Любой материал, в том числе и сталь, обладает определёнными свойствами, которые присущи только ему. Специалисты, занимающиеся разработкой новых сортов стали, прилагают максимум усилий для получения оптимальных свойств и характеристик. Это в полной мере относится и к стали 40Х13.

Основные характеристики

Сталь 40Х13, иногда её обозначают как 4Х13, относят к коррозионно-стойким, жаропрочным маркам. Отечественным заменителем является сталь 30Х13. В химический состав этого материала входят:

углерод до 0,45%;
хром до 14%;
остальные материалы (кремний, марганец и пр.) до 0,8%.

Такой состав позволяет изготавливать из этой стали следующую продукцию:

режущий и мерительный инструмент;
медицинский, в том числе и хирургический инструмент;
элементы конструкций, работающих в слабых агрессивных средах.
пружины, крепёжные изделия, валы подшипники, способные работать в агрессивных средах, в том числе и при температурах до 450 ºC.

Этот материал получают в открытых печах. Чаще всего применяют индукционные печи. Плавку стали производят при температурах от 850 до 110 градусов цельсия. Такой режим обеспечивает её полную деформацию. Для предотвращения образования трещин и других дефектов применяют различные температурные режимы, применяемые попеременно. Кстати, для применения деталей из марки 40Х13 в агрессивных средах, в целях повышения её стойкость к коррозионному воздействию, рекомендуется шлифовать их поверхность.

Сталь этой марки недопустимо применять для создания конструкций с применением любых видов сварки.

Аналоги

Среди импортных аналогов стали марки 40х13 можно назвать следующие:

США - 420;
Германия - 1.4031;
КНР - 4С13.

ГОСТ

Металлургическая промышленность выпускает следующий сортамент — лист (ГОСТ 5582-75), пруток ГОСТ 18907-73, проволоку (ГОСТ 18143-72).

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:

карбиды;
мартенситы;
остатки аустенитов.

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.

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.

Применение стали 40Х13

Уникальные свойства стали этой марки позволили применять её в авиастроении. Дело в том, что эта отрасль постоянно нуждается в материалах, которые обладают высокой прочностью во время работы при высоких температуре, например, в авиационном двигателе. Кроме того, в современной авиационной технике детали, выполненные из этой стали, применяют в силовых элементах конструкции фюзеляжа и пр.

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.

Она выпускается в виде следующих изделий:

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

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.

Скачать 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.

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

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 .

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Всем - всегда острой и безопасной работы!

ZAT (Днепр, Украина)

23 марта 2020

20 марта 2020

Воспользуйтесь этими данными, если вы считаете, что у вас есть основания для волнений. А если окажется, что они все же есть, то немедленно свяжитесь со своим семейным врачом для консультаций:

P.S. Поделитесь этой таблицей с родственниками, близкими людьми и друзьями. Возможно для кого-то она прояснит непонятные вопросы, связанные с коронавирусом или (если все уже так плохо) убедит обратиться к врачу, а не заниматься самолечением...

15 марта 2020

Создана 25 .02.20, посл.обновление - 25.02.20

10 марта 2020

ZAT (Днепр, Украина)

05 марта 2020

Всем хорошего дня и безопасного интернета!

YouTube ...

Фото Gerd Altmann с сайта Pixabay

ZAT (Днепр, Украина)

01 марта 2020

Таблица цветов побежалости для углеродистой стали:*
Ярко-жёлтый	1100° С
Тёмно-жёлтый	1040° С
Оранжево-жёлтый	980° С
Оранжевый	930° С
Красно-оранжевый	870° С
Ярко-красный	820° С
Красный	760° С
Тускло-красный	650° С
Красноватый с серым оттенком	590° С
Серый с красным оттенком	540° С
Темно-серый	430° С
Серо-синий	320° С
Светло-синий	310° С
Синий	300° С
Тёмно-фиолетовый	280° С
Фиолетовый	270° С
Коричнево-фиолетовый	260° С
Коричневый	250° С
Светло-коричневый	240° С
Золотисто-жёлтый	230° С
Светло-желтый	220° С
Соломенный	210° С
Светло-соломенный	200° С

* В зависимости от состава и теплопроводности стали, значения температур для отдельных цветов побежалости могут незначительно отличаться от приведенных в таблице.

Также следует помнить, что:

1. На оттенок побежалости влияет скорость нагрева стали, время выдержки, освещение, наличие следов масла или химических, реактивов, воздушная или газовая среда и т.д.

2. Для более стойких к окислению на воздухе легированных и нержавеющих сталей цвета побежалости начинают быть заметны при более высоких температурах.

3. Толщина оксидной пленки увеличивается с увеличением времени нагрева - это следует учитывать, если инструмент или деталь подвергаются постоянному или периодическому нагреванию. Поэтому сталь, которая длительное (при постоянном или периодическом нагревании) выдерживалась при температуре 200° С может стать коричневой или фиолетовой. Хотя при этом температура ее нагрева ни когда не превышала необходимую для получения светло-соломенного цвета побежалости.

4. Увеличение толщины оксидной пленки может привести к нарушению работы шарнирных инструментов.

На этом пока всё.

Источники: wikipedia.org, threeplanes.net, avventurosamente.it

P.S. Не забудьте подписаться на мой канал в YouTube ...

Создана 27.09.10, посл.обновление - 25.02.20

Создана 03.10.10, посл.обновление - 28.02.20

25 февраля 2020

P.S1. В Блоге о Заточке ранее публиковалась статья " ". Прочтите, это интересно и перекликается с темой сегодняшней статьи.

P.S2. Подпишитесь на мой канал в YouTube ...

20 февраля 2020

Какой стерилизатор выбрать для маникюрного и педикюрного инстурмента? Как выбрать сухожар или автоклав? Уверен, что эта статья и комментарии к ней помогут читателю определиться с этим непростым выбором. Если же вы не нашли ответа на свой вопрос, то задайте его в комментариях (не забыв представиться кто вы и откуда)...

Стерилизацию проводят с целью уничтожения всех патогенных и непатогенных организмов и споровых форм - после ее проведения микробы могут обнаружиться только на одном из миллиона зараженных инструментов, в то в время, как после дезинфекции - на пяти, десяти, ста и более.

В маникюрных кабинетах, парикмахерских и салонах красоты, для стерилизации обычно используют физический (паровой, воздушный, нагретые стеклянные шарики) и химический (растворы химических средств) методы. Необходимость проведения стерилизации регламентируется государственными, республиканскими и местными законами, нормами и правилами, которые могут и должны быть применены, но которые могут и отличаться в разных странах. Ниже подробно рассмотрены все оговоренные выше способы стерилизации, больше или меньше распространенные в индустрии красоты.

ВОЗДУШНЫЙ СТЕРИЛИЗАТОР

Любой кухонный режущий инструмент из металла должен отвечать целому ряду требований, в первую очередь, гигиеническим. Очевидным выбором здесь стала нержавейка, т.е. коррозионно-стойкая, высоколегированная, жаропрочная сталь повышенной прочности и твердости марки 40х13. Её часто называют ножевой сталью, однако идет данный материал не только на изготовление ножей, но и на производство шариковых подшипников, рессор, пружин и всевозможного мерительного инструмента.

Микроструктура подобного сплава в его закаленном состоянии включает карбиды, мартенситы и небольшое процентное содержание остаточного аустенита. Всё это обеспечивает высокий уровень коррозионной стойкости (выше только у нержавейки 30Х13). При этом данный материал не является свариваемым, а выплавляется он в открытых электродуговых или индукционных печах при t=850-1100°C. Во избежание деформаций металла сталь 40х13 нагревают относительно медленно, после чего так же медленно охлаждают с помощью песка.

Характеристики стали марки 40х13

Химический состав ножевой стали 40Х13 представлен на следующей диаграмме:

Закалка данного материала производится при температуре 1030-1050 o C, при ковке же металл приходится нагревать до 1200 о С. По окончании механической обработки сталь 40х13 сечением не более 200 мм дополнительно подвергается низкотемпературному отжигу. Твердость готового обработанного материала составляет 143-229 МПа (HB 10 -1), а удельный вес 7650 кг/м 3 .

В целом, физические свойства стали 40X13 делают её похожей на большинство инструментальных сталей. Она незаменима при изготовлении бытового и хирургического режущего инструмента, однако не менее популярна в производстве:

втулок
валов
корпусов
лопастей турбин
болтов
карбюраторных игл и т.п.

Заметим, что любые изделия из данного металла способны длительно находится в любых коррозионных средах, температура которых достигает 400-450°С.

Высокая коррозионная стойкость марки стали 40х широко востребована авиаконструкторами, которые нуждаются в материале, дополнительно обладающем повышенной прочностью и используемом для производства деталей, работающих на износ в условиях огромных механических нагрузок.

Несмотря на своё название, эта ножевая сталь имеет удовлетворительную стойкость ножевой кромки. Она относительно мягкая, однако при качественной закалке способна демонстрировать отличную твердость (57 HRC). С другой стороны, мягкость металла позволяет легко затачивать ножи, в то время как антикоррозионная устойчивость становится главным критерием выбора при поиске лучшего материала для ножей, используемых дайверами, рыбаками или водолазами. Ножи из стали 40х13 никогда не ржавеют, не нуждаются в каком-либо уходе, именно поэтому сегодня данный материал идет на изготовление самого разного режущего инструмента хозяйственно-бытового и сувенирного назначения. При этом его получение не связано с серьезными затратами, что позволяет отнести сталь 40х13 к разряду дешевых нержавеющих металлов.

Сталь - это сплав нескольких химических элементов . Как правило, он создаётся в определённых целях и с узким спектром использования.

Сталь 40×13 не ржавеет в любых погодных условиях, подходит для изготовления бытовых приборов, ножей и посуды. Не содержит вредных химических веществ, то есть её можно безопасно использовать в пищевой отрасли и промышленности.

Ещё одним плюсом является высокая жаропрочность, а также устойчивость к коррозийным эффектам. Эти особенности сплав приобретает в результате закаливания из-за специального технологического процесса изготовления. Во время этого происходит полное растворение карбида, именно поэтому вещество не вступает в химические реакции с окружающими.

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.

Применение

Раньше этот материал использовался для изготовления советских и недорогих кухонных ножей . К сожалению, из-за своей низкой стоимости они отличались сравнительно плохим качеством (из-за заводов-изготовителей ножей, а не стали), но для обычных бытовых и кухонных целей подходили отлично. Таким ножом с лёгкостью можно было разделывать курицу, другие мясные блюда, но самый главный плюс - безопасность для здоровья. Никакого риска заразиться какой-нибудь химической болезнью, используя сталь 40×13, просто не существует.

Отдельная сфера применения - авиамоделирование. В самолётостроении нельзя, чтобы материал, из которого изготавливаются важные составляющие части, сильно электрифицировался и подвергался различной коррозии, ведь на кону человеческие жизни. Конструкторы не стали бы использовать низкокачественную сталь, поэтому данный факт станет ещё одним плюсом. Но самый частый способ употребления - изготовление различных составляющих деталей. Высокая прочность и возможность использования в механизмах, работающих на износ, делают материал главным составляющим .

Стоит заметить, что медицинские скальпели изготавливаются именно из вышеуказанного сплава, что подтверждает информацию про безопасность для человеческого организма. Ещё из этой стали производят различные технические приспособления: подшипники, пружины, элементы для измерительных систем, детали компрессора и многие необходимые в повседневной жизни вещи.

Одним из главных минусов является тот факт, что использовать эту сталь для сварки категорически нельзя . При резком изменении температуры она теряет многие свои свойства, начинает ржаветь, разрушается кристаллическая решётка.

История