋。
五、核心應(yīng)用領(lǐng)域
1.
機(jī)械制造業(yè)
傳動(dòng)系統(tǒng)
：曲軸、齒輪、鏈輪，承受高扭矩與周期性載荷。
連接件
：連桿、活塞桿，需兼具強(qiáng)度與抗疲勞性能。
2.
汽車工業(yè)
發(fā)動(dòng)機(jī)部件
：凸輪軸、變速器齒輪，表面淬火后耐磨性優(yōu)異。
底盤結(jié)構(gòu)
：轉(zhuǎn)向節(jié)、半軸，適應(yīng)復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境。
3.
船舶工程
螺旋槳軸
：耐海水飛濺腐蝕與高扭矩傳遞。
舵機(jī)部件
：調(diào)質(zhì)處理后抗沖擊與抗變形能力突出。
4.
建筑與工具
高強(qiáng)螺栓
：用于鋼結(jié)構(gòu)連接，抗拉強(qiáng)度與延展性平衡。
模具鑲塊
：表面氮化處理后可延長(zhǎng)注塑模具壽命。
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