Сварка стали 40х13 технология

Обновлено: 06.05.2024

Сталь 40Х – это конструкционная углеродистая легированная сталь. Свои качества сталь 40Х приобретает после закалки и последующего отпуска.

Особенности и требования, предъявляемые к стали 40Х

Вся выпускаемая металлопродукция, и сталь 40Х в том числе, должна соответствовать требованиям государственных стандартов.

ГОСТ 4543 от 2016 года определяет состав и требуемые эксплуатационные качества материала.

Для каждого вида изделий из этой стали существуют свои ГОСТы, которые регламентируют особенности всего выпускаемого ассортимента.

Сталепрокатная промышленность выпускает из марки стали 40Х три вида заготовок: круг, шестигранник и лист.

Свойства и состав

Требуемые свойства этот сорт стали имеет, благодаря своему химическому составу:

Наряду с плюсами у этой марки есть и недостатки, которые нужно знать и учитывать при работе с изделиями из нее:

хрупкость, восприимчивость к ударной нагрузке;
плохая свариваемость.

По степени свариваемости структуры сталь 40Х относится к 4 группе.

Применяется для изготовления:

валов – шестерен редукторов;
зубчатых колес редукторов;
листовой металл применяется для штамповок;
листами обшиваются каркасные конструкции; : отопительные системы и транспортировка жидкостей;

Также используется в сфере машиностроения, транспорта, при строительстве железнодорожных мостов и т. д.

Способы сварки стали 40Х. Чему отдать предпочтение?

Основной проблемой при сварке такой стали являются появление трещин и внутренних дефектов.

Сваривать данный металл можно тремя видами сварки:

Для снижения возможных появлений трещин обязательно выполняются следующее шаги:

Предварительная термообработка.
Подогрев в процессе сварки.
При контактно-точечной сварке также выполняется термообработка в заключение.

Электродуговая сварка

Сварочные швы выполняются за счет горения электрической дуги.

ЭДС и ее сущность:

зажигание дуги – касанием электрода о металл детали;
поддержание длины дуги во время работы;
перемещение электрода вдоль сварного шва.

Сварочное соединение деталей из стали 40Х ведется постоянным током обратной полярности, когда соединение электрода с «плюсом», а изделия – с «минусом». Такое подключение клемм обеспечивает быстрый и значительный нагрев самой зоны соединения, а деталь практически не нагревается.

Выделяется три варианта электродуговой сварки:

Электродуговая с аргоном, являющаяся самым применяемым и качественным способом сваривания стали 40Х. Для защиты места сварки от газов, содержащихся в воздухе, применяется защита аргоном. Аргоновая дуговая сварка – это промышленный вариант соединения легированной стали. Может быть полуавтоматической и автоматической. Присадочный материал применяется той же марки, что и свариваемый металл.
Газовая сварка с помощью ацетилена. Это более дешевый и простой способ, чем аргоновая сварка, но менее надежный. Он не подходит для толстых листов, и это усложняет работу.

Электрошлаковая сварка

Это бездуговой метод. Источником тепла служит флюс, находящийся между свариваемыми изделиями и нагреваемый проходящим через него электротоком.

Шлак-флюс защищает зону кристаллизации от окисления и насыщения водородом. Этот метод защищает соединяемые детали от образования трещин.

ЭШС выполняется снизу вверх, чаще при вертикальном расположении свариваемых деталей и с зазором между ними.

Контактно-точечная сварка

При такой сварке детали зажимаются в электродах сварочной машины или специальных сварочных клещах. Проходя между электродами, электрический ток разогревает металл деталей в месте их соединения до температуры плавления.

Далее ток отключается и происходит сильное сжатие электродов с деталями – проковка. В таком положении детали остывают и получается сварное соединение.

Электроды для КТС изготавливаются из высокоэлектропроводных сплавов, чтобы сопротивление контакта электрод-деталь было минимальным.

В месте соединения деталей сопротивление наибольшее и нагрев протекающими токами происходит именно там.

Разогрев и расплавление стали под воздействием тока приводит к образованию литого ядра сварной точки. Это и есть принцип работы КТС.

Технология сварного соединения изделий

Шаг 1. Подготовка металлических деталей:

подгонка по размеру, по форме;
зачистка металла от окисления и ржавчины.

Шаг 2. Подготовка кромок металла под сварку. Этот пункт особенно актуален при работе с толстыми заготовками (более 3 мм):

ширина зазора 1-2 мм;
угол разделки 45-60 0 ;
погон стыков у деталей разной толщины.

Шаг 3. Подготовка инструментов и оборудования:

требование к материалу сварочной проволоки и электрода: состав их должен как можно ближе соответствовать свариваемой марке стали;
для соединения сварочным методом стали 40Х удобно пользоваться техническими таблицами по выставлению величины тока в зависимости от толщины свариваемых поверхностей и размера электрода.

Шаг 4. Прогрев деталей до начала сваривания.

Сталь 40Х является чувствительной к перепадам температур и образованию трещин из-за этого. Прогревать деталь нужно газовой горелкой перед любым видом сварки.

Шаг 5. Точечно прихватить соединяемые части.

Чтобы избежать деформации или сдвига свариваемых деталей, практично сделать точечный прихват по всей длине планируемого сварного шва.

Шаг 6. Сварочный процесс выбранным методом.

Шаг 7. Прогрев сваренных деталей.

После сваривания прогрев нужен для снятия напряжения в деталях и выпаривания остатков водорода. Эта процедура особенно важна при контактно-точечной сварке.

Высокопрочные стали и особенности их сварки

Стали с пределом прочности свыше 1500 МПа называются высокопрочными. Такой предел достигается подбором химического состава и наиболее подходящей термической обработкой. Данный уровень прочности может образовываться в среднеуглеродистых легированных сталях (40ХН2МА, 30ХГСН2А) путем использования закалки с низким отпуском (при 200…250оС). Легирование таких сталей W, Mo, V затрудняет разупрочняющие процессы, что снижает порог хладоломкости и повышает сопротивление хрупкому разрушению. Как варить металл, если перед вами высокопрочная сталь? Сварка высокопрочных сталей отличается использованием некоторых дополнительных технологических приемов (сварка каскадом, горкой, секциями, предварительный подогрев, применение мягкой прослойки и других).

Закаленные стали (структура)

Изотермическая закалка среднеуглеродистых легированных сталей придает им немного меньшую прочность, но большую вязкость и пластичность. Поэтому они более надежны в эксплуатации, чем низкоотпущенные и закаленные. Низкоотпущенные и закаленные среднеуглеродистые стали с высоким уровнем прочности обладают повышенной восприимчивостью к концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению. Из-за этого их рекомендуют использовать для работы, связанной с плавным нагружением.

К высокопрочным сталям можно отнести так называемые рессорные (пружинные) стали. Они содержат 0,5…0,75% С и дополнительно легируются другими элементами. Термообработка легированных рессорных сталей (закалка 850…880оС, отпуск 380…550оС) обеспечивает получение высокой прочности и текучести. Может применяться изотермическая закалка. Сварка рессорной стали выполняется с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварочных работ и дальнейшей термической обработкой.

Мартенситно-стареющие стали (04Х11Н9М2Д2ТЮ, 03Н18К9М5Т) также относятся к высокопрочным сталям. Они превосходят среднеуглеродистые легированные стали по конструкционной прочности и технологичности. Для таких сталей характерны высокое сопротивление хрупкому разрушению, низкий порог хладоломкости и малая чувствительность к надрезам при прочности около 2000 МПа. Мартенситно-стареющие стали являются безуглеродистыми сплавами железа с никелем и дополнительно легированы молибденом, кобальтом, алюминием, хромом, титаном и другими элементами. Эти стали имеют высокую конструкционную прочность в диапазоне температур от криогенных до 500оС и применяются в изготовлении стволов артиллерийского и стрелкового оружия, корпусов ракетных двигателей, зубчатых колес, шпинделей и так далее.

Свариваемость высокопрочных сплавов

Для изготовления тяжело нагруженных машиностроительных изделий,сосудов высокого давления и других ответственных конструкций используют среднеуглеродистые высокопрочные стали, которые после соответствующей термообработки обладают прочностью 1000…2000 МПа при достаточно высоком уровне пластичности. Необходимый уровень прочности при сохранении высокой пластичности достигается комплексным легированием стали различными элементами, главные из которых никель, хром, молибден и другие. Эти элементы упрочняют феррит и повышают прокаливаемость стали. Подогрев изделия при сварочных работах не снижает скорости охлаждения металла до значений, меньших критических, и способствует росту зерна, что приводит к возникновению холодных трещин и вызывает уменьшение деформационной способности.

Поэтому такие металлы сваривают без предварительного подогрева, но с применением специальных приемов сварочных работ (блоками, каскадом, короткими или средней длины участками). Также применяют специальные устройства, которые подогревают выполненный шов и тем самым увеличивающие время пребывания его в определенном температурном интервале. Для увеличения времени нахождения металла околошовной зоны при температуре выше точки образования мартенситной структуры накладывают так называемый отжигающий валик, границы которого находятся в пределах металла шва.

Во избежание трещин при охлаждении сварного соединения, необходимо использовать такие сварочные материалы, которые обеспечили бы получение металла шва, обладающего большой деформационной способностью. Это достигается, когда наплавленный металл и металл шва будут менее легированы, чем свариваемая сталь. При этом шов будет представлять как бы мягкую прослойку с временным сопротивлением, но с повышенной деформационной способностью. Чтобы обеспечивалась технологическая прочность сварных швов, выполненных низколегированными сварочными материалами, углерод в шве должен содержаться в количестве не более 0,15%.

Когда производится сварка закаленной стали, то после прохождения сварочной дуги на зону сварного соединения рекомендуется подавать охладитель. Это делается для уменьшения степени разупрочнения околошовной зоны. В качестве охладителя может служить душевая вода, сжатый воздух или паровоздушная смесь — в зависимости от состава свариваемого материала. Такое охлаждение снижает время нахождения металла в зоне высоких температур.

Художественная ковка — это настоящее искусство. Более подробную информацию об этом занимательном занятии читайте в нашей статье.

Технология сварочных работ по соединению высокопрочных сталей

При сварке среднелегированных глубокопрокаливающихся высокопрочных сталей нужно подбирать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение швов с высокой деформационной способностью при минимальном количестве водорода в сварочной ванне. Это достигается применением низколегированных сварочных электродов, которые не содержат в покрытии органические вещества и подвергнутых высокотемпературной прокалке (низководородистые электроды). При этом нужно исключить другие источники насыщения сварочной ванны водородом в ходе сварки (ржавчина, влага и другие). Высокая технологическая прочность получается при следующем содержании легирующих элементов в металле шва: С — не более 0,15%; Si — не более 0,5%; Ni — не более 2,5%; Mn — не более 1,5%; Cr — не более 1,5%; V — не более 0,5%; Mo — не более 1,0%.

Повышение свойств шва до нужного уровня возможно путем легирования металла шва за счет основного металла. Необходимые прочностные характеристики металла шва достигаются легированием его элементами, которые повышают прочность, но не снижают его ударную вязкость и деформационную способность. Для сварки среднеуглеродистых высокопрочных сталей нужно выбирать сварочные материалы, содержащие легирующих элементов меньше, чем основной металл.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Для сварки среднелегированных высокопрочных сталей используют электроды типов Э-13Х25Н18, Э-08Х21Н10Г6 и других по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 9467-75. Если сталь перед сваркой подвергалась термической обработке на высокую прочность (закалка с отпуском или нормализация), а после сварки — отпуску для снятия напряжений и выравнивания механических свойств сварного соединения, то критерием определения температуры предварительного подогрева будет такая скорость охлаждения, при которой происходила бы частичная закалка околошовной зоны. При этом гарантируется отсутствие трещин в процессе сварки и до проведения дальнейшей термообработки.

Для улучшения свариваемости закаленных металлов необходимы специальные электроды

В том случае когда термообработка сварного изделия не может быть сделана, например, из-за крупных габаритов, на кромки детали, подлежащие сварке, наплавляют незакаливающийся слой металла аустенитными или низкоуглеродистыми электродами. Толщина этого слоя должна быть такой, чтобы температура стали под слоем в процессе сварки не превышала бы температуру отпуска при термообработке деталей с наплавленными кромками. Такие детали сваривают аустенитными или низкоуглеродистыми и низководородистыми электродами без подогрева и дальнейшей термообработки. Режим сварки принимают согласно рекомендациям для аустенитных электродов.

Сварочные работы в защитных газах

Высокое качество сварных соединений из среднеуглеродистых высокопрочных сталей толщиной 3…5 мм достигается при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом. Присадочный материал для дуговой сварки в защитных газах следует выбирать в зависимости от газа, в среде которого происходит сварка. Первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка, второй — с поперечными низкочастотными колебаниями электрода и механической подачи присадочной проволоки. Возможно и выполнение третьего слоя с поперечными колебаниями электрода без присадочной проволоки на небольшом режиме для обеспечения постепенного перехода от шва к основному металлу.

Для повышения проплавляющей способности дуги при аргонодуговой сварке применяют активирующие флюсы, которые позволяют исключить разделку кромок при толщинах 8…10 мм. Также используется флюс, представляющий собой смесь компонентов (TiO2, SiO2, NaF, Cr2O3). Такой метод с активирующим флюсом эффективен при механизированных способах для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод при таком способе сварки выбирают из наиболее стойких в эксплуатации марок вольфрама.

Современная аргоновая горелка

При выполнении сварки среднелегированных высокопрочных сталей в защитных газах (в основном инертных или их смесях с активными) применяют низкоуглеродистые легированные и аустенитные высоколегированные проволоки, например, Св-08Х20Н9Г7ТТ, Св-03ХГН3МД, Св-10ХГСН2МТ, Св-10Х16Н25-АМ6, Св-08Х21Н10Г6. Однако равнопрочности металла шва и свариваемой стали получить не удается. В данном случае можно обеспечить равнопрочность за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла шва. Этот эффект может быть реализован при использовании так называемой щелевой разделки, которая представляет собой стыковые соединения с узким зазором.

Сварка под флюсом

Конструктивные элементы подготовки кромок для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом выполняют в соответствии с ГОСТ 8713-79. Однако в диапазоне толщин, для которого возможна сварка без разделки и со скосом кромок, последней следует отдать предпочтение. При механизированной сварке под флюсом необходимы подготовка кромок, техника и режимы сварки, при которых доля основного металла в шве была бы минимальной. Но такая методика повышает вероятность образования в сварочных швах горячих трещин.

Выбор флюса осуществляется в зависимости от марки электродной проволоки. При использовании низкоуглеродистой проволоки сварку выполняют под кислыми высоко- и среднемарганцовистыми флюсами. При использовании низколегированных проволок лучшие результаты обеспечивает применение низкокремнистых и низкомарганцовистых флюсов. Сварку среднелегированных высокопрочных сталей аустенитной проволокой марок Св-08Х21Н10Г6 или Св-08Х20Н9Г7Т производят только под безокислительными или слабо окислительными основными флюсами.

Схема процесса сварочных работ

Данный вид сварочных работ рационально применять для соединения толстолистовых конструкций из среднелегированных высокопрочных сталей. Основные типы и конструктивные элементы сварных соединений и швов при этом должны соответствовать требованиям ГОСТ 15164-78. Электродные проволоки при сварке плавящимся мундштуком и проволочными электродами выбирают из числа групп легированных или высоколегированных проволок по ГОСТ 2246-70. Для предупреждения трещин в околошовной зоне при сварке жестко закрепленных элементов необходимо применять предварительный подогрев до 150…200оС.

Низкая скорость охлаждения околошовной зоны при электрошлаковой сварке приводит к длительному пребыванию ее в зоне высоких температур, вызывающих рост зерна и охрупчивание металла. В связи с этим после электрошлаковой сварки среднелегированных высокопрочных сталей необходимо выполнить высокотемпературную термообработку сварных изделий для восстановления механических свойств до нужного уровня. Время с момента окончания сварки до проведения термообработки должно регламентироваться.

Особенности технологии сварки стали марки 45. Контроль качества соединений. Нюансы выполнения работ

К сварке деталей из различных сплавов нужно подходить индивидуально. Сталь 45 относится к группе ограниченно свариваемых (ГОСТ 29273-92), это значит, что в процессе работы с ней требуется соблюдать особые правила. Нарушение технологии может привести к образованию трещин в зоне сварки и последующему разрушению конструкции.

Описание стали 45

Конструкционная сталь 45 применяется в промышленности: станкостроении, на производстве автомобилей и прочей техники, инструментов. Отличается хорошими характеристиками: высокой ударной прочностью, пластичностью, устойчивостью к различным нагрузкам – статическим и динамическим. Стандарт проката: ГОСТ 1050-88. Группа свариваемости: третья. Применяемые сплавы-заменители: 40Х, 50, 50Г2. Отличается также следующими характеристиками:

плотность – 4850 кг/куб. м;
ударная вязкость – 66 кДж/ кв. м;
твердость до термической обработки – 20-22 ед. по Роквеллу.

Число 45 указывает на повышенное содержание углерода в сплаве – 0,45%. Это осложняет процесс сварки деталей: может приводить к появлению горячих (во время нагрева) и холодных (после остывания) трещин.

Допустимое содержание элементов:

США – 1045;
Япония – S45C, SWRCH45K;
Европа – 1.1191, 2C45, C45, C45E, C45EC, C46.

Чаще всего поставляется в виде листов или полос разной толщины. Рекомендуется разрезать при помощи плазменной резки, что позволит избежать перегрева кромок, или механическими способами.

Технология сварки

До проведения работ необходимо прогреть детали до 150-200 градусов по Цельсию. После этого выполняются сварочные работы. Затем готовое изделие должно медленно остывать. Такой способ уменьшает вероятность образования трещин.

Сварочные работы производятся с применением покрытых электродов Есаб ОК 68.81, УОНИ 13/55, Lb-52U, при помощи полуавтоматической сварки в углекислом газе проволокой ESAB OK Autrod 312 и ESAB OK Autrod 16.95 или в среде аргона.

По окончании работы рекомендуется поместить деталь в печь и прогревать при температуре 400-450 градусов по Цельсию (процесс нормализации) около 1 часа.

После полного остывания изделия необходимо выполнить испытания в зависимости от назначения конструкции: на разрыв, кручение, ударные нагрузки или изгиб. Если создаются ответственные металлоконструкции, то для проверки рекомендуется обращаться в специализированные организации, которые проводят тесты готовых соединений.

Ручная дуговая сварка осуществляется в соответствии с ГОСТ 5264-80, где указаны типы применяемых соединений и конструктивные элементы с информацией об их размерах.

Сварка стали 45. Практика

Если работы проводятся вне оборудованных цехов, то обеспечить неукоснительное соблюдение технологии сложно. В этом случае можно использовать следующий метод:

Подготовка деталей к сварке: зачистка, формирование кромок под сварочные швы.
Прогрев деталей при помощи газового (пропанового, ацетиленового) резака или горелки. Для определения температуры следует использовать инфракрасный пирометр, также применяют термокарандаши, которые начинают плавиться при достижении определенных значений.
Сварка производится максимально быстро, если необходимо, то в процессе можно дополнительно подогревать детали.
По окончании работ изделие требуется поместить в емкость с песком, чтобы процесс остывания происходил как можно медленнее.
Если деталь слишком крупная и ее невозможно убрать в песок, то можно подогревать зону сварки резаком или горелкой, постепенно уменьшая температуру.

В ряде случаев допускается использовать «холодный» метод сварки. Для этого рекомендуется использовать полуавтомат или аргон, так как зона нагрева в этом случае будет меньше, чем при применении покрытых электродов.

Сварка производится так:

элементы изделия собираются на небольшие прихватки – 5-7 мм с шагом около 150 мм;
обваривать конструкцию следует небольшими швами, важно не давать металлу сильно нагреваться;
по возможности следует класть швы вразнобой с разных сторон изделия.

Важно: такой метод нельзя использовать при сварке ответственных конструкций.

При использовании холодного способа требуется провести тщательный визуальный осмотр швов и проверку прочности соединений, поскольку вероятность появления трещин высока.

Проверка сварных соединений

На производстве используют эффективные методы контроля: просвечивание швов рентгеном или ультразвуком. Это позволяет обнаружить большинство дефектов: непровары, трещины, свищи.

Если есть возможность, то варят тестовые образцы из стали 45, разрезают швы болгаркой и осматривают их визуально. Внутри не должно быть:

пор – мелких пузырьков, которые значительно ухудшают свойства шва. Допускается наличие незначительного количества пор;
трещин – в процессе эксплуатации конструкции они могут увеличится и вызвать разрушение соединения;
свищей – также влияют на прочность шва.

В случае когда изделие предназначено для работы под нагрузками, рекомендуется проверять соединения механическими способами. Для этого деталь подвергают нагрузкам. Например, если шов должен выдерживать нагрузку 10 тонн, следует проводить проверку с весом на 30% больше – 13 тонн.

Исправление дефектов

После сварки требуется удалить шлаковую корку (если использовались покрытые электроды), обработать деталь металлической щеткой, чтобы соединение было хорошо видно. Ряд проблем можно выявить при осмотре сварных швов, появление внутренних «холодных» трещин часто определяется на слух: громкие щелчки говорят о том, что внутри появились дефекты.

При выявлении трещин и других изъянов требуется полностью вырезать проблемные участки и положить новые швы. Заваривать их без разделки не допускается. Рекомендуется предварительно прогревать зону сварки, после работы деталь должна медленно остыть.

Справка: наплывы металла в зоне сварки также считаются дефектами, удаляются при помощи болгарки с зачистным кругом.

Как получить надежное соединение. Сварка с другими металлами

Поскольку сталь 45 при сварке подвержена появлению трещин, рекомендуется либо проводить тщательную проверку швов, либо дублировать соединения при помощи болтов, шпилек или заклепок.

Если изделие предполагается сваривать с иными сплавами, то рекомендуется создать образец. После анализа результата можно разработать оптимальную технологию.

Сварка стали 40Х

Сталь 40х является конструкционным легированным металлом, который широко используется в промышленности. Технические характеристики и состав материала определяется по ГОСТ 453-71. Содержание углерода в ней должно быть, примерно, 0,4%, а хрома – 1%. Сварка стали 40Х является достаточно сложным процессом, так как материал относится к трудно свариваемым металлам. Для решения данной проблемы используют специальные технологии и методы.

Основная проблема заключается в том, что при сваривании получается большая вероятность появления трещин, раковин и прочих дефектов. Но характеристики самого металла являются весьма полезными при создании металлоконструкций, так что приходится подыскивать подходящие способы как варить сталь 40х.

Способы сварки стали 40Х

Самым качественным и распространенным способом сваривания этого сорта металла, является сварка стали 40х аргоном. Электродуговой аппарат обеспечивает достаточно высокое напряжение для плавления, а газ защищает от воздействия посторонних вещей, которые приводят к браку. В данном случае подбирается присадочный материал той же марки, что и заготовка. Также возможно варить газом с помощью ацетилена. Это более простой, но менее надежный метод. Он может не подойти для слишком толстых слоев листов, так что может потребоваться дополнительная подготовка металла под сварку. Наиболее простым способом, уступающим в надежности предыдущим, является обыкновенная ручная сварка специальными электродами.

Выбор способа

Для домашнего применения, когда на изделие не будет возлагаться большая ответственность, применяют самый простой способ – дуговую сварку. Ведь это самый дешевый метод, который не требует особой подготовки. Для сварки стали 40х электроды требуются специально предназначенные для этого дела. В промышленности для ответственных объектов применяют электродуговую сварку с аргоном. Несмотря на высокую себестоимость, это один из самых надежных методов, который обеспечивает длительный срок службы конструкции. Чтобы сделать процесс более дешевым, можно использовать газовую сварку с помощью ацетилена. Результат будет очень схожим, а в плане создания потолочных и вертикальных швов еще и более удобным. Другие виды и способы сварки металла применяются достаточно редко.

Сварка стали 40Х аргоном

Вне зависимости от выбранного способа следует тщательно подготовить поверхность перед свариванием.»

Свариваемость стали 40Х и ее свойства

Металл плохо сваривается. Если сам процесс плавления и образования сварочной ванны происходит еще относительно нормально, так как здесь проявляется лишь повышенная вязкость, но весь ряд проблем, которые возникают на шве после окончания, зачастую приводят к его негодности для эксплуатации. Сварка стали 40хн отлично проявляет ее свойства к отпускной хрупкости. Во время самой сварки, а также после нее могут появляться трещины и прочие дефекты, в том числе и деформации. Это возникает из-за резких перепадов температуры, которые вызваны электрической дугой, что особенно заметно, когда происходит сварка тонкого металла электродом. Также это получается при образовании напряжений, которые получаются из-за недостаточного обеспечения защиты. Таким образом, дополнительные действия нужны как перед сваркой, так и после нее.

Сварка стали 40Х

Выбор инструмента

Критерий при выборе материала сварочной проволоки или электрода – ровно один. Их металл должен максимально соответствовать составу того, который идет в заготовках. Следует только обращать внимание на толщину, чтобы она соответствовала толщине деталей, так как глубина приваривания должен быть максимальной из-за сложностей в податливости данной марки стали. Более важным параметром является защита. Сварка стали 40х полуавтоматом должна поддерживаться средой защитного газа, а при ручной – на электродах должно быть покрытие, рассчитанное на работу с этой маркой стали. Тут подойдут электроды марки Э85, у которых имеется пониженное содержание водорода в покрытии, а также которые стойки к образованию трещин при работе со сложными металлами.

Режимы

Чтобы повысить качество соединения, следует использовать уже проверенные параметры, которые рассчитаны для каждой толщины заготовки и соответствующего положения шва. Это существенно облегчит процесс работы.

Технические характеристики стали 40Х13

Сталь 40Х13 относится к группе жаропрочных легированных сплавов с высокой коррозионной стойкостью. Она не теряет свои качества и в условиях эксплуатации при повышенных температурах. Благодаря отличным механическим свойствам ее широко применяют в производстве недорогих кухонных ножей.

Сфера применения

Материал отличается повышенной устойчивостью при вибрациях и переменных нагрузках, существующих в узлах машин и оборудования. Характеристики стали 40Х13 делают ее востребованной:

в авиационной промышленности;
машиностроении;
металлообработке;
производстве оборудования для разных отраслей промышленности;
изготовлении бытовых приборов, кухонных ножей.

Сплав используют для производства:

режущего и хирургического инструмента – ножей, медицинских скальпелей;
лопастей для турбин;
измерительных механизмов;
износостойких узлов – подшипников, крепежей, пружин;
деталей механизмов, работающих в слабоагрессивных средах;
приспособлений, эксплуатируемых при повышенных температурах;
элементов для бытовых приборов, используемых в домашнем хозяйстве.

Ножи и скальпели, изготовленные из сплава, удобны в использовании, они прекрасно затачиваются и не ржавеют. Среди рыбаков и дайверов особой популярностью пользуются ножи из стали 40х13 с характеристикой 55 HRC.

Сталь 40Х13 выпускается в виде:

прокатного листа или ленты;
сортового проката заданных размеров;
проволоки разной толщины.

Единственным недостатком сплава считается подверженность воздействию агрессивных сред и высоких температур, что делает его непригодным для любого вида сварки.

Состав материала

Расшифровка марки стали 40Х13 свидетельствует о ее химическом составе:

первые цифры слева обозначают содержание углерода, главного элемента в сплаве, придающего ему твердость – 0,36-0,44%;
следующий знак «Х» указывает на основную легирующую добавку – хром, концентрация которого составляет – 12-14%.

Хром придает сплаву устойчивость к воздействию среды, в которой она будет эксплуатироваться, при концентрации выше 13% делает его нержавеющим. Он также влияет на механические свойства сплава и его структуру. По химическому составу сталь 40Х13 относится к среднеуглеродистым сплавам группы Х13 и имеет соответствующее содержание других легирующих элементов;

кремния – не более 0,8%;
марганца – 0,5-0,8%;
меди и никеля – по 0,3%.

Никель повышает прочность и пластичность материала, кремний увеличивает упругость и показатель электрического сопротивления. Как и в других сплавах на основе железа, в нем присутствуют небольшие примеси:

Характеристики, применение стали 40Х13 устанавливается ГОСТом 5632-72, который распространяется на тонколистовой жаропрочный прокат. Сортамент, выпускаемый металлургической промышленностью, состоит:

из прутка с ГОСТом 18907-73;
прокатного листа, ГОСТ – 5582-75;
проволоки с ГОСТом 18143-72.

Импортные аналоги выпускаются с маркировкой:

420 – Соединенные Штаты;
1.4031 – Германия;
4С13 – Китай;
SUS420J2 – Япония;
X40Cr14 – Франция;
420S45 – Великобритания.

Физические и механические свойства

Химический состав определяет характеристики стали 40Х13:

твердость после закалки НВ 10-1 – 460-550 МПа;
предел кратковременной прочности – 55-880 МПа, в зависимости от назначения;
предел текучести при 20о С – 910 МПа;
относительное удлинение при разрыве – 10-15%;
ударная вязкость – 59 Дж/см2;
модуль упругости при 20 о С, Е 10-5 – 2,18 МПа;
теплоемкость – 25 Вт/(м*град);
плотность – 7650 кг/м3;
удельное сопротивление при 20оС, R 109 – 590 Ом*м.

Исходный материал достаточно пластичен и хорошо поддается ковке и вальцеванию. При дальнейшей термической обработке изменяются внутренняя структура стали и ее механические свойства. После процессов закалки и низкого отпуска материал приобретает довольно высокую коррозионную устойчивость в обычных атмосферных условиях, слабокислых растворах и воде, не считая морской. Чтобы повысить стойкость к более агрессивным средам, поверхность изделий шлифуют.

Особенности термической обработки

Тепловая обработка металла заключается в совокупности последовательных операций по нагреву, выдержке и охлаждению стали при определенной температуре. От нее во многом зависят особенности внутренней структуры и свойства стали 40Х13. Поэтому температурные режимы процессов закалки и отпуска подбираются в зависимости от дальнейшего применения сплава.

Разные температурные режимы

Например, для требований ГОСТа 4543-71 сплав 40Х13 подвергается закалке при температуре 860 градусов. Операция проводится в масляной среде с последующим отпуском при 500 градусах. В итоге сплав приобретает высокие характеристики твердости и прочности на разрыв. Если температурный режим отпуска будет нарушен, снизится ударная вязкость.

Для отжига используют нагрев до 700-800 и последующее медленное охлаждение в печи до 500 градусов. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе. В этом случае образуется стабильная равновесная структура металла.

В интервале температур 850-1100 градусов демонстрирует хорошие технологические свойства при пластической деформации. При быстром нагреве и охлаждении возможно возникновение внутренних напряжений, образующих трещины. Однако при чересчур медленном охлаждении возрастает хрупкость сплава. Поэтому для ковки применяют режимы медленного нагрева до 830 градусов с последующим спокойным охлаждением в песке или печи.

Сталь, которая предназначена для изготовления хирургических инструментов, закаливают в режиме 1020-1040 градусов. Охлаждение производится в щелочи при 350 градусах. После такой обработки повышаются упругость и прочность изделий.

Закалка поверхностного слоя

Одним из видов термической обработки является нагрев поверхности деталей высокочастотными токами. Этот способ особенно удобен при закалке поверхностного слоя изделий. Она необходима для тех деталей, которые испытывают нагрузки трения и качения, в механизмах с элементами трубопроводной арматуры, если их толщина составляет более 15 мм. Поверхностная закалка токами высокой частоты позволяет увеличить твердость изделия до 36,5 HRC.

Виды механической обработки

Марка стали 40Х13 выдерживает разные виды механической обработки. Но при этом могут возникнуть определенные трудности:

во время сверления происходит повышение прочности поверхностного слоя из-за дополнительного нагрева;
при обработке на станке закручивается металлическая стружка, для удаления которой устанавливают специальные приспособления;
снижается износоустойчивость режущей кромки из-за повышения температуры при соприкосновении с деталью;
при заточке ножей появляется металлический наплыв, нарушающий равномерность поверхности кромки;
сварка не входит в число доступных видов механической обработки.

Преимущества и недостатки

Главным преимуществом стали 40Х13 является высокая стойкость к коррозии, которая максимально увеличивает срок эксплуатации изделий. Изделия из этого сплава обладают множеством достоинств:

высокими параметрами твердости, приближенными к максимальным;
устойчивостью к ударным нагрузкам и деформациям;
химической стойкостью;
удобством в использовании;
легкостью заточки инструментов;
доступной стоимостью.

Среди недостатков материала можно отметить:

возможность небольшой деформации при ударных нагрузках;
подверженность воздействию агрессивных сред и высоких температур.

Несмотря на некоторые недостатки, присущие любому продукту, изделия из стали 40Х13 пользуются широким спросом на рынке.

Читайте также: