Сталь 40X13

Сталь 40Х13 представляет собой хромоникелевую нержавеющую сталь с определенным химическим составом. Включая количество хрома (Cr), содержание углерода (C), марганца (Mn), и кремния (Si). Этот материал обладает высокой стойкостью к температуре, коррозии и обеспечивает прочность в пределах различных категорий работы, включая класс. Главная тема статьи - характеристики, механические свойства и области применения этого материала, а также предельных значений для различных классов и условий работы.

Применение стали 40х13

Сталь марки 40х13 пользуется высоким спросом в различных сферах деятельности в качестве режущих деталей. Такая востребованность объясняется прочными эксплуатационными характеристиками и возможностью применять сплав при повышенных температурах до 400 градусов. Это жаропрочная коррозионно-стойкая сталь отличается сравнительно простой возможностью заточки и нарезкой. В первую очередь её специфика - изготовление бюджетных кухонных ножей и конструкций, где важна тепловая выдержка  и острота (пружины, инструмент мерительный, детали для компрессоров). Без материала невозможно обойтись при изготовлении:

• Инструментария для маникюра и педикюра.
• Медицинских скальпелей.
• Подшипников.
• Измерительных приборов.
• Конструкционных элементов для компрессоров (пружина и т.д.). 

В последнее время все чаще сталь используется для изготовления деталей, сувенирной продукции в виде холодного оружия, так как сохраняет привлекательный внешний вид после работы. 

Плюсы и минусы 40х13

К характерным преимуществам сплава можно отнести ряд преимуществ:

• Стойкость к возникновению коррозии.
• Высокая жаропрочность. 

Даже если сталь попадает в соленую воду, окислительной реакции не происходит. По этой причине из него часто изготавливают ножи для дайвинга. При этом изделия требуют постоянного специализированного ухода, чтобы избежать ржавчины. 

Кроме плюсов, сталь имеет определенные недостатки:

• Образуются отходы после работы с 40х13.
• Режущие поверхности быстро выходят из строя.
• Образуется большое количество стружки во время резки.

Если использовать резку, стружка не разламывается, а скручивается в спираль. По этой причине потребуется использовать дополнительные приспособления. Так как изделия из стали 40х13 имеют недостаточную гибкость, их не рекомендуется использовать для твердых поверхностей. 

Расшифровка 40х13

На основании действующих ТУ и ГОСТ стандартов, разработанная определенная маркировка, в которой закладываются основные сведения касательно характеристик сплава:

• 40 отображает концентрацию углерода. Это основной элемент, входящий в состав. Среднее содержание варьируется в диапазоне 0,36-0,44%. Углерод определяет степень затвердения.
• X показывает, что присутствует хром.
• 13 отображает концентрацию Cr. Как правило, в составе находится не больше 14%.

Правила расшифровки также определены действующими нормативными актами, поэтому не могут быть изменены. Важно отметить, что стали 40Х13 присущи разные вариации, такие как 30Х13 и 20Х13, которые могут использоваться в различных условиях температур и средах.

Аналоги и заменители

В настоящее время существует небольшое количество аналогов стали 40х13. Преимущественно это заменители заграничного производства:

• в США – это AISI 420, aisi 321, aisi 304.
• в Германии – Terraria 1,4031.
• в Корее – 4c13.

Самым распространенным принято считать аналог американского производства марки 420. Он имеет максимально приближенный состав. Из-за недорогой стоимости он явный конкурент стали 40х13 и порой пользуется наибольшим спросом в сравнении с отечественным аналогом. Среди российских аналогов марки самый распространенный 12х18н10т, также есть 30Х13 и 20Х13. 

Сортамент

В ГОСТ 5632 72 определены технические и эксплуатационные данные. Его действие распространено на жаропрочные сплавы. Нержавеющий 40х13 относится к хромоникелевой (нержавеющей) стали и чаще всего используется для изготовления ножей, лезвий, инструментов, деталей подшипников и других изделий, требующих высокой коррозионной стойкости и твердости. Ниже приведены типичные размеры заготовок для стали 40Х13:

1. Плоская стальная заготовка:

• Толщина: обычно размер варьируется от 5 мм до 55 мм.
• Ширина: может быть от 30 до 200 мм.

1. Круглая заготовка ст:

• Диаметр: от 6 мм до 200 мм.

1. Квадратная/Прямоугольная заготовка:

• Стороны квадрата или прямоугольника: от 10 мм до 100.

Эти размеры являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от производителя стали и требований заказчика.  Некоторые заводы допускают ширину от 2 мм до нескольких см 2.

Химический состав 40х13

Благодаря присутствию в хрома, улучшается устойчивость сплава к внешним агрессивным воздействиям рабочей среды. Если содержание превышает 13%, то металл перестает ржаветь. Он также воздействует на химические параметры и структуру стали. 

Рассматривая состав металла, его можно отнести к категории со средней концентрацией углерода. Кроме этого присутствуют другие не менее важные элементы:

• Кремний
• Марганец (mn)
• Никель
• Медь

Несмотря на то, что никель присутствует в доле 0,3%, он увеличивает показатель пластичности. Кремний делать сталь более упругой и создает электрическое сопротивление. В сплаве также присутствует небольшое количество фосфора и серы. 

Механические свойства 40х13

Марка 40х13 не вступает в окислительную реакцию после того, как проходит процедуру специальной термообработки. Это связано с полным растворением карбидов, что способствует образованию прочной пленки. Она не дает появляться коррозии. Если стойкость к коррозии снижается, значит концентрация хрома в карбиде снижена. Как результат, уменьшается температура плавления. 

Температура плавления 850 градусов. Чтобы деформировать сплав, такого показателя вполне достаточно. Для снижения риска появления трещин, на производствах вводят попеременное охлаждение и нагрев. 

Технологические характеристики 

Если нагревание стали при 850-1100°, сплав начинает приобретать надежные и высокие технологические характеристики. В ситуации, когда слишком быстрый нагрев или охлаждение, есть риск внутреннего напряжения. На материале могут появиться трещины. Но если охлаждается слишком медленно, появляется излишняя хрупкость сплава. 

В том случае, если закупается 40х13 для изготовления медицинских и операционных инструментов, ее закаляют при 1020-1040°. Наибольшей точкой считается закалка 1050°.  В щелочи начинается отпуск при температуре 350°. Такая технология значительно увеличивает упругость. 

Существует еще один вариант улучшения – это нагрев элементов с использованием тока с высокой частотой. Он позволяет выполнить термообработку исключительно верхнего слоя. Это имеет особое значение для деталей, которые испытывают интенсивные нагрузки. 

Физические свойства

Физические параметры сплава напрямую зависят от концентрации химических элементов. Принято выделять следующие показатели:

• После отжигает коэффициент твердости должен быть 450-550 мПА.
• Кратковременная прочности зависит от конкретной сферы использования и находится в диапазоне 50-890 мПА.
• Текучесть в 910 мПА при 20°.
• Относительно возможное удлинение при разрыве до 15%.
• Вязкость при ударе 59 Дж/см2 .
• Модульная упругость в 2,19 мПа.
• Плотность 7650 кг/м3.
• Удельная теплоемкость стали 40Х13 приблизительно 460 Дж/кг°C при комнатной температуре. При 900° 691 Дж/кг. 

Сталь 40х13 является мартенситной и входит в категории ферромагнетика. По этой причине она обладает магнитными свойствами. Сталь хорошо поддается вальцеванию и имеет оптимальный показатель пластичности. В результате термической обработки сплава подлежит изменению, что способствует приобретению новых механических свойств. 

Чтобы повысить стойкость стали по отношению к коррозии и атмосферному воздействию, используется закалка с низкотемпературным отпуском. В результате металл не окисляется в растворах со слабой кислотностью. Шлифование применяется для повышения устойчивости к агрессивным веществам. Низкий уровень теплопроводности всегда является важным преимуществом сплава. Но при этом такое свойство может создать сложности при термообработке. 

Можно выделить еще одну характерную особенность – наличие микроскопических карбидов. Они выполняют абразивную функцию и приводят к тому, что постепенно инструменты перестают работать должным образом. Поэтому приходится часто прибегать к заточке. 

Способы обработки 40x13 

Термообработка 40х13 предполагает соблюдение определенной закономерности действий: сначала осуществляется нагрев или отжиг, затем температура выдерживается и происходит охлаждение в определенном температурном диапазоне (закалка). От того, насколько правильно выполнения обработка, зависит структура стали и эксплуатационные характеристики. По этой причине температурный режим для закалки и отпуска выбирается в индивидуальном порядке, учитывая специфику дальнейшего применения. 

Если рассматривает государственный ГОСТ 4543-71, то изготовление стали должно быть при температуре 860°. Максимально допустимый отпуск в кипящем масле составляет 500°. Если не соблюдать правила отжига, то ударная вязкость начинает снижаться. Чтобы выполнить обжиг, соблюдается 750-800°. Далее в печи охлаждается до 500°. Потом сталь оставляют на открытом воздухе, что позволяет получить равномерную поверхность. При пластической деформации и нагреве до 1100°, сталь получает хорошие технологические характеристики. Если сталь охладить слишком быстро, начинает появляться внутреннее напряжение, из-за чего появляются трещины. Нужно также избегать слишком медленного охлаждения, чтобы сплав не стал хрупким. 

За счет воздействия на сталь 40x13  токами, она твердеет до показателя 36,5 HRC. 

Структура стали 40х13

Закаленная сталь 40Х13 в микроструктуре обычно содержит мартенсит и карбиды, в то время как аустенит исчисляется в незначительной концентрации. При температуре закалки, превышающей 1050°C, твердость не становится выше уровня, характерного для стали 30Х13, и отсутствует тенденция к снижению прочностных характеристик. Это обстоятельство подтверждается увеличением количества остатков аустенита.

В процессе отжига начинается распад мартенсита, приводящий к образованию ферритно-карбидной смеси, делающей сталь более мягкой. В диапазоне 450-550°C происходит выделение вторичной твердости за счет образования дисперсного карбида.

Критическими точками принято считать диапазон 860-880°C, что является важным этапом в процессе закаливания стали 40Х13.

ГОСТы и ТУ на сталь 40х13

На сталь марки 40х13 существует несколько ГОСТ. Каждый отвечает за определение технических свойств определенного сортамента:

• Для кованной круглой или квадратной стали предусмотрен ГОСТ 1133-71.
• Для высоколегированных проволок с коррозионной стойкостью определены технические условия в регламенте 18143-72.
• Для нагартоавнных термически обработанных и шлифованных прутков  ГОСТ 18907-73.
• Для коррозионно-стойкого тонколистового проката полосы с повышенной жаропрочностью предусмотрены технические условия в ГОСТ 5582-75.
• Для высоколегированных сталей и коррозионностойких сплавов ГОСТ 5632-72. 

Существуют и другие ТУ и ГОСТ, в которых предусмотрены оптимальные технические показатели для разного сортамента. Также есть отдельные ГОСТы, предусмотренные для конкретных марок стали.

Высококачественная сталь 40х13 пользуется высоким спросом в различных сферах применения. Но для того, чтобы применить сплав по назначению, он должен правильно пройти все процессы термообработки. Только в таком случае появляется возможность сохранить высокий процент прочности и оптимальные эксплуатационные характеристики.