Сталь 40х13 твердость по роквеллу

Обновлено: 19.04.2024

Сталь 40Х относится к конструкционным легированным сталям и применяется для изготовления следующих деталей:

  • оси,
  • валы,
  • вал-шестерни,
  • плунжеры,
  • штоки,
  • коленчатые и кулачковые валы,
  • кольца,
  • шпиндели,
  • оправки,
  • рейки,
  • зубчатые венцы, болты,
  • полуоси,
  • втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

Расшифровка стали 40Х

Число 40 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 40Х равно 0,4%.
Буква Х указывает среднее содержания хрома до 1,5%.

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

C, углерод Mn, марганец Si, кремний P, фосфор S, сера Cr, хром Ni, никель Cu, медь As, мышьяк
0,36-0,44 0,5-0,8 0,17-0,37 не более 0,25 не более 0,04 не более 0,035 не более 0,25 не более 0,25 не более 0,08

Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)

Марка стали Массовая доля элементов, %
C Si Mn Cr Ni Mo Al Ti V B
40Х 0,36-0,44 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 — — — — — —
  1. В стали 40Х допускается массовая доля остаточных элементов, не более: вольфрама — 0,20 %, молибдена — 0,11 %, ванадия — 0,05 % и остаточного или преднамеренно введенного титана (за исключением стали марок,
    перечисленных в примечании 1 настоящей таблицы) — не более 0,03 %.
  2. Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 ГОСТ 4543-2016.

Твердость по Бринелю ГОСТ 4543-2016

Твердость по Бринеллю металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном
(ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим
высоким отпуском (Н+ВО), диаметром или толщиной свыше 5 мм должна соответствовать нормам,
указанным в таблице

Марка стали Твердость НВ, не более
40Х 217

Примечание: Согласно ГОСТ 4543-71 твердость калиброванного проката в отожженном или высокоотпущенном состоянии, а также горячекатаного проката в нормализованном с последующим высоким отпуском состоянии может быть на 15 единиц НВ больше.

Свариваемость

Трудносвариваемая.
Способы сварки:

  • РДС (ручная дуговая сварка), ЭШС (электрошлаковая сварка). Необходимы подогрев и последующая термообработка.
  • КТС (контактная сварка) — необходима последующая термообработка.

Применение стали 40Х для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали НД на поставку Температура рабочей среды (стенки), °С Дополнительные указания по применению
40Х
ГОСТ 4543		 Поковки ГОСТ
8479.
Сортовой прокат
ГОСТ 4543		 От -40 до 450 Для несварных узлов арматуры с
обязательным проведением
термообработки (закалка и высокий
отпуск) при температуре рабочей
среды (стенки) ниже минус 30°С до
минус 40°С

Применение стали 40Х для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)

Допускается применять крепежные изделия из сталей марки 40Х при температурах ниже минус 40°С до минус 60°С, если при испытании на ударный изгиб образцов типа 11 по ГОСТ 9454 при рабочих отрицательных температурах ударная вязкость не будет ниже 300 кДж/м (3 кгс·м/см ) ни на одном из испытуемых образцов.

Применение стали для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали НД на
поставку		 Температура
рабочей
среды, °С		 Дополнительные
указания по
применению
40Х
ГОСТ 4543		 Сортовой
прокат ГОСТ
4543, ГОСТ 1051		 От -40 до 450 Применяются после
улучшающей
термообработки (закалка
и высокий отпуск)

Применению стали 40Х для деталей арматуры и пневмоприводов, не работающих под давлением и не подлежащих сварке, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур

Марка стали Закалка + отпуск при
температуре, °С		 Примерный уровень
прочности, Н/мм
(кгс/мм 2 )		 Температура
применения не ниже,
°С		 Использование в
толщине не более, мм
40Х 500 1000(100) -60 30

Стойкость стали 40Х против щелевой эрозии

Группа
стойкости		 Балл Эрозионная
стойкость по
отношению к
стали 12X18H10T
Пониженной
стойкости		 4 0,15-0,25

Применение стали 40Х для изготовления основных деталей арматуры атомных станций

Марка стали Вид полуфабриката
или изделия		 Максимально
допустимая
температура
применения, °С
40Х
ГОСТ 4543		 Поковки. Крепеж 500

Технологические свойства

  • Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
  • Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,2 и Kv б.ст = 0,95 в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σв = 610 МПа.
  • Флокеночувствительность — чувствительна.
  • Склонность к отпускной хрупкости — склонна.

Механические свойства стали 40Х по ГОСТ 4543-2516

Механические свойства металлопродукции, определяемые при температуре 20°С (-10/+15°С) на продольных термически обработанных образцах или образцах, изготовленных из термически обработанных заготовок, должны соответствовать нормам, указанным в таблице

Режим термической обработки Закалка Температура, °С 860
Среда охлаждения Масло
Отпуск Температура, °С 500
Среда охлаждения Вода или масло
Механические свойства, не менее Предел текучести σт, Н/мм 2 785
Временное сопротивление σв, Н/мм 2 980
Относительное удлинение δ5, % 10
Относительное сужение Ψ, % 45
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 59
Размер сечения заготовок для термической обработки (диаметр круга или сторона квадрата), мм 25

Механические свойства по ГОСТ 4543-71 при нормальной температуре

Предел текучести σт, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 785(80);
Временное сопротивление σв, Н/мм 2 (кгс/мм 2 ), не менее — 980(100);
Относительное удлинение δ5, %, не менее — 10;
Относительное сужение Ψ, %, не менее- 45;
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2 (кгс*м/см 2 ), не менее — 59(6);

Ударная вязкость KCU

Термообработка KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
+20 -20 -40 -70
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 650 °С 160 148 107 85
Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 580 °С 91 82 — 54

Механические свойства

ГОСТ Состояние поставки Сечение, мм КП σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HB, не более
не менее
ГОСТ 4543-71 Пруток. Закалка с 860 °С в масле, отпуск при 500 °С, охл. в воде или в масле 25 — 780 980 10 45 59 —
ГОСТ 8479-70 Поковка:
нормализация 500-800 245 245 470 15 30 34 143-179
300-500 275 275 530 15 32 29 156-197
закалка+отпуск 500-800 275 275 530 13 30 29 156-197
нормализация До 100 315 315 570 17 38 39 167-207
100-300 14 35 34
закалка+отпуск 300-500 315 315 570 12 30 29 167-207
500-800 11 30 29
нормализация До 100 345 345 590 18 45 59 174-217
100-300 345 17 40 54
закалка+отпуск 300-500 14 38 49
До 100 395 395 615 17 45 59 187-229
100-300 15 40 54
300-500 13 35 49
До 100 440 440 635 16 45 59 197-235
100-300 14 40 54
До 100 490 490 655 16 45 59 212-248
100-300 13 40 54

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость НВ
101-200 490 655 15 45 59 212-248
201-300 440 635 14 40 54 197-235
301-500 345 590 14 38 49 174-217

Примечание: Закалка с 840-860 °С в масле; отпуск при 580-650 °С, охл. на воздухе.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

tотп. °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HB
200 1560 1760 8 35 29 552
300 1390 1610 8 35 20 498
400 1180 1320 9 40 49 417
500 910 1150 11 49 69 326
600 720 860 14 60 147 265

Примечание: Закалка с 850 °С в воде.

Механические свойств при повышенных температурах

tисп. °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % Ψ, % KCU, Дж/см 2
Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 550 °С
200 700 880 15 42 118
300 680 870 17 58 —
400 610 690 18 68 98
500 430 490 21 80 78
Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, кованый и отожженный; скорость деформирования 5 мм/мин; скорость деформации 0,002 1/с
700 140 175 33 78 —
800 54 98 59 98 —
900 41 69 65 100 —
1000 24 43 68 100 —
1100 11 26 68 100 —
1200 11 24 70 100 —

Термообработка ГОСТ 4543-71

Термообработка ГОСТ 4543-71 легированной стали 40Х


Примечание: Размер сечения заготовки для термической обработки
(диаметр круга или сторона квадрата), мм, не менее — 25.

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

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

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:

  1. 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.
  2. 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

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:

Сталь 40Х13 коррозионностойкая

Цифра 40 указывает среднюю массовую долю углерода в стали сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 40Х13 составляет 0,40%.

Буква Х указывает, что сталь легирована хромом (Cr), цифра 13 после буквы указывает, что средняя массовая доля хрома составляет 13%.

Вид поставки

  • Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88
  • Калиброванный пругок ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75.
  • Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76.
  • Проволока 18143-72.
  • Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.

Характериситики, свойства и применение

Сталь 40Х13 является хромистой коррозионностойкой (нержавеющей) сталью мартенситного класса и применяется для изготовления деталей работающие при температуре до 400-450°С, а также деталей, работающие в коррозионных средах, например:

  • режущий инструмент,
  • мерительный инструмент,
  • пружины для работы до 400-450°C;,
  • карбюраторные иглы,
  • предметы домашнего обихода,
  • клапанные пластины компрессоров и другие детали

Cталь 40Х13 выплавляется в индукционных или дуговых печах. Сталь склонна к образованию горячих трещин при больших скоростях нагрева и охлаждения. При нагреве металл сажают в печь при температуре 500-540 °С, далее вместе с печью медленно нагревают до 830 °С. После выравнивания температуры по сечению можно вести ускоренный нагрев;

Cталь деформируется. Температура начала горячей деформации 1100°С, конца 850 °С. После деформации обязательно медленное охлаждение в стопе или песке;

Температура критических точек, °С

Химический состав, % (ГОСТ 5632-72)

C Si Mn Cr S Р Ti Cu Ni
не более не более
0,36-0,45 0,8 0,8 12,0-14,0 0,030 0,025 0,2 0,30 0,6

Химический состав, % (ГОСТ 5632-2014)

Номер марки Массовая доля элементов, %
Углерод Кремний Марганец Хром Железо Сера Фосфор Коррозионно-
стойкая
Не более
1-17 0,36-0,45 Не более 0,80 Не более 0,80 12,00-14,00 Осн. 0,025 0,030 +

Термообработка

Рекомендуемые режимы термической обработки:

  • I — отжиг при 740-780 °С;
  • II — закалка с 1030-1100°С на воздухе или в масле, отпуск при 550-650 °С;
  • III — закалка с 1050-1100°С в масле, отпуск при 200-300 °С.

При проведении термической обработки следует учитывать возможность самопроизвольного растрескивания детали при длительном вылеживании, поэтому отпуск проводится сразу после закалки.

ГОСТ Состояние поставки Сечение, мм σв, МПа δ5, % Твердость
не менее
ГОСТ 5949-75 Пруток.Закалка с 1000-1050 °С в масле;
отпуск при 200-300 °С, охл. на воздухе или в масле		 Образцы — — Не менее HRCэ 52
ГОСТ 18907-73 Пруток:
шлифованный, обработанный
на заданную прочность
отожженный		 1-30
tотп, °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HRCэ, НВ
200 1620 1840 1 2 19 52
350 1450 1710 11 22 25 50
500 1390 1680 7 9 19 51
700 500 780 35 59 71 НВ 217

ПРИМЕЧАНИЕ: закалка с 1000 °С в масле.

Механические свойства при повышенных температурах

tисп, °С Состояние поставки σ0,2,
МПа		 σв,
МПа		 δ5,
%		 ψ, % KCU,
Дж/см 2
20
410
470
510		 Закалка с 1030-1050°С на воздухе;
отпуск при 530°С, выдержка 2ч,
охл. на воздухе		 1420
1310
960
980		 1670
1360
1130
1070		 6
7
12
12		 34
36
45
49		 11
—
6
—
20
200
300
400
500
600		 Закалка с 1050°С на воздухе;
отпуск при 600 °С, выдержка 3ч.		 890
810
710
670
470
255		 1120
940
900
780
520
300		 13
11
10
12
20
21		 32
40
39
45
77
84		 12
49
69
73
78
118
20
400
450
500		 Закалка с 1050°С на воздухе;
отпуск при 650 °С, выдержка 3ч.
При 20°С НВ 277-286		 710
—
540
—		 930
—
640
540		 14
—
15
18		 42
—
44
67		 24
93
—
132
800
900
950
1000
1050
1100
1150
1200		 Образец деформированный диаметром 6 мм и длиной 30 мм;
скорость деформирования 16 мм/мин;
скорость деформации 0,009 1/c		 120
100
74
51
45
43
34
27		 130
125
90
75
57
53
40
32		 64
68
84
70
73
60
64
60		 96
92
96
98
100
98
100
100		 —
—
—
—
—
—
—
—

Механические свойства при 20 °С в зависимости от тепловой выдержки

ПРИМЕЧАНИЕ. Предел выносливости σ-1 = 370 МПа при σв=880 МПа, HB 270.

Состояние поставки KCU, Дж/см 2
при температуре, °С
+20 -78
Пруток диаметром 55 мм 54 7
Температура
ковки, °С		 Начала 1200,
конца 850.
Сечения до 200 мм
подвергаются
низкотемпературному
отжигу.
Свариваемость Не применяется
для сварных
конструкций.
Обрабатываемость
резанием		 Kv тв.спл. = 0,6 и Kv б.ст. = 0,4
в закаленном и
отпущенном
состоянии
при НВ 340 и σв=730 МПа.

Коррозионная стойкость

Среда Температура, °С Длительность
испытания, ч		 Глубина
коррозии, мм/год
H2SO4
(концентрированная)		 20 720 0,01
H2SO4
(63,4%-ный раствор)		 40 24 5,27
Аммиак (24%-ный) 20 720 0,0032

Стойкость конструкционных материалов против щелевой эрозии

Группа
стойкости		 Балл Эрозионная
стойкость по
отношению
к стали
12X18H10T		 Материал
(Хромистая
нержавеющая
сталь)
Стойкая 3 0,25-0,75 40X13

ПРИМЕЧАНИЕ. Коэффициент эрозионной стойкости материала представляет собой отношение скорости эрозионного износа материала к скорости эрозионного износа стали 12Х18Н10Т (принятой за 1).

Сталь 40х13

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.

Сталь 40х13

Она выпускается в виде следующих изделий:

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

Листовая сталь 40х13

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

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 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

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.

Нож из стали 40х13 Применение стали 40х13 в строительных конструкциях Топорики из стали 40х13

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.

Форма для литья из стали 40х13 Втулка из стали 40х13

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

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

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.

SUS 420J2 AISI 420 Химический состав аналога 40х13 AISI 420

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.

Сталь 30X13 коррозионно-стойкая мартенситного класса

ПРИМЕЧАНИЕ. Предел выносливости σ-1 = 372 МПа при n = 10 7 .

Коррозионная стойкость [10]

Вид
коррозии		 Среда Температура, °C Длительность
испытания, ч		 Глубина
коррозии,
мм/год		 Балл
стойкости
Общая Вода
дистиллированная		 20 2
Вода
шахтная
(кислая, pH = 0,5)		 20 1
Морская
вода		 100 93 0,01
63,4 %-ный раствор
H3SO4		 15 24 2,1
Пар-воздух 100 50 0,018 1
Промышленная
атмосфера		 20 3
Точечная Для повышения
коррозионной стойкости
рекомендуется производить
отпуск при температуре 300°C
или выше 650°C
Коррозионное
растрескивание
Межкристаллитная Проверка на склонность
к МКК по ГОСТ 6032-89
не предусмотрена

Механические свойства по ТУ (не менее) [5]

Для плоских образцов l=5,65√F н l=5d — дли цилиндрических.

Механические свойства стали при разных температурах [6]

t, °C σв, МПа σ0,2, МПа δ5, % ψ, % KCU,
кДж/м 2
20 900 710 16 52 550
200 830 670 14 57 1300
300 790 640 13 53 1250
400 720 580 12 52 1600
450 — — — — 1700
500 620 540 14 54 1650
550 540 490 16 69 1600
600 460 420 21 80 1600

ПРИМЕЧАНИЕ. Термическая обработка — режим I, пруток, продольные

Механические свойства стали (пруток, продольные образцы) при 20 °C после старения [6]

tст.,
°C		 τст, ч σв, МПа σ0,2, МПа δ5, % ψ, % KCU,
кДж/м 2
Исходное состояние 960 720 16 52 550
500 20 000 930 720 15 50 350
650 3000 875 690 16 51 450
550 7000 820 620 18 54 500
600 3000 820 630 20 56 600
600 10000 680 440 24 57 —

Релаксационные свойства* при 450°C [6]

σв, МПа Остаточные напряжения στ , МПа, за время, ч
100 1000 2000 3000 5000
300 135 115 105 100 94
250 130 95 85 78 68
200 110 85 80 73 64
150 82 63 54 63 46

* Свойства жаропрочности: после термической обработки по режиму: 1000 °C, воздух+отпуск при 650 °C на HB 269-285. Предел ползучести для 1 % деформации за 100 тыс. ч при 400 °C составляет 134 МПа, а при 450 °C — 84 МПа.

Читайте также: