Влияние температуры отпуска на твердость стали 40х13. Блог о заточке

Одним из наиболее востребованных материалов в сфере человеческой деятельности является сталь. Сплав железа и углерода обладает уникальными техническими характеристиками, благодаря которым и обеспечивается универсальность этого материала. И в числе лучших находятся технические характеристики стали 40х13, из-за чего она используется в довольно большом количестве производственных процессов.

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.

Производство легированной стали

Технология производства легированной стали включает в себя несколько этапов, которые в основном выполняются в электродуговых печах:

Очищение железной руды.
Выплавка стали.
Внедрение дополнительных добавок.

В первую очередь железную руду очищают: избавляют от чужеродных компонентов главным образом серы, фосфора. Этот процесс осуществляется в открытых плавильных печах с применением технологии внепечной обработки. Процесс рафинирования – удаление из состава мышьяка и примеси цветных металлов. Он осуществляется посредством вакуумной плавки.

Следующий этап изготовления легированной марки стали состоит непосредственно в выплавке стального изделия. Для этого сырье в электродуговой печи разогревают до температуры от 400 до 600 градусов. Во время плавления железо превращается в чугун, который обладает неустойчивой кристаллической решеткой. Посредством ее стабилизации и получают сталь.

Для этого в камеру подается кислород, который, сгорая, выбрасывает в атмосферу печи углерод. Он, перемешиваясь с железом, преобразует чугун в сталь. После этого в сырье добавляют разнородные добавки (в нашем случае хром). В результате кристаллическая решетка металлопродукции уплотняется еще сильнее, и получается легированный продукт.

Технические характеристики

Следующий за выплавкой легированной марки стали следует процесс закалки и отпуска образца. Закаливание образца осуществляется при температуре 1100 градусов. После этого важно соблюсти постепенный отпуск, иначе образец покроется трещинами. Чтобы этого не допустить, это мероприятие проводится при температуре 600 градусов.

Благодаря такому процессу изготовления конечный продукт обладает такими техническими характеристиками:

Временное сопротивление разрыву – 1140 МПа.
Условный предел текучести при остаточной деформации – 910 МПа.
Относительное удлинение – 12,5 процента на пятикратную длину образца.
Ударная вязкость – 12 Дж/.

Данные характеристики позволяются использоваться материал в различных сферах человеческой деятельности.

Применение

В промышленности нашлось широкое применение стали 40х13. Главным образом она используется в среде с повышенной влажности. Содержащийся в ней хром усиливает антикоррозийные свойства, полученные от обычной закалки.

Представленная марка обладает хорошими показателями пластичности: при температуре более 1000 градусов легко поддается деформациям. Данный материал активно применяется при производстве режущего и измерительного инструмента, предметов домашнего обихода.

Характеристики стали 40х13 позволили использовать ее при производстве деталей машин, главным образом подшипников и частей компрессоров. Главное условие использования готовых элементов – температура рабочей среды не должна превышать 400 градусов. В строительстве материал практически не используется, ибо не сваривается.

Антикоррозийные показатели и их влияние на применение стали

Сталь 40х13 ГОСТ обладает отличительными показателями коррозийной стойкости. Она достигается за счет закалки изделия с температуры, при которой обеспечивается полное растворение карбидов. Но, если после термической обработки повысить температуру отпуска, произойдет снижение показателей устойчивости к коррозии из-за улетучивания хрома из материала. Снижение параметров случается при температуре отпускания выше 600 градусов.

Вследствие этого, дабы получить более выгодные технические характеристики стали 40х13, ее необходимо отпускать при температурах от 200 до 300 градусов, чтобы получить высокие показатели твердости и устойчивости к коррозии, либо при температуре 600-650 единиц по Цельсию – для преобразования продукта в сталь конструкционного назначения.

Любая сталь обладает определенными свойствами, присущими только конкретной марке. И металлурги стараются приложить максимальные усилия для получения самых высоких и качественных характеристик материала. Но, так как получить идеальную структуру стали не совсем реально, все сводится к подбору оптимальных возможностей для тех или иных целей. Ведь всем известно, что нож из мягкой стали затачивается легче, чем тот, который изготовлен из более жесткой. А твердая сталь, наоборот, отличается высокой устойчивостью к механическим воздействиям.

При сложном химическом составе замедляется и сам производственный процесс изготовления стали, из-за чего и стоимость готового изделия растет.

Не всегда качество ножа может зависеть от конкретной марки стали. Большую роль здесь играет качественная термообработка изделия . Самой востребованной сталью для изготовления ножей считается сталь 40х13. Она обладает всеми необходимыми свойствами и характеристиками.

Какими характеристиками обладает сталь 40х13

Марка стали 40х13 обладает следующими характеристиками:

Свои антикоррозийные особенности сталь приобретает благодаря сложному технологическому процессу, который предусматривает специальную закалку. В результате такой процедуры происходит полное растворение карбида , что и обеспечивает антикоррозийную защиту материала. Одной из причин снижения стойкости к развитию коррозии является пониженное содержание хрома в карбиде или снижение температуры плавления стали до 600 градусов. Но, если технологический процесс предусмотрен правильно, то этого происходить не должно.

Плавят сталь в специальных печах открытого типа. Для этого могут быть использованы и индукционные печи. Процесс плавления стали осуществляется при температуре от 850 до 1100 градусов , что обеспечивает ее полное деформирование. Чтобы не образовывались трещины, технологическая процедура предусматривает специальные режимы нагрева и охлаждения, которые проводятся попеременно.

Составляющие элементы после закаливания

После того как сталь прошла процедуру закалки, ее составляющими являются такие элементы:

После достижения температурного режима предела 1050 градусов и выше, наблюдается снижение твердости материала. Это говорит, об увеличение количества аустенита в составе стали. При снижении температур плавления до 450-550 градусов наблюдается вторичная твердость материала, которая наступает в результате выделения мелкодисперсного карбида из состава стали.

Область применения стали 40х13

Сталь марки 40х13 широко применяют для изготовления недорогих отечественных кухонных ножей. Изделия из этой стали прекрасно подходят для использования в хозяйстве, так как они ни при каких условиях не покрываются ржавчиной, легко точатся и удобны как в использовании, так и в уходе. Ножом с такой сталью легко можно нарезать все виды гастрономических изделий, мясо, рыбу, овощи и фрукты. Такое лезвие не только достаточно острое, но и совсем безопасное для использования в пищевых целях.

Кроме того, сталь 40х13 используется для производства медицинских скальпелей и других инструментов. Из нее делают измерительные приспособления, пружины, подшипники, компрессорные элементы и другие предметы, которые применимы в домашнем хозяйстве.

Единственным минусом изделий из такой стали является такой фактор, как неустойчивость к агрессивным средам и высоким температурным режимам. Поэтому такой вид стали запрещается применять при сварках.

Какими отзывами пользуются изделия из стали 40х13

Изделия из стали 40х13 пользуются огромным спросом среди широкого круга потребителей. Поэтому производство этой марки стали занимает важное место в металлургии. Многие отмечают, что ножи из такого материала очень долговечны из-за своей твердости . Лезвия хорошо точатся и достаточно долго остаются острыми. К тому же сталь не поддается коррозии, что еще больше повышает ее спрос на рынке. Более того, изделия из нее обладают приемлемой стоимостью по сравнению с другими ее аналогами.

Особенно любят сталь 40х13 дайверы, рыбаки, водолазы и просто хозяйки. Ведь ножи, выпускаемые из этой стали, действительно практичны для использования в различных отраслях. Успешно производят из нее и сувенирные клинки.

Стоит отметить, что изделия из стального материала совсем не требуют какого-либо особого ухода, кроме заточки. Но, зато со сталью 40х13 требуется аккуратное обращение , так как лезвия ножей очень гибкие. Например, нельзя использовать такой нож для работы с твердыми поверхностями.

Особой популярностью обладает инструмент для маникюра, выполненный из такого материала, как сталь 40х13. Благодаря своей твердости, щипчики хорошо обрабатывают кутикулу. При этом не следует часто натачивать инструмент. А постоянное его использование не приводит к деформации изделия.

Особо довольными остаются качеством лезвий и медицинские работники, в частности, хирурги. Ведь скальпели изготавливают преимущественно из стали 40х13 . Она даже приобрела новое название – медицинская сталь.

Приобретая изделия из стали 40х13 необходимо помнить, что относится к вещам нужно аккуратно. Лезвия ножей не любят хранения в сырых и очень влажных условиях. На них могут появиться мелкие точечки ржавчины, которые после заточки, конечно же, исчезнут. Но, лучше не допускать подобных оплошностей.

Несколько лет уже пользуюсь кухонным ножом из стали 40х13. И хочу сказать, что нож из такого материала является довольно прочным и удобным в применении. Он хорошо и легко точиться. Отлично режет даже жесткое мясо и рыбу. Поражает его долговечность. Лезвие абсолютно не сточилось при постоянной его эксплуатации.
Елена г. Орел

Работаю мастером маникюра уже 10 лет. В своей работе приходилось использовать различные режущие инструменты для придания ногтям нужной формы и опрятного внешнего вида. Особо осталась довольна щипчиками для подравнивания кутикул, выполненными из стали 40х13. Материал довольно прочный, долго остается острым, при затачивании не деформируется.
Светлана г. Екатеринбург

На рынке предложили купить подшипник на велосипед из стали 40х13. Остался очень довольным. Оказался довольно прочным и качественным. Очень рекомендую!

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.

Сталь У8 принадлежит к классу углеродистых эвтектоидных сталей. В исходном состоянии - после ковки или прокатки и охлаждения на воздухе её структура состоит из чистого пластинчатого перлита. Термическую обработку таких сталей делают в два приёма: предварительная и окончательная обработка. Первая заключается в отжиге на зернистый перлит при температуре 750—760 °С. Такая структура, во-первых, облегчает механическую обработку, во-вторых - после закалки свойства будут более однородными. Особенность закалки углеродистых сталей, в том числе У8 , недопустимость даже малейшего замедления при закалке из-за очень высокой критическую скорости. Могут образоваться мягкие пятна.

Для стали У8 применяют прерывистую закалку. Чтобы её осуществить раскалённую деталь помещают сначала в воду, и вслед за тем, переносят в масло, где происходит окончательное охлаждение. Таким образом, удаётся избежать появления мягких пятен, но из-за уменьшения скорости охлаждения на последнем этапе снижаются структурные напряжения. Закалку стали У8 производят при 780 °C, а температура отпуска - 400 °C.

Гарантированный результат при соблюдении параметров

Сталь 40Х13 хорошо переносит горячую пластическую деформацию, которая проводится в температурном интервале 1100-860 °С.
Сталь склонна к образованию трещин при быстром нагреве или охлаждении. Поэтому нагрев до 830-ти °С применяют медленный, а после деформации охлаждение в песке или в печи.

После горячей деформации применяются промежуточный отжиг при температурах от 740-ка до 800 °С или полный отжиг в интервале от 810-ти до 880 °С с медленным охлаждением не больше, чем 25-50 °С/ч до 600 °С.

Закалка 40Х13 в интервале от 950 до1050 °С применяется как окончательная термическая обработка. Охлаждение - на воздухе или в масле. Далее делается отпуск с учетом заданной твердости и коррозионной стойкости. Для стали 40Х13 , применяемой в качестве заготовки для хирургических инструментов, делают ступенчатую закалку с 1030-1040 °С с охлаждением в щелочном растворе при 350 °С. Это нужно, чтобы уменьшить коробление и повысить упругие свойства.

К термообработке стали 40Х предъявляют особые требования. Время охлаждения деталей из этой стали в воде или на воздухе или в воде должно быть небольшим из-за её склонности к отпускной хрупкости и хладноломкости. Наличие хрома уменьшает критическую скорость закалки и предотвращает рост зерна. Температура мартенситного превращения стали 40Х ниже, прокаливаемость её выше, чем у простой углеродистой ст.40. В результате ее отпуск производится при более высокой температуре.
Сталь 40Х относится к группе улучшаемых. Её эксплуатационные характеристики действительно улучшаются в результате правильного термического воздействия. Благодаря ему, механические характеристики стали выше, чем у целого ряда конструкционных сталей. При сохранении достаточно высокой вязкости и пластичности, эта сталь является одной из наиболее прочных.

Марка 40Х13-Х12МФ1 - композитная сталь, в состав которой входят компоненты из самого названия, поэтому, обсуждая характеристики этой стали в качестве материала для изготовления ножей, необходимо сначала описать свойства каждого компонента в отдельности.

Сталь марки 40Х13 в обиходе часто называют «медицинская» сталь, потому что из неё делают хирургические инструменты, в частности скальпели. В промышленности из стали марки 40Х13 изготавливают режущий инструмент, рессоры, подшипники, а также мерительный инструмент, так как эта сталь очень хорошо держит форму в значительном интервале температур.

Жаропрочная, износостойкая и коррозионно-стойкая сталь 40Х13 находит себе и более широкое применение, из неё получаются прекрасные клинки для бытовых, охотничьих ножей и разных категорий холодного оружия. Лезвия ножей из стали 40Х13 считаются относительно «мягкими», поэтому отлично поддаются заточке, но и держат её не слишком долго. При правильной закалке можно добиться и более высоких отметок твёрдости (~ 58HRC), но при этом сильно страдает пластичность стали.

Состав стали марки 40Х13:

Вторым компонентом композитной стали 40Х13-Х12МФ1 является Х12МФ1 - «штамповая» сталь. Хорошо сохраняет форму, достаточно пластичная, износостойкая и отлично закаливается при не очень сложном технологическом процессе до твёрдости 62-64 HRC. Для ножевой и вообще клинковой стали это очень большие величины, так как усложняется заточка ножа в бытовых условиях, лезвие становится хрупким, поэтому для достижения приемлемых характеристик промышленный отпуск стали Х12МФ1 в процессе закалки является достаточно сложной операцией.

Об отличной износостойкости стали Х12МФ1 говорит тот факт, что из неё изготавливают так называемые «эталонные» шестерни и волоки для производства проволоки, а способность держать форму при многократном механическом воздействии используется в изготовлении матриц и пуансонов для штамповки.

Твёрдость стали Х12МФ1 задаёт высокое содержание углерода.

Состав стали Х12МФ1:

Композитную сталь 40Х13-Х12МФ1, как и большинство дамасских сталей, получают путём многократной проковки большого количества слоёв (>150), составленных из её будущих компонентов - «медицинской» стали марки 40Х13 и «штамповой» стали марки Х12МФ1. В процессе ковки слои «свариваются» между собой, создавая пластичный твёрдый композит, замечательно подходящий для производства высококачественных ножей и клинкового оружия.

Оба сплава, из которых выковывается композит 40Х13-Х12МФ1, относят к нержавеющим сталям благодаря высокому содержанию хрома, поэтому конечный продукт тоже является нержавеющим. Сталь 40Х13-Х12МФ1 называют «нержавеющий дамаск».

Отличное сочетание очень твёрдой и относительно мягкой сталей создаёт поразительный эффект: на лезвии ножа из 40Х13-Х12МФ1 образуется микроскопическая пила, которая создаёт хороший рез даже в том случае, когда нож по ощущениям уже должен затупиться.

Технология производства стали 40Х13-Х12МФ1 была разработана и внедрена на ЗЗОСС (Златоустовский Завод Оружейных Специализированных Сталей), и уже много лет успешно используется для производства клинкового оружия.

Возникли вопросы по товару?

Здравствуйте! Меня зовут Семен, я менеджер по продажам в интернет-магазине ЗЗОСС.

Готов ответить на все ваши вопросы по товару «Сталь для ножей и клинков марки 40Х13-Х12МФ1 - нержавеющий дамаск, применение, свойства, характеристики». Напишите или позвоните мне, если вам нужна консультация или вы хотите оформить заказ.