Закалка и отпуск стали 40х13

Минусы сотой стали

Низкая термостойкость. Конструкционная сталь 100Х13М теряет эксплуатационные свойства при резком перепаде температур

Нагревать металл следует максимально осторожно. Для выравнивания теплового режима по объему габаритных деталей (заготовок) стоит воспользоваться ступенчатым нагревом

Высокая степень образования трещин на металле предполагает после горячей деформации медленное охлаждение с дальнейшим отжигом на уровне выше точки АС1 близко 30–50 °С.

Высокая цена. Стоимость элитного сорта нержавейки превышает среднюю. Завышение цены обосновано объективными факторами (дороговизной сплава, сложностью обработки). Однако орудия благородной серии недоступны массовому покупателю.

Прочность уступает дамасским сплавам. Продолжительное время в России бытовало мнение, что качество клинков из «сотки» вне сравнения. Это неверная информация. Лидирующие позиции по надежности металла занимает дамасская сталь.

Необходимость постоянного ухода
Сталь 100Х13М обладает меньшими антикоррозийными свойствами, относительно марки 95Х18 — важно держать нож чистым, обрабатывать льняной пропиткой перед длительным хранением (до нового охотничьего или грибного сезона). Правку и заточку стоит выполнять мелкофрационными минералами или японскими водными брусками, кожаной натиркой и пастой ГОИ.

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.

Область применения:

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.

Сталь 40х13

Сталь 40х13 смело можно назвать первой среди нержавеющих. Из этой стали преимущественно изготавливаются ножи постоянно подверженные агрессивной среде: кухонные, специализированные ножи ныряльщиков, водных спасателей и рыбаков. Ножи, изготовленные из стали 40х13 действительно не ржавеют, но в связи с малым содержанием углерода, всего 0,4% они более пластичные и гибкие. Поэтому настоятельно не рекомендуется пользоваться ножами с этой сталью, для работы по твердым материалам. Сталь 40х13 прочно заняла нишу различных кухонных ножей, ножей для рыбалки и ножей для городских пикников.

В отдельную группу следует выделить порошковые нержавеющие стали.

Гальваника медью в домашних условиях: общие сведения

С технической точки зрения обработка – это электрохимический процесс. В процессе всегда есть два «участника» анод+электролит (источник металла) и деталь.

Технология гальваники медью в домашних условиях достаточно проста. Заключается она в том, что за счет электролита и проводимого через него тока выделяются атомы металла. Они оседают на поверхности, образуя медное покрытие.

Среди основных этапов гальванического меднения в домашних условиях:

• Подготовка поверхности (механическая и химическая).
• Нанесение подслойного покрытия (если необходимо)
• Меднение в соответствующем исходному металлу электролите.

Для декоративного гальванического меднения подойдут электролиты матового и блестящего меднения. После нанесения слоя, можно обработать поверхность в электролитах серебра, золота никеля и т.д.

Технология закалки стали 40Х13

Нержавеющая сталь 40Х13, химический состав которой должен соответствовать требованиям ГОСТ 5632, производится в сортаменте катаных прутков и листов по ГОСТ 5949. Специфические особенности эксплуатации этой стали обуславливают повышенный уровень требований к качеству её термической обработки.

Закалка стали 40Х13

Состав, свойства и применение

Сталь 40Х13 отличается повышенным содержанием хрома (от 12 до 14%), при минимально допустимом процентном содержании марганца (до 0,8%). Никель, обычно добавляемый в стали мартенситного класса, в данной стали отсутствует. Это уменьшает опасность образования карбидов по границам зёрен, и способствует стабильности механических характеристик.

Приводимый далее комплекс механических свойств позволяет относить данный материал к сталям повышенной жаропрочности:

• при температуре в 200 °С постоянной эксплуатации изделий, изготовленных из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 960 МПа, при пределе текучести 830 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 500 кДж/м2;
• при температуре в 400 °С постоянной эксплуатации изделий, изготовленных из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 795 МПа, при пределе текучести 685 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 750 кДж/м2.

Технологические свойства 40Х13

Таким образом, эта сталь отличается повышенной стойкостью против вибраций и знакопеременных нагрузок, возникающих в узлах и деталях оборудования, эксплуатационные температуры которого превышают 300…350 °С. К числу таких деталей относятся мерительные приспособления, используемые в ковочно-штамповочном производстве, ответственные детали компрессорных установок, пружины, нагретые до 75 °С. Иногда из данного материала производят и деформирующие инструменты, например, отрезные ножи горячештамповочных автоматов.

Все перечисленные области применения требуют от материала повышенной прочности и твёрдости. Между тем относительно сталей мартенситного класса это сочетание получить довольно трудно, поскольку при повышенной твёрдости изделия становятся достаточно хрупкими, и при ударных нагрузках склонны к трещинообразованию.

Общие сведения

Как и любой другой сплав эта марка стали в основе своего состава имеет углерод и железо. Четко выверенные пропорции двух компонентов позволяют получить прочный материал. Помимо основных компонентов, в сплав внесены легированные добавки, которые способствуют улучшению качества сплава. Таких добавок огромное множество, например, хром.
Особое значение имеет не только состав, но и технология производства. Сталь – это не однородный материал. Она представляет собой своего рода «слоеный пирог». В некоторых случаях количество слоев может доходить до нескольких сотен.
Наряду с тем, что сталь марки 65х13, относится к нержавеющим материалам, она имеет относительно невысокую стоимость.

Антикоррозийными свойствами эта сталь обладает именно благодаря наличию в ее составе хрома. Это подтверждает буквенное обозначение «х» в названии.

Твердость. С бытовой точки зрения сталь этой марки обладает высоким уровнем твердости. При этом стоит отметить, что специалисты до сих пор не пришли к единому мнению об этом показателе в отношении данного материала.

Споры относительно этого показателя вновь возвращают нас к вопросам, связанным с технологией ее изготовления. Ведь несмотря на точное соблюдение соотношения компонентов, именно этот фактор является ключевым. Малейшие отклонения в ходе обжига или закаливания могут привести к противоположному эффекту.

Учитывая этот фактор разумнее приобретать сталь у крупных производителей. На сталелитейных предприятиях технология досконально изучена, процесс автоматизирован и ведется непрерывный контроль.

Вспомогательные компоненты

Выше уже упоминалось о так называемых легирующих компонентов. Для изготовления стали марки 65х13 применяют следующие:

1. Марганец. Оказывает влияние на жесткость материала и прочность будущего изделия. Позволяет создать определенную фактуру стали.
2. Хром. Отвечает за антикоррозийные свойства сплава. Минимально возможное количество при изготовлении стали составляет 13% от общей массы состава.
3. Молибден. Еще одна добавка, которая отвечает за прочность материала. Имеются ввиду именно такие свойства как ломкость и хрупкость. Минимальное допустимое количество этого компонента составляет 1%.
4. Кремний. Компонент определяющий упругость будущей стали.
5. Никель. Еще одна добавка, которая способствует повышению антикоррозийных свойств. При этом она оказывает благотворное влияние и на вязкость стали.
6. Вольфрам. Используется при изготовлении стали, предназначенной для производства элитных клинков. На ряду с повышением прочности стали, положительно влияет на «режущие» свойства будущего ножа.
7. Ванадий. Еще один компонент, внесение которого направлено на улучшение стандартных свойств материала.

Основные правила обработки

Основные легирующие компоненты

Хром. Эта добавка необходима для придания материалу устойчивости к износу, а также для возможности его закаливания. Разумеется, именно хром делает сталь действительно нержавеющей. Но к этой категории относится только лишь та разновидность материала, в которой содержится не менее 13% данной добавки. Справедливости ради стоит заметить, что коррозии подвергается практически любая сталь: все зависит только от условий эксплуатации и наличия/отсутствия ухода за изделием. Марганец. Придает материалу зернистость и особую фактуру, что способствует резкому увеличению прочностных характеристик клинка, а также его жесткости. Есть понятие «раскисленная сталь», которое применяется в отношении тех сплавов, которые были улучшены посредством добавления марганца. Заметим, что характеристики стали 65х13 (жесткость, относительная твердость) обусловлены наличием именно этого типа присадок.

Молибден. Чрезвычайно важный элемент, так как предотвращает ломкость и хрупкость клинка, в материале для изготовления которого содержится слишком много углерода

Важно отметить, что стали, «закаливаемые на воздухе», в своем составе имеют минимум 1% молибдена, за счет которого такой тип закалки вообще становится возможным. Некоторые считают, что именно эта добавка придает сплаву вязкость и твердость

Никель. Во-первых, служит для придания сплаву вязкости. Во-вторых, также является легирующей присадкой, которая защищает сталь от коррозии. В общем-то, по совокупности этих качеств весьма схож с молибденом.

Кремний. Как ни странно, но его применяют для придания клинку ножа упругости. В некоторых отношениях его свойства аналогичны таковым у марганца.

Вольфрам. Чрезвычайно популярен у производителей элитных ножей, так как используется для резкого повышения устойчивости изделия к износу. Также он придает стали особую твердость и устойчивость к действию даже экстремально высоких температур. Если вольфрам сочетается с молибденом или хромом, материал становится «быстрорежущим». Небольшое отступление: вольфрам, никель и молибден — ключевые присадки не только при изготовлении ножевой стали, но и в производстве танковой брони. Без этих элементов невозможно получить действительно высокое ее качество.

Ванадий. Как и многие из вышеперечисленных добавок, придает стали твердость и прочность. Крайне важен при изготовлении мелкозернистых сплавов. Используется не только для изготовления ножевых сталей, но и для выработки все той же танковой брони.

Некоторые полагают, что к присадкам следует относить и азот, но такая точка зрения неверна: дело в том, что в сплав он попадает из воздуха, да и какого-то влияния на его характеристики не оказывает ни в малейшей степени.

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%.

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.

Область применения:

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.

Выбор оптимального режима термической обработки

В зависимости от конкретных производственных условий, сталь термически обрабатывают по двум вариантам:

1. Нормализацией при температуре выдержки 1050…1100 °С, с последующим высоким отпуском с 600…650 °С. Нормализация стабилизирует структуру стали, снижает количество остаточного аустенита, и улучшает обрабатываемость на металлорежущих станках. Это позволяет использовать такую технологию термообработки для получения заготовок ступенчатых валов и осей, работающих преимущественно в средах с повышенной влажностью, а также в условиях коррозионно-механического износа.
2. Ступенчатой закалки с высоким отпуском. Продолжительность и количество циклов закалки зависит от требуемой поверхностной твёрдости и конечной микроструктуры. Закалка стали 40Х13 по такому способу выполняется для изделий, которые в процессе своей эксплуатации периодически подвергаются ударным нагрузкам.

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагреве

При выборе режима термообработки необходимо учитывать, что сталь 40Х13 штампуется при температурном интервале 950…1150 °С: именно в этом диапазоне материал обладает максимальной ковкостью.

Во всех случаях сталь перед обработкой подвергают отжигу. Это связано со следующими особенностями:

• наличием карбидов хрома, которые образуются в процессе горячей прокатки заготовок. Они сосредотачиваются на границах зёрен вокруг основной, более пластичной структуры;
• присутствием цементита, который по структуре и размерам зерна отличается от любого их карбидов хрома. Это вызывает остаточные напряжения растяжения, снижающие прочность;
• опасности избыточного количества остаточного аустенита, который также повышает твёрдость и снижает пластичность;
• склонности данной стали к деформационному упрочнению во время пластической деформации.

Опытным путём установлено, что для получения оптимальной макроструктуры режим отжига должен быть следующим: нагрев до 690…730 °С, с выдержкой до полного прогрева сечения детали и последующим охлаждением вместе с печью до 500…550 °С (далее – на воздухе). Конечная структура – зернистый перлит, которые положительно выделяется своей стабильностью, равновесностью и наличием мелкого зерна.

Технология термообработки

Нормализация стали 40Х13 применяется реже, в основном, после горячей штамповки/ковки, когда слиток или заготовка нагревались до максимально возможных температур. При длительном нагреве ускоряется рост зерна, что нежелательно с точки зрения трудоёмкости при окончательной обработке изделий. Нормализация, однако, необходима, если нормализованная и отпущенная деталь имеет сложную форму, с многочисленными перепадами в поперечных сечениях, а также при наличии острых углов и кромок.

Главная цель закалки — обеспечить достаточный процент мартенсита в стали. Такие требования выдвигаются, если деталь при эксплуатации будет испытывать значительные рабочие напряжения. Максимально достигаемая твёрдость после закалки – обычно 50…55 НRC. Обеспечивается это следующим режимом термобработки: закалкой с 1000…1050 °С в масло, с последующим низким — при 230…280 °С – отпуском.

В связи с низким температурным интервалом термообработки нагрев производят в печах скоростного нагрева, имеющих системы высокоточного автоматического контроля температуры.

Особые требования к соблюдению технологических режимов закалки стали 40Х13:

1. Температура сред, используемых для охлаждения изделий после их закалки, должна быть на 50…75 °С ниже температуры окончания мартенситного превращения. Оно для рассматриваемой марки стали составляет 650…670 °С. В качестве таких сред используются масло, щёлочные или солевые расплавы. Например, соответствующими возможностями обладает расплав солей KNO₃ и NaNO₃ в соотношении 1:1. Масляные ванны менее предпочтительны, поскольку при длительных выдержках металл науглероживается. Это, хоть и повышает дополнительно твёрдость, но ухудшает обрабатываемость заготовок, особенно при точении и фрезеровании.
2. Время выдержки изделий при закалке и последующем охлаждении составляет до нескольких часов. Такой длительный период выдержки обусловлен необходимостью создать условия для полного мартенситного превращения.
3. Скорость дальнейшего (после отпуска) охлаждения закалённых заготовок особого значения не имеет, и определяется только производственными возможностями. При этом предпочтительнее охлаждать детали не в печи, а на открытом, но спокойном воздухе. В таких условиях мартенситное превращение протекает в полном объёме.

Маркировка стали

Для того, чтобы понять характеристики, присущее представленному материалу, необходимо разобраться, что означает ее маркировка. В мире существует большое количество сталей, все отличаются своими свойствами. Причем каждый день может выпускаться новая марка материала. Поэтому следует разобраться с аббревиатурой продукта.

Сталь 40х13 является легированной, то есть в ее составе, помимо углерода и железа, находятся другие активные элементы. В данном случае содержится хром: об этом говорит буква Х в маркировке. Его процентное содержание 1,3 процента. Но технические характеристики стали 40х13 зависят главным образом от количества углерода, содержащегося в ней. В данном случае в материале имеется 0,40 процентов элемента с порядковым номером 6.

Характеристики

Сложность химического состава сказывается на скорости процесса изготовления стали, это приводит к росту стоимости изделия.

Иногда качество ножа зависит не от конкретной марки, а качества термообработки. 40х13 сталь – это как раз тот самый случай. Она является одной из востребованных марок и имеет довольно устойчивые характеристики.

За сталью 40х13 прочно закрепилось название «медицинская сталь».

Из неё всегда делали медицинские скальпели, поэтому марка 40х13 всегда считалась лучшей. Такое мнение закрепилось из-за того, что это нержавейка, и великолепный рез скальпеля достигался за счёт очень тонкого лезвия и бритвенной заточки.

Достоинства

Основные плюсы:

1. Высокая жаропрочность.
2. Коррозионная устойчивость.
3. Абсолютно не ржавеет.

Не подвергается коррозии даже в морской воде. Это свойство используют изготовители ножей для дайверов. Но всё-таки инструментам нужен хороший уход. Если лезвие держать в постоянной сырости, оно потихоньку покрывается ржавчиной.

Недостатки

Сталь 40х13 для ножей имеет не только плюсы, но и минусы. Режущая кромка относительно мягкая, хорошо поддаётся заточке, но быстро тупится. По этой причине не рекомендуется приобретать ножи из стали 40х13 туристам или охотникам, так как его придётся часто точить.

Определённый минус ещё в том, что ножи очень гибкие, ими не рекомендуется резать твёрдые поверхности.

И ещё одно качество, говорящее не в пользу 40х13 – неустойчивость к агрессивной среде и высоким температурным режимам. Поэтому категорически запрещено применение при сварке.

40Х13 не подвергается коррозии.

Прочие преимущества

Рабочая кромка таких клинков не склонна к выкрашиванию даже при интенсивной эксплуатации, причем нож хорошо будет держать как сильные изгибы, так и удары. За счет отсутствия в составе стали качественных легирующих добавок лезвие будет довольно быстро тупиться, зато и подточить его можно быстро. Конечно, за счет все того же отсутствия присадок трибологические свойства этой марки стали не слишком хороши, но они куда лучше аналогичных показателей действительно мягких сортов.

Но опытные туристы и просто любители ножей говорят еще об одном преимуществе этого сплава и ножей из него. Так как в составе данного материала практически нет легирующих добавок, которые бы обеспечивали повышенную прочность (об этом ниже), то геометрическая конфигурация ножа может быть абсолютно любая. Этим 65х13 (отзывы говорят о том же) выгодно отличается от «профессиональных» марок стали, с которыми подобный подход не пройдет.

Расшифровка маркировки 70х16мфс и свойства

1. Первая цифра – содержание углерода в сотых долях процента. В сплаве данной марки содержится 0,7% углерода – высокая твёрдость, характерный тёмно-матовый цвет.
2. Х16 – 0,16% хрома. Поскольку содержание данного металла, превышает 0,13 – это нержавеющая сталь.
3. М – сталь содержит молибден: повышение пластичности, снижение температуры закаливания, минимизация деформации при механических воздействиях.
4. Ф – ванадий: повышение срока держания заточки; из-за возможности уменьшения зёрен повышение остроты клинка, минимизация вероятности появления зазубрин.
5. С – кремний: стойкость к воздействию ненасыщенных органических и неорганических кислот, кроме плавиковой; равномерное распределение пористости. Но. Придание клинку хрупкости, снижение стойкости к сильным одномоментным механическим воздействиям, пластичность при постепенном надавливании.
6. Марганец (не указан в маркировке) – повышение антикоррозионных и бактерицидных свойств, снижение эластичности.

Твёрдость – 58-61 Hcr; вязкость – 0,4-0,6мДж; средняя температура закаливания – 1045 °C. В зависимости от равномерности прокаливания, способа охлаждения параметры твёрдости и вязкости могут варьироваться в диапазоне до 3%. Характеристики материала должны указываться на упаковки изделия.

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.