Что такое сталь 40х13

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:

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:

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.

Кстати, неофициальное название стали 40Х13 — ножевая. Несмотря на то что этот материал относительно мягок, при проведении правильной термической обработки он показывает хорошую твёрдость — 57HRC.

Ножи, выполненные с маркировкой 40х13, пользуются популярностью и домохозяек, и у охотников, рыбаков и пр. Все дело в том, что ножи, выполненные из этого материала, не ржавеют и не нуждаются в особом уходе.

Немного в заключение

Марку 40Х13 можно смело отнести к тем материалам, которые поддаются термической обработке с определёнными сложностями. В то же время, можно сказать, что в случае с этим материалом его химический состав не играет главной роли. Именно ее термическая обработки придаёт стали её уникальные свойства. При относительной мягкости она хорошо затачивается, а это особенно важно для её использования в инструментальной промышленности и быту.

Каждая из разработанных марок стали предназначена для решения определённого класса технических задач. Она имеет свой химический состав, обладает определёнными механическими свойствами. Например, сталь 40х13 относится к категории нержавеющих жаропрочных мартенситных сталей коррозионно-стойких. Иногда в обиходе её называют «ножевая». Она и её аналоги обладают схожими характеристиками. Им присущи хорошие механические свойствами, высокая стойкость к коррозии (даже в слаброагрессивных средах). Эти специфические свойства определяют область её применения.

Она выпускается в виде следующих изделий:

• прокатный лист (различной толщины);
• лента (различной ширины);
• заданный сортовой прокат;
• различной толщины проволоку.

Листовая сталь 40х13

Состав и свойства

В состав стали марки 40х13 кроме основных компонентов входят следующие химические элементы: хром (14%), углерод (не превышает 0,45%), на остальные элементы кремний и другие приходится не более 0,8%, что соответствует ГОСТ 5582-75.

Химический состав стали

Основными химическими элементами, входящими в состав, являются: железо, углерод, кремний, марганец, хром, сера и фосфор. Процент содержания углерода в этой стали (в зависимости от выпуска) изменяется в интервале 0,36-0,45%. Эту сталь относят к классу среднеуглеродистых.

Химический состав стали 40х13

Химическая микроструктура в закалённом состоянии включает в себя мартенситы, карбиды и остаточное содержание аустенита. Именно эти элементы обеспечивают хорошую коррозионную стойкость. Более высокие показатели присущи только нержавеющей стали марки 30х13.

Механические свойства

Механические свойства стали 40х13 определяются её составом и способом обработки. После проведения специальной смягчающей обработки и последующего отпуска при температуре около 740 градусов удаётся повысить предел прочности и достичь значения в 560 МПа. Эта обработка позволяет добиться относительного удлинения более 15%, что очень важно для дальнейшей механической обработки. Если это сталь горячекатаная с последующей ковкой и калибровкой, то её твердость достигает 229 НВ. После проведения процедуры закалки твердость по Роквеллу превышает 55 HRC единиц. Плотность этой марки стали равна 7,68 г/см 3 .

Механические свойства стали 40х13

После проведения последовательной закалки и постепенного низкого отпуска эта марка стали приобретает хорошие антикоррозийные свойства. Единственным ограничением в этой области является долгое применение в условиях приморской атмосферы или в солёной морской воде.

На основании приведенных физических свойств, марку 40х13 можно отнести к классу инструментальных сталей.

Область применения

Благодаря своим характерным свойствам сталь 40х13 применяется в таких отраслях промышленности как:

• авиационная;
• машиностроение (в том числе автомобилестроение);
• металлообработка;
• производство оборудование для пищевой промышленности;
• медицине;
• изготовление бытовых приборов и устройств.

При производстве вертолётов и самолётов из неё изготавливают отдельные элементы конструкции фюзеляжей.

В машиностроении и автомобилестроении её применяют для изготовления: валов, различных втулок, корпусов, лопастей турбин, игл для карбюраторов автомобильных двигателей, пружин, подшипников. Она активно используется для производства большого разнообразия метизной продукции (болтов и гаек). Кроме этого такая марка стали применяется при изготовлении измерительного инструмента, изделий, предназначенных для работы в слабоагрессивных средах при невысоких температурах (не выше 450 °С).

Особое место она занимает при производстве бытовых и медицинских режущих инструментов. При проведении качественной закалки из стали 40х13 получаются хорошие ножи и скальпели. Поэтому она получила название медицинской стали. В этом случае твёрдость этих инструментов по шкале Роквелла может достигать 58 HRC единиц. Эти инструменты хорошо поддаются заточке, они практически не ржавеют и не требуют дополнительного ухода.

Кроме этих свойств, отмечают, что эта марка металла абсолютно не флокеночувствительна.

Способы обработки

Рассматриваемая сталь подвергается двум основным видам обработки: термической и механической. Термообработка стали 40х13 применяется для придания ей соответствующих технологических свойств. Механическая – для создания требуемой формы, решения поставленных технических задач.

Подобный металл специалисты относят к той категории материалов, которые при проведении термической обработки требуют определённого специфического подхода. Именно этот вид обработки придаёт требуемые свойства.

Сталь 40х13 в печи для закаливания

Основными видами термической обработки являются:

• последовательная закалка;
• медленный отпуск после нагрева;
• горячая и холодная пластическая деформация;
• отжиг.

После проведения закалки в структуре образуются следующие компоненты:

• карбиды;
• мартенситы;
• некоторые остатки так называемых аустенитов.

Первые два способа обработки позволяют придать стали хорошую коррозийную стойкость и отличные механические свойства. Это удаётся за счёт того, что она обладает хорошей пластической деформацией. Закалка такой стали происходит с помощью постепенного нагрева до температуры более 950 °С, но не более 1100 °С. Последовательный нагрев необходим потому, что эта марка стали обладает повышенной чувствительностью к трещинам. Чтобы избежать проявления негативных последствий металлическую деталь (особенно с толщиной более 100 миллиметров необходимо нагревать более 10 минут).

Чтобы избежать появления трещин, в том числе и в глубине металла, образец подвергают так называемому отпуску. То есть, постепенному понижению температуры и выдерживанию образца при температуре до 300 °С. В этом случае сталь приобретает свои максимальные прочностные характеристики. Если температурный режим не будет выдержан, и процесс произойдёт при 450 °С, сталь потеряет свои характеристики по ударной вязкости. Наилучшие коррозийные свойства и хорошую пластичность она приобретает при соблюдении следующих параметров. Последовательный нагрев до температуры 700 °С, последующая выдержка в течение 20 минут, охлаждение в ёмкости с маслом.

В качестве смягчающей термической обработки используется так называемый отжиг. Деталь нагревается до температуры 800 °С. Далее проводят медленное охлаждение в самой печи до температуры около 500 °С.

Температура закалки и отпуска стали 40х13

В качестве альтернативы стандартному виду нагрева, для проведения термической обработки применяют нагрев токами высокой частоты. Особенно этот метод используется при необходимости проведения закалки поверхностного слоя детали. Это детали, которые входят в механизмы с узлами трения и качения, в элементы трубопроводной арматуры. Обычно такая закалка применяется только к деталям, толщина которых превышает 15 миллиметров. С её помощью удаётся добиться показателя твердости после закалки равного 36,5 HRC единиц.

Приведенные рассуждения доказывают, что марка стали 40х13 довольно критична к правилам соблюдения условий температурной обработки.

Она подвергается следующим видам механической обработки:

• сверление отверстий;
• заточка;
• фрезерование;
• ковка.

Проведение этих операций связано с определёнными трудностями:

• Упрочнение поверхностного слоя (это связано с дополнительным нагревом заготовки в момент резания или сверления).
• Проблемы с удалением отходов металлообработки (получаемая металлическая стружка образует длину узкую закрученную полоску). Это вызывает определённые неудобства при длительной обработке. Эту проблему решают с помощью установки специальных приспособлений на металлорежущий инструмент. Они производят периодический облом стружки.
• Повышенный износ режущей кромки. Это связано с повышением температуры детали в месте соприкосновения с кромкой режущего инструмента. В этом случае наличие в этой марке кристаллических соединений (карбидов и мартенситов) создаёт эффект наличия в ней абразивных элементов что приводит к быстрому износу режущей кромки.

Кроме этого возникают трудности при заточке режущих инструментов, сделанных из этой стали. В момент заточки повышается температура затачиваемой кромки и образуется так называемый металлический наплыв. Это приводит к появлению неравномерного упрочнения края затачиваемой поверхности.

Ковка, как механическая обработка, производится только при нагреве детали до температуры 1250 °С. В процессе ковки допускается понижение температуры не ниже 850 °С.

После проведение этой операции (горячей деформации) допускается только медленное охлаждение с последующим низкотемпературным отжигом.

В доступный перечень механической обработки, к сожалению, не попадает сварка. Дело в том, эта марка металла относится к категории трудносвариваемых материалов. Поэтому этот метод обработки не применяется для соединения конструкций, изготовленных из этого материала.

Существующие аналоги

Производством стали с аналогичными свойствами занимаются все развитые страны. В разных странах она имеет свою маркировку:

• в США это сталь, которая имеет маркировку AISI 420;
• в Германии аналогами нашей стали является целая линейка (от X38Cr13 до X46Cr13);
• Китай производит сталь под маркой 4С13;
• в Японии это сталь SUS 420J2;
• во Франции, тоже имеется целая линейка со схожими характеристиками. Это X40Cr14, Z33C13, Z38C13M, Z40C13, Z40C14, Z44C14, Z50C14.

Все эти аналоги имеют хорошие антикоррозийные показатели. Они могут длительное время выдерживать воздействие с такими слабоагрессивными жидкостями, как спиртосодержащие напитки, вино и даже коньячный спирт.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Материал для ножей должен иметь определенные свойства. Быть достаточно мягким, чтобы заточить, твердым, чтобы при резании не затупился. Не ржаветь, противостоять перепадам температуры, достаточно безопасным для пищевой промышленности. Необходимые качества достигаются составом и обработкой. Популярный сплав для производства ножей нержавеющий 40Х13. Он применяется в быту, промышленности, у рыболовов, охотников. Эта сталь отличается от других — невысокой стоимостью и легкостью в обслуживании. Качество материала зависит от страны производителя, чистоты сплава.

Характеристики стали

Сталь — мартенситного класса, предназначена для деталей, работающих при температурном диапазоне до 450 градусов, а также в коррозионных средах. Относится к группе Х13. Отсутствие никеля уменьшает образование карбидов, что способствует стабильности механических свойств. Количественный состав дополнительных легирующих элементов одинаков по группе. Это позволяет иметь ряд механических и химических свойств в результате применения технологии термообработки:

1. Коррозионная устойчивость.
2. Жаропрочность.
3. Жаростойкость.
4. Износостойкость.

Стойкость к коррозии обеспечивает содержание мартенсита, карбидов и остаточного аустенита в закаленном состоянии микроструктуры. Отличается повышенной устойчивостью к вибрации и знакопеременным нагрузкам, которые возникают у изделий, работающих до температуры выше 300 градусов Цельсия.

Для материала такого класса получить сочетание прочности и твердости — не просто. Чем выше твердость, тем более хрупкие становятся детали, а при нагрузках на удар они будут склонны к образованию трещин.

Термическую обработку применяют в зависимости от условий работы изделия. Для валов и осей, работающих в условиях механического и коррозионного износа во влажной среде, применяют нормализацию с выдержкой и высоким отпуском. Для изделий, подвергающихся ударным нагрузкам при эксплуатации, применяют ступенчатую закалку с высоким отпуском, количество циклов зависит от требуемой твердости поверхности.

Показатель твердости поверхности для ножа 40-60 HRC. Рабочий диапазон 52-58 HRC. Сталь 40Х13 трудно поддается закалке. Но можно добиться 57 HRC. Состояние поставки обеспечивает твердость проката до 229 HB.

Хорошо подвергается горячей деформации — ковке при режиме медленного нагрева и охлаждения. Холодная деформация ограничена.

Сплав выпускается в горячекатаном виде. Бывает листовой, фасонный, сортовой прокат, калиброванный пруток, полоса, лента, проволока.

Аналоги стали и область применения

4Х13 — старое название. Существуют зарубежные аналоги, отличающиеся чистотой сплава, отсутствием или наличием примесей.

Зарубежные аналоги разных поставщиков: американские AISI420, японские SUS420J2, французские X40Cr14, английские 420S45, итальянские X40Cr14, испанские F.3404, китайские 4C13, польские 4h23, чешские 17024. Все аналоги имеют похожие характеристики.

1. Мерительный инструмент.
2. Режущий инструмент.
3. Предметы домашнего обихода.
4. Медицинские инструменты.
5. Валы.
6. Пружины.
7. Подшипники.
8. Мерительные приспособления для ковочного производства.
9. Детали компрессорных установок.
10. Режущие ножи аппаратов для горячей штамповки.

Преимущества применения стали

Преимущества эксплуатации деталей из сплава 40Х13:

• Срок службы деталей из 40Х13 неограничен.
• Изделия показывают устойчивость к коррозии.
• Относительно невысокая стоимость сырья и готового изделия.
• Нож, изготовленный из этого материала, будет обладать достаточной гибкостью.
• Не требует регулярной заточки.
• Не тупится кромка при правильном применении.

Недостатки использования

К недостаткам деталей, изготовленных из 40Х13 можно отнести:

• Неустойчивость к агрессивным средам.
• Плохая свариваемость деталей.
• Для достижения необходимого показателя твердости необходимо применять многоступенчатую закалку с отпуском.
• Не использовать на твердой поверхности.
• Не рекомендовано хранить в сырых условиях, деталь подвергается точечной коррозии.

Появление коррозионных точек, из-за неправильного хранения, уберет повторная заточка, что относят к недостаткам и преимуществам стали.

Как изготовить нож из стали 40Х13

Технология изготовления ножа из стали 40Х13 такая же, как для других марок сталей. Если делать свой первый клинок, то сталь 40Х13 нужна, чтобы освоить технологический процесс.

Заготовка должна быть откована, желательно заданной конфигурации. Процесс ковки упрочняет структуру, что хорошо скажется на свойствах режущей части.

На поковку наносится шаблон будущего лезвия, вырезается по контуру. Резка производится только в отпущенном состоянии заготовки, с одновременным охлаждением. Нельзя допускать перегрева при резании.

Предварительно обрабатываются и затачиваются кромки, плоскость до нужных размеров, сверлятся отверстия в рукоятке для установки крепления штифтов. Производится термообработка (закалка, отпуск) для придания твердости и пластичности.

Заготовка шлифуется с обязательным охлаждением. Перегрев отпустит сталь, уменьшит прочность. Полируется до блеска.

Вывод

Безопасная и широко применяемая сталь подходит для обычных кухонных ножей. Без них не обойтись в хозяйстве — простота ухода, легкость в заточке, нержавеющие свойства. Нарезка любых продуктов не составляет никакой трудности. Достаточная твердость тела ножа, острота кромки, не слишком широкий нож — позволит тонко нарезать любой продукт.

Широко применяется для повседневной жизни — нож на кухонном столе, скальпель в руках хирурга, измерительные приспособления, пружины, валы, изделия домашнего обихода, и промышленности.