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:

• серы – 0,025%;
• фосфора – 0,03%.

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.