40cr13 что за сталь

Сталь 40х13 для ножей — плюсы и минусы

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

Характеристики стали

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

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

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

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

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

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

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

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

Аналоги стали и область применения

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

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

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

Преимущества применения стали

Преимущества эксплуатации деталей из сплава 40Х13:

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

Недостатки использования

К недостаткам деталей, изготовленных из 40Х13 можно отнести:

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

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

Как изготовить нож из стали 40Х13

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

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

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

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

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

Вывод

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

Читайте также:  Для решения государственных дел стали созывать

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

Источник

Характеристики стали 40х13

По своим характеристикам сталь 40Х13 (прежнее обозначение – 4Х13) принадлежит к группе нержавеющих сталей мартенситного класса. Последнее предопределяет её высокую твёрдость и прочность при действии сжимающих напряжений, которые не снижаются даже в случае увеличения температуры эксплуатируемой конструкции. При закалке материал приобретает дополнительные показатели, присущие сталям ферритного и аустенитного классов.

Характеристики

Химический состав стали определяется нормами и требованиями ГОСТ 5632-72. При основном компоненте материала – железе – составными и легирующими элементами выступают:

  • Углерод, % — от 0,35 до 0,44;
  • Кремний, % — не более 0,60;
  • Марганец, % — не более 0,60;
  • Хром, % – от 12,0 до 14,0.

Важным компонентом считается также никель, наличие которого (не менее 0,6%) придаёт материалу необходимую противокоррозионную стойкость.

В качестве нежелательных, но неизбежных металлургических примесей имеются сера и фосфор. Их количество (фосфора – до 0,03%, серы – до 0,025 %) регламентируется положениями ГОСТ 12345-2001.

Физико-механические (после прокатки) характеристики стали 40Х13 следующие:

  • Предел временного сопротивления при растяжении образца, МПа – 550…810; меньшие значениям соответствуют прокатным профилям, полученным по технологии горячей прокатки;
  • Предел текучести при комнатных температурах, МПа – 320…380 (нормативными требованиями ГОСТ 5632-72 не регламентируется);
  • Относительное удлинение, % — 10…15, меньшие значения – для объёмных прокатных профилей (пруток, проволока), подвергнутых шлифовке;
  • Исходная твёрдость проката по Бринеллю, НВ 143…229;
  • Плотность металла, кг/м 3 , при комнатной температуре — 7650;
  • Ударная вязкость, кДж/м 2 , определяется после отжига – 19…25. Зависимость данного показателя от температуры отжига имеет неоднозначный характер, но максимальное значение наблюдается обычно при 200 и 450…550 0 С;

Стандартный режим отжига исходного металлопроката с целью достижения наилучшей обрабатываемости – нагрев до 200…220 0 С, после чего следует выдержка при данных температурах и медленное охлаждение с печью. Для тонких сечений размером до 200 мм проведение отжига считается рекомендованной процедурой.

Технологические свойства

Относясь к группе легированных нержавеющих сталей, рассматриваемый материал не используется для производства сварных конструкций. Сталь является довольно требовательной к условиям выплавки, поскольку на границах диапазона температур плавления в расплаве может увеличиваться количество частиц тугоплавких карбидов хрома, что негативно влияет на последующую отпускную хрупкость. Склонность к флокенообразованию – незначительная.

Прочие параметры стали 40Х13:

  • Влияние скорости деформирования на прочность – отсутствует;
  • Коррозионная стойкость сохраняется до рабочих температур 600…650 0 С;
  • Жаропрочность в умеренно агрессивных средах (без воздействия соляной и серных кислот, а также нефтепродуктов) – до 420…450 0 С.

Обрабатываемость резанием – средняя, перед обработкой материал рекомендуется отжечь, а при резании использовать инструменты, изготовленные из быстрорежущих сталей или твёрдых сплавов. НВ – не более 340;Оптимальные температуры термической обработки с целью повышения твёрдости: закалка с 1030…1050 0 С и последующее охлаждение на воздухе. Если необходимо несколько повысить пластичность при приемлемом снижении твёрдости, то после закалки (в масле!) проводится отпуск. Температура отпуска – 500…530 0 С. По первому из режимов удаётся добиться твёрдости 50…52 HRC, по второму – 48…50 HRC при соответствующем росте показателей пластичности: относительное удлинение увеличивается до 20…21 %, а относительное сужение площади поперечного сечения – до 75…80%;

Материал проявляет среднюю чувствительность к знакопеременным нагрузкам: предел выносливости при многоцикловом нагружении составляет 370…400 МПа. В нагретом до 530…550 0 С состоянии хорошо поддаётся ковке.

Маркировка

Условное обозначение стали производится по стандартному принципу. Вначале следует численное обозначение среднего процента углерода в десятичном измерении (40), затем – указание на наличие хрома (Х) и число, определяющее средний процент хрома в стали (13).

Поскольку никель не является системообразующим компонентом свойств стали, то в маркировке наличие этого элемента не отображается.

Аналоги

В отечественной практике заменителем является сталь 30Х13, прочность, а также пределы текучести и выносливости которой уступают марке 40Х13.

В зарубежной практике для аналогичных применений используются следующие марки стали:

  • В США и Канаде – AISI420;
  • В Евросоюзе и Германии — 4031, 1.4034, X39Cr13, X40Cr13;
  • В Японии — SUS420J2;
  • В КНР = 4С13;
  • В Швеции – 2304.

Физико-механические характеристики вышеперечисленной стали устанавливаются по нормам национальных стандартов и могут не совпадать в данными , указанными в настоящей статье.

Закалённая и отпущенная до оптимальной твёрдости, описываемая марка металла может выдерживать эксплуатационные нагрузки до 1000…1100 МПа. При резких ударах тонкие режущие кромки, в частности, лезвия, склонны к быстрому затуплению, причём заточка на неспециализированном оборудовании обычно не приносит желаемого эффекта.

Применения

С учётом показателей после закалки 40Х13 находит преимущественное применение для изготовления столовых приборов, хирургических и стоматологических инструментов, пружин, форм для литья пластмасс, а также износостойких компонентов насосов, деталей устройств управления и дизельных двигателей. В отпущенном и отожжённом состояниях с зеркально отполированными поверхностями обладает хорошей устойчивостью к коррозии в агрессивных, но не щелочных средах. Склонность к водородной хрупкости ограничивает использование данного материала в кислотных средах, а также в условиях постоянно высокой влажности. Пренебрежение к указанным ограничениям является основной причиной неудач при попытках использовать 40Х13 для производства ножевых изделий.

Читайте также:  Что будет если перезакалить сталь

Источник

Сталь 40х13 — состав, свойства, способы обработки, применение

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.

Характеристики

Удобство использования такого материала обусловлена ещё и тем, что сталь изготавливается в печи открытого типа с температурным режимом от 850 до 1200 градусов, поэтому материал полностью деформируется и может быть залит в совершенно различные формы. Переменность системы охлаждения и нагревания позволяет создать изделие без дефектов, трещин и каких-то неровностей.

Составляющие после закаливания:

  • карбидные частицы,
  • мартенситы,
  • остаточные аустениты.

Последний элемент влияет на жёсткость полученной стали: чем выше температура закаливания, тем ниже жёсткость/твёрдость. Именно поэтому, если требуется сталь для ножей (мягкую сталь в ножах точить намного проще и удобнее), то идеальной температурой закаливания будет 1050 градусов и выше.

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.

Читайте также:  Магнитится ли нержавеющая сталь aisi 316

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.

Термообработка стали

Свои уникальные свойства, в частности, повышенную стойкость к коррозии, марка 40Х13 получает в результате сложной термической обработки.

После закалки, составляющими компонентами стали 40Х13 являются:

Надо отметить, что при температуре порядка 1050 ºC сталь теряет свою твердость. Это вызвано в первую очередь тем, при таком режиме растёт количество аустенита. Но при понижении температуры до 500 ºC твёрдость возвращается. Это обусловлено тем, что происходит удаление карбидов из структуры стали.

Финишная термообработка (закалка) производится при температуре 950 — 1000 ºC, с последующим охлаждением в масле или на воздухе. При соблюдении всех технологических режимов сталь получить требуемую твёрдость и коррозионную стойкость.

Марка 40Х13 – назначение

Коррозионно-стойкая жаропрочная сталь 40Х13 мартенситного класса используется для изготовления высокопрочных износостойких деталей, работающих в коррозионных средах или при температурах до 4500С – оси, втулки, пружины, корпусы, лопасти, цапфы, бандажи, турбин, рессоры, диски, иглы карбюраторов, крепеж, другие изделия. Стойкость к образованию окалины при длительном сроке эксплуатации до 6000С.

Технологические свойства стали 40Х13

Марка 40Х13 обладает хорошей технологичностью при проведении пластической деформации в горячем состоянии. Ее проводят при температуре от 850 до 1100 ºC. Но надо помнить что при резком нагреве, сталь может потерять ряд своих уникальных свойств, например, твердость. Именно поэтому процедуру нагрева необходимо проводить с небольшой скоростью. По достижении температуры 830 ºC можно выполнять прокат или ковку. Охлаждение стали необходимо также проводить медленно.

Сталь 40Х13 плохо подвергается холодной деформации.

Ряд характеристик коррозионно-стойкой и углеродистой стали во многом схожи, в частности, в твёрдости. Но они имеют различную микроструктуру и это приводит к появлению определённых сложностей в процессе механической обработки.

Основные сложности, возникающие при точении и фрезеровании стали марки 40Х13 это:

  • упрочнение, возникающие в процессе резания;
  • удаление отходов обработки;
  • ускоренный износ режущего инструмента.

Дело в том, что при обработке 40х13 резанием, стружка не ломается как у большинства углеродистых сталей, а завивается в виде длинной стружки. Для решения этой проблемы на режущий инструмент устанавливают специальные приспособления — стружколомы.

Низкая теплопроводность хороша при использовании 40Х13 на практике, но создаёт определённые сложности при точении. То есть в месте обработки резко поднимается температура, вследствие чего происходит образование наклёпа и неравномерное упрочнение поверхности. Такое свойство стали приводит к снижению ресурса режущего инструмента и увеличению обработки детали.

Еще одно свойство 40Х13 — это наличие в ее составе карбидных и других соединений, имеющих микроскопический размер. Их наличие делает сталь неким подобием абразива, который выводит режущий инструмент из строя и это приводит к замедлению обработки.

Для эффективной обработки нержавейки применяют режущий инструмент, на поверхность которого наносят карбид вольфрама и другие упрочняющие покрытия.

Аналоги стали и область применения

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

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

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

Источник