一、材料概述
S40C是日本JIS G4051-2005标准下的优质碳素结构钢，属于中碳钢范畴（碳含量0.37%-0.43%）。其核心特性包括高强度良好切削性及中等冷变形塑性，同时通过热处理（如调质或正火）可显著提升综合性能。该材料在机械制造、汽车工业、船舶工程等领域广泛应用，尤其适合制造承受高负荷或表面需耐磨的零部件，如曲轴、齿轮、传动轴等。其性能优势体现在：
强度与韧性平衡
：退火态抗拉强度≥570 MPa，延伸率≥19%，兼具抗冲击能力（冲击吸收功≥47 J）。
加工适应性
：支持冷轧、锻造、切削等工艺，且表面淬火后硬度可达50-55 HRC。
成本效益
：相比高合金钢，S40C在非极端工况下具有更高性价比。
二、化学成分与分类
S40C的化学成分设计以碳为核心，辅以硅、锰优化性能，具体范围如下：
碳（C）
：0.37-0.43%（决定硬度和淬透性）
硅（Si）
：0.15-0.35%（增强脱氧能力与高温稳定性）
锰（Mn）
：0.60-0.90%（细化晶粒并提升强度）
杂质控制
：硫（S）≤0.030%、磷（P）≤0.030%，减少热脆性与冷裂风险。
该材料对应国际牌号包括美国ASTM 1040、德国DIN 1.1186及中国40#钢。根据交货状态可分为
退火态
（硬度≤187 HB）与
正火/调质态
（硬度≤217 HB），满足不同加工需求。
三、物理与机械性能
1.
物理性能
2.
密度
：7.85 g/cm³（与多数碳钢相近，轻量化优势适中）
熔点
：1420-1460℃
热导率
：51 W/(m·K)（20℃时）
线膨胀系数
：10.6×10⁻⁶/℃（20-200℃），与铸铁匹配度高。
3.
机械性能
4.
抗拉强度
：退火态≥570 MPa，淬火+回火后可提升至850-1000 MPa。
屈服强度
：≥335 MPa（退火态），适用于动态载荷场景。
延伸率
：≥19%（标距50 mm），冷加工变形率可达30%-40%。
低温韧性
：-20℃环境下冲击韧性下降幅度≤15%，适应寒冷地区应用。
四、热处理与加工工艺
1.
热处理规范
2.
正火处理
：860℃加热后空冷，细化晶粒并提升均匀性。
淬火
：840℃油冷或水冷，配合回火（600℃）消除内应力并优化韧性。
表面淬火
：高频感应加热后快速冷却，表面硬度可达50-55 HRC，芯部保持韧性。
3.
加工要点
4.
冷成型
：推荐变形量≤30%，避免过度硬化导致开裂。
焊接
：需预热150-250℃以减少冷裂风险，焊后缓冷并回火。
切削加工
：采用硬质合金刀具，切削速度较低碳钢降低20%以延长刀具寿命。
工艺警示
：淬火温度超过850℃易导致晶粒粗化，降低材料韧性；焊接时若未充分预热，焊缝区域易出现氢致裂纹。
五、核心应用领域
1.
机械制造业
传动系统
：曲轴、齿轮、链轮，承受高扭矩与周期性载荷。
连接件
：连杆、活塞杆，需兼具强度与抗疲劳性能。
2.
汽车工业
发动机部件
：凸轮轴、变速器齿轮，表面淬火后耐磨性优异。
底盘结构
：转向节、半轴，适应复杂应力环境。
3.
船舶工程
螺旋桨轴
：耐海水飞溅腐蚀与高扭矩传递。
舵机部件
：调质处理后抗冲击与抗变形能力突出。
4.
建筑与工具
高强螺栓
：用于钢结构连接，抗拉强度与延展性平衡。
模具镶块
：表面氮化处理后可延长注塑模具寿命。
