Блог о заточке. Отличные свойства при правильной термообработке 40х13 сталь расшифровка

Сталь - это сплав нескольких химических элементов . Как правило, он создаётся в определённых целях и с узким спектром использования.

Сталь 40×13 не ржавеет в любых погодных условиях, подходит для изготовления бытовых приборов, ножей и посуды. Не содержит вредных химических веществ, то есть её можно безопасно использовать в пищевой отрасли и промышленности.

Ещё одним плюсом является высокая жаропрочность, а также устойчивость к коррозийным эффектам. Эти особенности сплав приобретает в результате закаливания из-за специального технологического процесса изготовления. Во время этого происходит полное растворение карбида, именно поэтому вещество не вступает в химические реакции с окружающими.

Характеристики

Удобство использования такого материала обусловлена ещё и тем, что сталь изготавливается в печи открытого типа с температурным режимом от 850 до 1200 градусов, поэтому материал полностью деформируется и может быть залит в совершенно различные формы . Переменность системы охлаждения и нагревания позволяет создать изделие без дефектов, трещин и каких-то неровностей.

Составляющие после закаливания:

карбидные частицы,
мартенситы,
остаточные аустениты.

Последний элемент влияет на жёсткость полученной стали: чем выше температура закаливания, тем ниже жёсткость/твёрдость. Именно поэтому, если требуется сталь для ножей (мягкую сталь в ножах точить намного проще и удобнее), то идеальной температурой закаливания будет 1050 градусов и выше.

Применение

Раньше этот материал использовался для изготовления советских и недорогих кухонных ножей . К сожалению, из-за своей низкой стоимости они отличались сравнительно плохим качеством (из-за заводов-изготовителей ножей, а не стали), но для обычных бытовых и кухонных целей подходили отлично. Таким ножом с лёгкостью можно было разделывать курицу, другие мясные блюда, но самый главный плюс - безопасность для здоровья. Никакого риска заразиться какой-нибудь химической болезнью, используя сталь 40×13, просто не существует.

Отдельная сфера применения - авиамоделирование. В самолётостроении нельзя, чтобы материал, из которого изготавливаются важные составляющие части, сильно электрифицировался и подвергался различной коррозии, ведь на кону человеческие жизни. Конструкторы не стали бы использовать низкокачественную сталь, поэтому данный факт станет ещё одним плюсом. Но самый частый способ употребления - изготовление различных составляющих деталей. Высокая прочность и возможность использования в механизмах, работающих на износ, делают материал главным составляющим .

Стоит заметить, что медицинские скальпели изготавливаются именно из вышеуказанного сплава, что подтверждает информацию про безопасность для человеческого организма. Ещё из этой стали производят различные технические приспособления: подшипники, пружины, элементы для измерительных систем, детали компрессора и многие необходимые в повседневной жизни вещи.

Одним из главных минусов является тот факт, что использовать эту сталь для сварки категорически нельзя . При резком изменении температуры она теряет многие свои свойства, начинает ржаветь, разрушается кристаллическая решётка.

Любой материал, в том числе и сталь, обладает определёнными свойствами, которые присущи только ему. Специалисты, занимающиеся разработкой новых сортов стали, прилагают максимум усилий для получения оптимальных свойств и характеристик. Это в полной мере относится и к стали 40Х13.

Основные характеристики

Сталь 40Х13, иногда её обозначают как 4Х13, относят к коррозионно-стойким, жаропрочным маркам. Отечественным заменителем является сталь 30Х13. В химический состав этого материала входят:

углерод до 0,45%;
хром до 14%;
остальные материалы (кремний, марганец и пр.) до 0,8%.

Такой состав позволяет изготавливать из этой стали следующую продукцию:

режущий и мерительный инструмент;
медицинский, в том числе и хирургический инструмент;
элементы конструкций, работающих в слабых агрессивных средах.
пружины, крепёжные изделия, валы подшипники, способные работать в агрессивных средах, в том числе и при температурах до 450 ºC.

Этот материал получают в открытых печах. Чаще всего применяют индукционные печи. Плавку стали производят при температурах от 850 до 110 градусов цельсия. Такой режим обеспечивает её полную деформацию. Для предотвращения образования трещин и других дефектов применяют различные температурные режимы, применяемые попеременно. Кстати, для применения деталей из марки 40Х13 в агрессивных средах, в целях повышения её стойкость к коррозионному воздействию, рекомендуется шлифовать их поверхность.

Сталь этой марки недопустимо применять для создания конструкций с применением любых видов сварки.

Аналоги

Среди импортных аналогов стали марки 40х13 можно назвать следующие:

США - 420;
Германия - 1.4031;
КНР - 4С13.

ГОСТ

Металлургическая промышленность выпускает следующий сортамент — лист (ГОСТ 5582-75), пруток ГОСТ 18907-73, проволоку (ГОСТ 18143-72).

Термообработка стали

Свои уникальные свойства, в частности, повышенную стойкость к коррозии, марка 40Х13 получает в результате сложной термической обработки.

После закалки, составляющими компонентами стали 40Х13 являются:

карбиды;
мартенситы;
остатки аустенитов.

Надо отметить, что при температуре порядка 1050 ºC сталь теряет свою твердость. Это вызвано в первую очередь тем, при таком режиме растёт количество аустенита. Но при понижении температуры до 500 ºC твёрдость возвращается. Это обусловлено тем, что происходит удаление карбидов из структуры стали.

Финишная термообработка (закалка) производится при температуре 950 - 1000 ºC, с последующим охлаждением в масле или на воздухе. При соблюдении всех технологических режимов сталь получить требуемую твёрдость и коррозионную стойкость.

Технологические свойства стали 40Х13

Марка 40Х13 обладает хорошей технологичностью при проведении пластической деформации в горячем состоянии. Ее проводят при температуре от 850 до 1100 ºC. Но надо помнить что при резком нагреве, сталь может потерять ряд своих уникальных свойств, например, твердость. Именно поэтому процедуру нагрева необходимо проводить с небольшой скоростью. По достижении температуры 830 ºC можно выполнять прокат или ковку. Охлаждение стали необходимо также проводить медленно.

Сталь 40Х13 плохо подвергается холодной деформации.

Ряд характеристик коррозионно-стойкой и углеродистой стали во многом схожи, в частности, в твёрдости. Но они имеют различную микроструктуру и это приводит к появлению определённых сложностей в процессе механической обработки.

Основные сложности, возникающие при точении и фрезеровании стали марки 40Х13 это:

упрочнение, возникающие в процессе резания;
удаление отходов обработки;
ускоренный износ режущего инструмента.

Дело в том, что при обработке 40х13 резанием, стружка не ломается как у большинства углеродистых сталей, а завивается в виде длинной стружки. Для решения этой проблемы на режущий инструмент устанавливают специальные приспособления - стружколомы.

Низкая теплопроводность хороша при использовании 40Х13 на практике, но создаёт определённые сложности при точении. То есть в месте обработки резко поднимается температура, вследствие чего происходит образование наклёпа и неравномерное упрочнение поверхности. Такое свойство стали приводит к снижению ресурса режущего инструмента и увеличению обработки детали.

Еще одно свойство 40Х13 - это наличие в ее составе карбидных и других соединений, имеющих микроскопический размер. Их наличие делает сталь неким подобием абразива, который выводит режущий инструмент из строя и это приводит к замедлению обработки.

Для эффективной обработки нержавейки применяют режущий инструмент, на поверхность которого наносят карбид вольфрама и другие упрочняющие покрытия.

Применение стали 40Х13

Уникальные свойства стали этой марки позволили применять её в авиастроении. Дело в том, что эта отрасль постоянно нуждается в материалах, которые обладают высокой прочностью во время работы при высоких температуре, например, в авиационном двигателе. Кроме того, в современной авиационной технике детали, выполненные из этой стали, применяют в силовых элементах конструкции фюзеляжа и пр.

Сталь У8 принадлежит к классу углеродистых эвтектоидных сталей. В исходном состоянии - после ковки или прокатки и охлаждения на воздухе её структура состоит из чистого пластинчатого перлита. Термическую обработку таких сталей делают в два приёма: предварительная и окончательная обработка. Первая заключается в отжиге на зернистый перлит при температуре 750—760 °С. Такая структура, во-первых, облегчает механическую обработку, во-вторых - после закалки свойства будут более однородными. Особенность закалки углеродистых сталей, в том числе У8 , недопустимость даже малейшего замедления при закалке из-за очень высокой критическую скорости. Могут образоваться мягкие пятна.

Для стали У8 применяют прерывистую закалку. Чтобы её осуществить раскалённую деталь помещают сначала в воду, и вслед за тем, переносят в масло, где происходит окончательное охлаждение. Таким образом, удаётся избежать появления мягких пятен, но из-за уменьшения скорости охлаждения на последнем этапе снижаются структурные напряжения. Закалку стали У8 производят при 780 °C, а температура отпуска - 400 °C.

Гарантированный результат при соблюдении параметров

Сталь 40Х13 хорошо переносит горячую пластическую деформацию, которая проводится в температурном интервале 1100-860 °С.
Сталь склонна к образованию трещин при быстром нагреве или охлаждении. Поэтому нагрев до 830-ти °С применяют медленный, а после деформации охлаждение в песке или в печи.

После горячей деформации применяются промежуточный отжиг при температурах от 740-ка до 800 °С или полный отжиг в интервале от 810-ти до 880 °С с медленным охлаждением не больше, чем 25-50 °С/ч до 600 °С.

Закалка 40Х13 в интервале от 950 до1050 °С применяется как окончательная термическая обработка. Охлаждение - на воздухе или в масле. Далее делается отпуск с учетом заданной твердости и коррозионной стойкости. Для стали 40Х13 , применяемой в качестве заготовки для хирургических инструментов, делают ступенчатую закалку с 1030-1040 °С с охлаждением в щелочном растворе при 350 °С. Это нужно, чтобы уменьшить коробление и повысить упругие свойства.

К термообработке стали 40Х предъявляют особые требования. Время охлаждения деталей из этой стали в воде или на воздухе или в воде должно быть небольшим из-за её склонности к отпускной хрупкости и хладноломкости. Наличие хрома уменьшает критическую скорость закалки и предотвращает рост зерна. Температура мартенситного превращения стали 40Х ниже, прокаливаемость её выше, чем у простой углеродистой ст.40. В результате ее отпуск производится при более высокой температуре.
Сталь 40Х относится к группе улучшаемых. Её эксплуатационные характеристики действительно улучшаются в результате правильного термического воздействия. Благодаря ему, механические характеристики стали выше, чем у целого ряда конструкционных сталей. При сохранении достаточно высокой вязкости и пластичности, эта сталь является одной из наиболее прочных.

Многие мастера задумываются о том, как . В первую очередь речь идет, конечно же, о стали. В последнее время российский рынок наводнила дешевая китайская продукция. Металл низкого качества часто красиво выглядит, но отличается мягкостью. Для того чтобы металлический инструмент был пригоден к применению, сталь должна быть твердой. Эта проблема обычно успешно решается при помощи соответствующей термической обработки - закалки.

Для чего нужна закалка и отпуск стали

Главный минус этих методов заключается в том, что они непригодны для использования дома. Тем не менее часто возникают ситуации, когда изделия из стали, купленные в специализированном магазине, нуждаются в дополнительной обработке, а именно в укреплении. с последующим отпуском необходима, потому что:

Чаще всего для изготовления изделий, необходимых в быту, используется металл марки АЦ40ХМ. Для машиностроения чаще всего применяется марка 40ХГМ. Для изготовления хирургических инструментов - металл марки 40х. Закалка металла в домашних условиях, при соблюдении всех технологий, не менее эффективна, чем укрепление стали на производстве.

Во время работы с металлом, особенно при высоких температурах и при наличии источников открытого огня, следует безукоризненно соблюдать технику безопасности. Это касается как рабочего в сталелитейном цехе, так и домашнего мастера.

Эксперты категорически не рекомендуют закалять сталь с использованием химических веществ, так как есть риск получить серьезные ожоги или тяжелое отравление. Дома лучше всего использовать термический способ укрепления стальных изделий, когда молекулы металла плотнее притягиваются друг к другу благодаря активному выделению тепловой энергии. Все работы нужно проводить на открытом воздухе или в специально оборудованном помещении.

Основные преимущества

Закалять металл можно и самостоятельно. Главное - не забыть об отпуске металла, который нужно обязательно провести после закалки и нормализации температуры. Иногда эта процедура также называется «отжиг». Большой популярностью пользуется процедура укрепления металла при помощи масла или так называемая «закалка в двух средах» - в воде и масле. Но человеку, не имеющему опыта, не стоит браться за закалку с использованием горячих жидкостей, так как при нарушениях техники безопасности можно получить серьезную травму.

Отсутствие отпуска металла после закалки часто приводит к тому, что из-за резкого перепада температур металл становится тверже, но более хрупким и ломким. Если закаливание происходит на заводе, процедура отпуска происходит в полном соответствии с нормативами ГОСТ.

Вот основные преимущества закаливания стали в домашних условиях:

Если в качестве источника открытого огня используется костер, закаливание стали нужно проводить в безветренную погоду, чтобы случайный порыв ветра не стал причиной пожара. Нужно обязательно защитить глаза специальными очками, так как длительное наблюдение за ярким пламенем может отрицательно сказаться на зрении. Также необходимо надеть спецодежду, сделанную из материала, устойчивого к возгоранию.

Как сделать крепче топор

Для улучшения качества металла, из которого сделано лезвие топора, можно легко закалить его в домашних условиях. Лучше всего поддаются закалке колюще-режущие изделия из . Также не должно возникнуть проблем с изделиями из металла марки 40×13. Повысить твердость лезвия можно, просто опустив его в костер. Опытные мастера легко определяют степень закалки по цвету опущенного в него топора. Обычно изделие из стали 40х сначала становится ярко-красным, а потом цвет постепенно начинает бледнеть. Окраска металлического лезвия меняется в зависимости от температуры нагревания примерно следующим образом:

Ярко-красный цвет, когда изделие нагрелось до 300 градусов;
Оранжевый цвет при температуре около 400 градусов;
Насыщенная желтая окраска при нагревании до 500−600 градусов;
Светло-желтый, почти белый цвет на заключительном этапе, когда температура накаливания достигает примерно 750−800 градусов.

Как закалить стальной нож

Термическая обработка стальных ножей, ножниц или хирургических инструментов может осуществляться в муфельной печи. Такая печь хорошо подходит для изделий небольшого размера из стали марки 40х. Некоторые умельцы также используют для этой цели газовую горелку, но такой способ не отличается безопасностью, так как может произойти возгорание.

Основное преимущество муфельной печи заключается в том, что в ней можно осуществлять не только закалку, но и отпуск. Сконструировать это несложное устройство для термообработки металла можно своими руками. Закалка стали в домашних условиях в муфельной печи является безопасным способом повышения твердости металла без применения химических веществ (например, азота). Чтобы закалить нож из стали 40х, его нужно поместить в печку, пока она еще не нагрелась.

Поставить печь на режим постепенного нагрева до необходимой температуры;
Несколько раз порезать сургуч стальным ножом;
Проделать то же самое, но при постепенном снижении температуры;
Когда нож остынет, аккуратно очистить его от остатков расплавленного сургуча.

Такой способ часто используют хирурги для закаливания стальных скальпелей в домашних условиях. Также муфельную печь нередко применяют для укрепления металлических деталей, используемых при сборке и ремонте легковых и грузовых автомобилей.

Закаливание металла - прекрасный способ продлить срок годности металлического изделия. Конечно, лучше сразу приобретать закаленные детали и инструменты. Но если такой возможности нет, можно легко повысить твердость материала самостоятельно. При наличии определенных навыков и базовых познаний в области металлургии хороший хозяин без труда справится с этой важной задачей. Главное - соблюдать технику безопасности и не забывать о таком важном этапе закаливания, как отпуск или отжиг.

Одним из наиболее востребованных материалов в сфере человеческой деятельности является сталь. Сплав железа и углерода обладает уникальными техническими характеристиками, благодаря которым и обеспечивается универсальность этого материала. И в числе лучших находятся технические характеристики стали 40х13, из-за чего она используется в довольно большом количестве производственных процессов.

Маркировка стали

Для того, чтобы понять характеристики, присущее представленному материалу, необходимо разобраться, что означает ее маркировка. В мире существует большое количество сталей, все отличаются своими свойствами. Причем каждый день может выпускаться новая марка материала. Поэтому следует разобраться с аббревиатурой продукта.

Сталь 40х13 является легированной, то есть в ее составе, помимо углерода и железа, находятся другие активные элементы. В данном случае содержится хром: об этом говорит буква Х в маркировке. Его процентное содержание 1,3 процента. Но технические характеристики стали 40х13 зависят главным образом от количества углерода, содержащегося в ней. В данном случае в материале имеется 0,40 процентов элемента с порядковым номером 6.

Производство легированной стали

Технология производства легированной стали включает в себя несколько этапов, которые в основном выполняются в электродуговых печах:

Очищение железной руды.
Выплавка стали.
Внедрение дополнительных добавок.

В первую очередь железную руду очищают: избавляют от чужеродных компонентов главным образом серы, фосфора. Этот процесс осуществляется в открытых плавильных печах с применением технологии внепечной обработки. Процесс рафинирования – удаление из состава мышьяка и примеси цветных металлов. Он осуществляется посредством вакуумной плавки.

Следующий этап изготовления легированной марки стали состоит непосредственно в выплавке стального изделия. Для этого сырье в электродуговой печи разогревают до температуры от 400 до 600 градусов. Во время плавления железо превращается в чугун, который обладает неустойчивой кристаллической решеткой. Посредством ее стабилизации и получают сталь.

Для этого в камеру подается кислород, который, сгорая, выбрасывает в атмосферу печи углерод. Он, перемешиваясь с железом, преобразует чугун в сталь. После этого в сырье добавляют разнородные добавки (в нашем случае хром). В результате кристаллическая решетка металлопродукции уплотняется еще сильнее, и получается легированный продукт.

Технические характеристики

Следующий за выплавкой легированной марки стали следует процесс закалки и отпуска образца. Закаливание образца осуществляется при температуре 1100 градусов. После этого важно соблюсти постепенный отпуск, иначе образец покроется трещинами. Чтобы этого не допустить, это мероприятие проводится при температуре 600 градусов.

Благодаря такому процессу изготовления конечный продукт обладает такими техническими характеристиками:

Временное сопротивление разрыву – 1140 МПа.
Условный предел текучести при остаточной деформации – 910 МПа.
Относительное удлинение – 12,5 процента на пятикратную длину образца.
Ударная вязкость – 12 Дж/.

Данные характеристики позволяются использоваться материал в различных сферах человеческой деятельности.

Применение

В промышленности нашлось широкое применение стали 40х13. Главным образом она используется в среде с повышенной влажности. Содержащийся в ней хром усиливает антикоррозийные свойства, полученные от обычной закалки.

Представленная марка обладает хорошими показателями пластичности: при температуре более 1000 градусов легко поддается деформациям. Данный материал активно применяется при производстве режущего и измерительного инструмента, предметов домашнего обихода.

Характеристики стали 40х13 позволили использовать ее при производстве деталей машин, главным образом подшипников и частей компрессоров. Главное условие использования готовых элементов – температура рабочей среды не должна превышать 400 градусов. В строительстве материал практически не используется, ибо не сваривается.

Антикоррозийные показатели и их влияние на применение стали

Сталь 40х13 ГОСТ обладает отличительными показателями коррозийной стойкости. Она достигается за счет закалки изделия с температуры, при которой обеспечивается полное растворение карбидов. Но, если после термической обработки повысить температуру отпуска, произойдет снижение показателей устойчивости к коррозии из-за улетучивания хрома из материала. Снижение параметров случается при температуре отпускания выше 600 градусов.

Вследствие этого, дабы получить более выгодные технические характеристики стали 40х13, ее необходимо отпускать при температурах от 200 до 300 градусов, чтобы получить высокие показатели твердости и устойчивости к коррозии, либо при температуре 600-650 единиц по Цельсию – для преобразования продукта в сталь конструкционного назначения.