Как закалить сталь 40х13

Обновлено: 09.05.2024

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:

Коррозионная устойчивость.
Жаропрочность.
Жаростойкость.
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.

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.

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.

Мерительный инструмент.
Режущий инструмент.
Предметы домашнего обихода.
Медицинские инструменты.
Валы.
Пружины.
Подшипники.
Мерительные приспособления для ковочного производства.
Детали компрессорных установок.
Режущие ножи аппаратов для горячей штамповки.

Отзывы

Широкий круг потребителей отзывается об изделиях из данного материала положительно. Люди отмечают полное отсутствие ржавчины на всём протяжении работы с инструментом, а также высокую прочность. Производство этой марки занимает важное место в металлургии России, второе место по количеству объёмов, изготовляемых в год. Долговечность материала отмечают многие потребители. Прочность не заставляет покупателя мучиться над постоянной починкой и заточкой, если речь идёт о кухонном ноже, или над заменой различных деталей в механизмах. Грубо говоря, люди приобретают изделия из этого материала по следующим причинам:

долговечность,
высокая прочность,
низкая стоимость.

Обрабатывать лезвия кухонных ножей из материала этой марки не составляет труда. Достаточно использовать обычный точильный камень, который должен быть в каждом доме. Металл отличается своей мягкостью (в пределах разумного), поэтому прикладывать много сил, чтобы его наточить, не приходится. Дополнительной фишкой является то, что изделие остаётся острым длительное время.

Нельзя не отметить, что изделия не нуждаются в тщательном уходе, разве что придётся их своевременно точить (если речь идёт про ножи). В остальном же изделие достаточно купить, а служить оно будет долго, главное — не работать с твёрдыми поверхностями, так как лезвие ножей достаточно сильно гнётся при серьёзных физических нагрузках.

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.

Термическая обработка, закалка сталь 45, сталь 40Х

Название сплава расшифровывается как хромоникелевая конструкционная легированная сталь. За качество стали 40ХН отвечает ГОСТ 4543-71, который относит его к классу высокопрочных сталей для применения в конструкционных целях (хромоникелевый стальной сплав с легирующими элементами). То есть для получения изделий, применяемых при машиностроении и строительстве. Внедрение никеля в состав сплава — улучшает показатель химической устойчивости.

Данный факт впервые был представлен общественности во Франции химиком Жозефом Луи Прустом в 19-ом веке. Он выдвинул теорию о том, что железные метеориты практически не поддаются процессу коррозии из-за входящего в их состав никеля.

Механические свойства стали 40ХН

Спустя два десятка лет с того момента, Майкл Фарадей впервые изготовил сплав с соединениями железа и никеля, который отличался высокой устойчивостью к процессу коррозии. Однако получить сплав с улучшенными характеристиками по упругости, антикоррозийными свойствами и прочностью к механическому воздействию удалось лишь после химического вывода ковкого никеля. По характеристикам 40ХН имеет большую устойчивость к коррозийному процессу за счет добавления в состав хрома, который также усиливает прочностные свойства стали.

Состав 40ХН

40 ХН – сталь, имеющая в составе такие элементы как углерод – в процентном соотношении от 0,36% до 0,44% (один из самых важных элементов), марганец от 0,5% и вплоть до 0,8%, вкрапления никеля в соотношении от 1% до 1,4%, порошок кремния от 0,17% до 0,37%, элементы серы и фосфора – каждый из которых не превышает 0,035%, также соединения хрома от 0,45 до 0,75% и добавление 0,3% меди. Сталь 40ХН относится к высококачественным легированным сталям в первую очередь из-за содержания фосфора и серы менее 0,36% в процентном соотношении.

Химический состав стали 40ХН

Общие данные

Заменитель

Сталь 40ХФ, Сталь 40ХР, Сталь 45Х, Сталь 38ХА, Сталь 40ХН, Сталь 40ХС,

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7414-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74.Полоса ГОСТ 82-70, ГОСТ 103-76, ГОСТ 1577-81.Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 13663-68.

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.

Изготовленная деревянная ручка устанавливается на штифтах. Ее клеят на эпоксидный клей, шлифуют до гладкости, чтобы хорошо сидела в руке, обрабатывают маслом. Масло защищает от влажности, придает деревянной ручке красивый вид. Окончательная шлифовка режущей кромки лезвия. Удобный и практичный нож готов.

Закалка стали 40Х

Выполнять закалку следует с учетом особенностей металла, так как технология повышения твердости поверхности создается на основании состава материала. В некоторых случаях провести закалку можно в домашних условиях, но стоит учитывать, что сталь относиться к труднообрабатываемым материалам и для придания пластичности нужно проводить сильный нагрев до высоких температур при помощи определенного оборудования.

В данном случае рассмотрим особенности нагрева стали 40Х для повышения пластичности и проведения закалки или отпуска.

Закалка и отпуск стали 40Х13

Нержавеющая сталь 40Х13, химический состав которой должен соответствовать требованиям ГОСТ 5632, производится в сортаменте катаных прутков и листов по ГОСТ 5949. Специфические особенности эксплуатации этой стали обуславливают повышенный уровень требований к качеству её термической обработки.

Закалка стали 40Х13

Состав, свойства и применение

Сталь 40Х13 отличается повышенным содержанием хрома (от 12 до 14%), при минимально допустимом процентном содержании марганца (до 0,8%). Никель, обычно добавляемый в стали мартенситного класса, в данной стали отсутствует. Это уменьшает опасность образования карбидов по границам зёрен, и способствует стабильности механических характеристик.

Приводимый далее комплекс механических свойств позволяет относить данный материал к сталям повышенной жаропрочности:

при температуре в 200 °С постоянной эксплуатации изделий, изготовленных из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 960 МПа, при пределе текучести 830 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 500 кДж/м 2 ;
при температуре в 400 °С постоянной эксплуатации изделий, изготовленных из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 795 МПа, при пределе текучести 685 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 750 кДж/м 2 .

Технологические свойства 40Х13

Таким образом, эта сталь отличается повышенной стойкостью против вибраций и знакопеременных нагрузок, возникающих в узлах и деталях оборудования, эксплуатационные температуры которого превышают 300…350 °С. К числу таких деталей относятся мерительные приспособления, используемые в ковочно-штамповочном производстве, ответственные детали компрессорных установок, пружины, нагретые до 75 °С. Иногда из данного материала производят и деформирующие инструменты, например, отрезные ножи горячештамповочных автоматов.

Все перечисленные области применения требуют от материала повышенной прочности и твёрдости. Между тем относительно сталей мартенситного класса это сочетание получить довольно трудно, поскольку при повышенной твёрдости изделия становятся достаточно хрупкими, и при ударных нагрузках склонны к трещинообразованию.

Выбор оптимального режима термической обработки

В зависимости от конкретных производственных условий, сталь термически обрабатывают по двум вариантам:

Нормализацией при температуре выдержки 1050…1100 °С, с последующим высоким отпуском с 600…650 °С. Нормализация стабилизирует структуру стали, снижает количество остаточного аустенита, и улучшает обрабатываемость на металлорежущих станках. Это позволяет использовать такую технологию термообработки для получения заготовок ступенчатых валов и осей, работающих преимущественно в средах с повышенной влажностью, а также в условиях коррозионно-механического износа.
Ступенчатой закалки с высоким отпуском. Продолжительность и количество циклов закалки зависит от требуемой поверхностной твёрдости и конечной микроструктуры. Закалка стали 40Х13 по такому способу выполняется для изделий, которые в процессе своей эксплуатации периодически подвергаются ударным нагрузкам.

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагреве

При выборе режима термообработки необходимо учитывать, что сталь 40Х13 штампуется при температурном интервале 950…1150 °С: именно в этом диапазоне материал обладает максимальной ковкостью.

Во всех случаях сталь перед обработкой подвергают отжигу. Это связано со следующими особенностями:

наличием карбидов хрома, которые образуются в процессе горячей прокатки заготовок. Они сосредотачиваются на границах зёрен вокруг основной, более пластичной структуры;
присутствием цементита, который по структуре и размерам зерна отличается от любого их карбидов хрома. Это вызывает остаточные напряжения растяжения, снижающие прочность;
опасности избыточного количества остаточного аустенита, который также повышает твёрдость и снижает пластичность;
склонности данной стали к деформационному упрочнению во время пластической деформации.

Опытным путём установлено, что для получения оптимальной макроструктуры режим отжига должен быть следующим: нагрев до 690…730 °С, с выдержкой до полного прогрева сечения детали и последующим охлаждением вместе с печью до 500…550 °С (далее – на воздухе). Конечная структура – зернистый перлит, которые положительно выделяется своей стабильностью, равновесностью и наличием мелкого зерна.

Технология термообработки

Нормализация стали 40Х13 применяется реже, в основном, после горячей штамповки/ковки, когда слиток или заготовка нагревались до максимально возможных температур. При длительном нагреве ускоряется рост зерна, что нежелательно с точки зрения трудоёмкости при окончательной обработке изделий. Нормализация, однако, необходима, если нормализованная и отпущенная деталь имеет сложную форму, с многочисленными перепадами в поперечных сечениях, а также при наличии острых углов и кромок.

Главная цель закалки — обеспечить достаточный процент мартенсита в стали. Такие требования выдвигаются, если деталь при эксплуатации будет испытывать значительные рабочие напряжения. Максимально достигаемая твёрдость после закалки – обычно 50…55 НRC. Обеспечивается это следующим режимом термобработки: закалкой с 1000…1050 °С в масло, с последующим низким — при 230…280 °С – отпуском.

В связи с низким температурным интервалом термообработки нагрев производят в печах скоростного нагрева, имеющих системы высокоточного автоматического контроля температуры.

Особые требования к соблюдению технологических режимов закалки стали 40Х13:

При сильном нагреве практически все материалы изменяют свои физические характеристики. В некоторых случаях нагрев проводится целенаправленно, так как подобным образом можно улучшить некоторые эксплуатационные качества, к примеру, твердость. Термическая обработка на протяжении многих лет используется для повышения твердости поверхности стали. Выполнять закалку следует с учетом особенностей металла, так как технология повышения твердости поверхности создается на основании состава материала. В некоторых случаях провести закалку можно в домашних условиях, но стоит учитывать, что сталь относиться к труднообрабатываемым материалам и для придания пластичности нужно проводить сильный нагрев до высоких температур при помощи определенного оборудования. В данном случае рассмотрим особенности нагрева стали 40Х для повышения пластичности и проведения закалки или отпуска.

Круг из стали 40Х

Сталь 40Х

Как ранее было отмечено, для правильного проведения закалки и отпуска стали следует учитывать ее состав и многие другие особенности. Выбрать правильно режимы термической обработки можно с учетом следующей информации:

Рассматриваемая сталь относится к конструкционной легированной группе. Легированная группа характеризуется содержанием большого количества примесей, которые определяют изменение эксплуатационных качеств, в том числе твердости.
Используется в промышленности при создании валов, осей, штоков, оправок, реек, болтов, втулок, шестерней и других деталей.
Показатель твердости до проведения термической обработки HB 10 -1 = 217 Мпа.
Температура критических точек определяет момент, при котором сталь 40Х начинает терять свои качества из-за термической обработки: c₁= 743 , Ac₃(Ac_m) = 815 , Ar₃(Arc_m) = 730, Ar₁ = 693.
При температуре отпуска 200 °С HB = 552.

Расшифровка стали 40Х говорит о том, что в составе материала находится 0,40% углерода и 1,5% хрома.

Процесс закалки

Процесс обработки высокой температурой стали 40Х и иного сплава называют закалкой. Стоит учитывать, что нагрев выполняется до определенной температуры, которая была определена путем многочисленных испытаний. Время выдержки, после которого проводится охлаждение, а также другие моменты можно узнать из специальных таблиц. Провести нагрев в домашних условиях достаточно сложно, так как в рассматриваемом случае нужно достигнуть температуры около 800 градусов Цельсия.

Химический состав стали 40Х

Результатом сильного нагрева и выдержки металла 40Х на протяжении определенного времени с последующим резким охлаждением в воде становится повышение твердости и уменьшение пластичности. При этом результат зависит от нижеприведенных показателей:

скорости нагрева металла 40Х;
времени выдержки;
от скорости охлаждения.

При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска

При выборе метода разогрева поверхности следует обратить внимание на ТВЧ. Этот метод более популярен, чем обычная объемная обработка по причине достижения необходимой температуры за более короткое время.

В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.

Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:

разогревается электропечь;
следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
завершающим этапом становится охлаждение в ванной с водой или другой жидкостью.

Определить самостоятельно момент, после которого следует охладить металл, в промышленных и домашних условиях невозможно. Именно поэтому по проведенным исследованиям было принято, что для нагрева металла в электропечах необходимо 1,5-2 минуты на один миллиметр, после чего структура может быть перегрета.

Определение твердости проводится по методу Роквелла. Улучшение, проведенное путем отпуска или закалки, можно измерить при помощи обозначения HRC. Стандартное обозначение HR, к которому проводится добавление буквы в соответствии с типом проведенного испытания. Обозначение HRC наиболее часто встречается, последняя буква означает использование алмазного конуса с углом 120 0 при испытании.

Отпуск и нормализация

Отпуск проводится непосредственно сразу после завершения закалки, так как есть большая вероятность возникновения трещин в структуре. Разогревается изделие в этом случае до точки ниже критической, проводится выдерживание на протяжении определенного промежутка времени и выполняется охлаждение. Отпуск обеспечивает улучшение структуры, устраняет напряжение и повышает пластичность, устраняет хрупкость стали 40Х.

Различают три вида рассматриваемой термообработки:

Низкий отпуск определяет разогрев поверхности до 250 °С с выдержкой и охлаждение на воздухе. Применяется для снятия напряжений и незначительного повышения пластичности практически без потери твердости. В случае конструкционного сплава применяется крайне редко.
Средний отпуск позволяет нагревать изделие до 500 °С. В этом случае вязкость значительно повышается, а твердость снижается. Используют этот метод термообработки при получении пружин, рессор и некоторого инструмента.
Высокий позволяет раскаливать деталь до 600 °С. В этом случае происходит распад мартенсита с образованием сорбита. Подобная структура представлена лучшим сочетанием прочности и пластичности. Также повышается показатель ударной вязкости. Используют этот метод термообработки для получения деталей, применяемых при ударных нагрузках.

Еще одним видом распространенной термообработки является нормализация. Зачастую нормализация проводится путем разогрева металла до верхней критической точки с последующей выдержкой и охлаждением в обычной среде, к примеру, на открытом воздухе. Проводят нормализацию для придания мелкозернистой структуры, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости.

Описание стали 40Х13 и ее обработка

Порой качество режущего инструмента зависит вовсе не от бренда, а от особенностей термообработки металлического сплава. Сталь марки 40Х13 — это тот самый случай. Она считается одной из самых востребованных марок на рынке, её отличает устойчивость характеристик при эксплуатации в самых разных средах.

Состав и расшифровка

Сталь марки 40Х13 всегда считалась одной из лучших. Такое мнение сложилось из-за того, что сплав представляет собой коррозионностойкий материал. Он позволяет изготовить ножи, дающее максимально острый рез за счет бритвенной заточки и тонкого лезвия. Неслучайно из этого сплава всегда делали скальпели и некоторые другие медицинские инструменты.

В соответствии с действующим ГОСТом, маркировка стали несёт в себе информацию об основных характеристиках металла:

число «40» означает долю углерода, одного из основных элементов любого стального сплава, придающего ему необходимую степень твердости (концентрация этого элемента варьируется в диапазоне от 0,36 до 0,44%);
«Х» указывает на введение легирующей добавки (хрома);
«13» обозначает долю хрома, она составляет 12-14%.

Присутствие хрома придает сплаву стойкость к агрессивным воздействиям рабочей среды, а его концентрация свыше 13% делает металл нержавеющим. Кроме того, хром оказывает воздействие на структуру и химические свойства стали.

По своему составу этот материал относится к группе среднеуглеродистых. Помимо хрома и углерода, он содержит:

кремний – до 0,8%;
марганец – 0,5-0,8%;
медь и никель – по 0,3%.

Присутствие никеля повышает параметры пластичности и прочностные характеристики материала. Кремний вводят для улучшения упругости и электрического сопротивления сплава. Как и во многих других железосодержащих сплавах, здесь имеются незначительные примеси серы и фосфора в концентрации 0,025-0,03%.

Плюсы и минусы

Среди основных преимуществ стали 40Х13 выделяют:

повышенную жаропрочность;
коррозионную стойкость.

Это материал не окисляется даже в соленой воде. Именно поэтому сплав востребован при производстве ножей для дайверов. Тем не менее, клинкам требуется постоянный уход. Если лезвие будет часто находиться в сырости, то рано или поздно оно начнет покрываться ржавым налетом. Помимо достоинств, сталь 40Х13 имеет и свои недостатки. Так, режущая кромка довольно мягкая: она хорошо поддается заточке, но при этом довольно быстро начинает тупиться. Поэтому охотником или путешественникам придется постоянно затачивать свой инструмент.

Химический состав и структура стали 40Х13 позволяют материалу выдерживать различные типы механической обработки. Хотя, как показывает практика, при этом нередко возникают определённые сложности. Из-за дополнительного нагревания в ходе сверления повышается прочность поверхности. Это делает процесс более трудоемким и затратным. При контакте с деталью из-за повышения температуры снижаются параметры износостойкости режущей кромки. При затачивании ножей может появиться металлический наплыв, который нарушает равномерность кромочной поверхности.

Определенные минусы возникают при фрезеровании:

необходимость в выведении отходов обработки;
быстрое изнашивание режущих поверхностей;
стружка, формирующаяся в ходе резания.

Это связано с тем, что в ходе обработки сталей методом резания стружка не ломается, а начинает завиваться форме удлиненной спирали. Именно поэтому приходится использовать дополнительные инструменты — стружколомы. Еще один недостаток связан с гибкостью ножей. Поэтому разрезать ими твердые поверхности не рекомендуется.

Наконец, сталь 40Х13 недостаточно устойчива к агрессивным средам и воздействию высокотемпературных режимов, поэтому сварка для этого материала категорически запрещена, особенно в домашних условиях.

Характеристики и свойства

Как и любая другая сталь, 40Х13 имеет свои физико-химические свойства: класс, свариваемость, магнитные свойства, твердость по Роквеллу и другие. Остановимся на них подробнее.

Физические

Физические характеристики стали 40Х13 во многом обусловлены химическим составом и структурой сплава:

твердость после проведения закалки – в диапазоне 460-550 МПа;
предел кратковременной прочности в зависимости от предназначения сплава составляет 55-880 МПа;
предел текучести при 20 градусах – 910 МПа;
относительное удлинение при разрыве – 10-15%;
ударная вязкость – 59 Дж/кв. см;
модуль упругости при 20 градусах – 2,18 МПа;
плотность – 7650 кг/м3.

Это мартенситная сталь из группы ферромагнетиков, поэтому она магнитится. Материал отличается пластичностью, он легко поддается вальцеванию. В ходе дополнительной термообработки изменяется структура стали. Как следствие, она приобретает новые механические характеристики. После проведения закалки и низкотемпературного отпуска материал приобретает повышенную устойчивость к коррозии в обычных атмосферных условиях, в слабокислотных растворах, а также в воде, за исключением морской. Чтобы придать устойчивость к агрессивным составам, поверхности подвергают шлифованию.

Низкая теплопроводность всегда считалась преимуществом любых стальных сплавов. Однако в процессе точения она создает сложности: в месте обработки резко возрастает температура. Как результат, образуется наклеп и происходит неравномерное упрочнение металлической поверхности.

Ещё одна особенность сплава марки 40Х13 — присутствие в её составе микроскопических карбидов. Эти вещества выполняют роль некоего абразива и ведут к выводу режущих поверхностей из строя. Всё это вызывает необходимость частой заточки инструмента.

Механические

После прохождения специальной закалки сплав 40Х13 приобретает устойчивость к окислению. На этом этапе полностью растворяются карбиды и создаётся антикоррозионная пленка. Любое снижение стойкости к коррозии может быть объяснено пониженной концентрацией хрома в карбиде либо понижением температуры плавления. Если весь процесс был проведён технологически верно, то подобного явления не должно возникнуть.

Плавка осуществляется при температурных воздействиях от 850 градусов. Этого достаточно для 100% деформирования сплава. Чтобы предотвратить растрескивание, технологический процесс предусматривает поочередное проведение нагрева и охлаждения.

Сортамент и аналоги

Технико-эксплуатационные свойства стали устанавливаются действующим нормативом ГОСТа 5632-72. Он распространяется на весь жаропрочный тонколистовой прокат. Сортамент металлоизделий, выпускаемых из этого типа стали, включает несколько групп проката:

прутки – ГОСТ 18907-73;
листовая сталь и полоса – ГОСТ 5582-75;
проволока – ГОСТ 18143-72.

Существуют аналоги сплава. Среди наиболее известных зарубежных марок выделяют:

AISI 420 — США;
Terraria 1.4031 — Германия;
4С13 — Корея.

Наибольшее распространение получил американский сплав ножевой стали марки 420. Его состав максимально похож на 40Х13. В сочетании с недорогой стоимостью этот продукт составляет серьезную конкуренцию отечественным материалам. К тому же качество термообработки зарубежного аналога превышает российское. Именно поэтому по некоторым своим характеристикам отечественные материалы отстают от импортных.

Применение

Листы стали 40Х13 имеет самое широкое применение. На сегодняшний день такая сталь наиболее востребована для изготовления кухонных ножей в бюджетной ценовой категории. Домохозяйки любят их за простоту ухода, поскольку при соблюдении стандартных правил они практически не ржавеют и при этом лезвия длительное время сохраняют свою остроту. Такой нож может разрезать любые продукты: овощи, фрукты, а также мясо и рыбу. Ножи из этого сплава популярны среди дайверов, туристов, водолазов и рыбаков. К тому же они используются для создания сувенирных клинков и могут стать настоящим украшением коллекции холодного оружия благодаря своему декоративному внешнему виду.

Однако сфера применения сплава 40Х13 этим не ограничивается. Из неё изготавливают:

скальпели медицинские;
пружины;
подшипники;
непрерывнолитые заготовки;
измерительные приспособления;
маникюрные инструменты;
компрессорные элементы и многие другие предметы, имеющие бытовое назначение.

Уход за такими инструментами имеет свои правила:

нельзя на длительное время оставлять их в стерилизаторах или во влажной среде;
тщательно просушивайте изделия после каждого использования, время от времени смазывайте машинным маслом (за исключением медицинского инструмента и ножей для разделки пищевых продуктов);
полируйте поверхность после каждой заточки: это снизит риск окисления;
при дезинфекции растворами типа «Ламинол» промывайте изделия водой для устранения остатков химических препаратов, иначе их агрессивные компоненты приведут к ускорению коррозионных процессов.

Термообработка

Термическая обработка сплавов заключается в последовательности операций, включающих нагрев, выдержку и дальнейшее охлаждение стали при определенных температурных режимах. От этого во многом зависят внутренняя структура материала и его технико-эксплуатационные характеристики. Именно поэтому температура для проведения закалки и отпуска подбирается индивидуально, с учетом особенностей использования обрабатываемого сплава.

Так, по требованиям ГОСТа 4543-71 закалка стали производится при температуре в 860 градусов, последующий отпуск — при 500 градусах в кипящем масле. Эта обработка придает сплаву повышенную прочность на разрыв и твёрдость. А если температурный режим будет изменён, то понизится параметр ударной вязкости. Для отжига прибегают к нагреву до 750-800 градусов с последующим медленным охлаждением при температуре в 500 градусов в печи. Завершается охлаждение на открытом воздухе. Такой подход способствует образованию равновесной структуры сплава. В температурном диапазоне от 850 до 1100 градусов сталь приобретает высокие технологические характеристики при пластической деформации. Если охлаждение и нагрев будут слишком быстрыми, то всегда велик риск появления внутренних напряжений, которые приводят к растрескиванию материала. Но и слишком медленное охлаждение может привести к неблагоприятным последствиям: оно вызывает хрупкость сплава.

Если сталь используется для производства скальпелей и других хирургических инструментов, её закаливают при температуре в 1020-1040 градусов. Отпуск выполняют при 350 градусах в щелочи. Подобный подход многократно увеличивает прочностные характеристики и упругость изделий. Ещё одним видом термообработки является нагрев деталей высокочастотными токами. Такой способ востребован при необходимости закалить только поверхностный слой. Это особенно актуально для производства деталей, испытывающих интенсивные нагрузки вследствие раскачивания или трения.

Благодаря обработке такими токами твердость изделия повышается до 36,5 HRC.

Читайте также: