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/м3, при комнатной температуре — 7650;
- Ударная вязкость, кДж/м2, определяется после отжига – 19…25. Зависимость данного показателя от температуры отжига имеет неоднозначный характер, но максимальное значение наблюдается обычно при 200 и 450…5500С;
Стандартный режим отжига исходного металлопроката с целью достижения наилучшей обрабатываемости – нагрев до 200…2200С, 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…6500С;
- Жаропрочность в умеренно агрессивных средах (без воздействия соляной и серных кислот, а также нефтепродуктов) – до 420…4500С.
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…10500С и последующее охлаждение на воздухе. Если необходимо несколько повысить пластичность при приемлемом снижении твёрдости, то после закалки (в масле!) проводится отпуск. Температура отпуска – 500…5300С. 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…5500С 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.
Заказывать ремонт квартиры под ключ нужно всегда у профессионалов своего дела, которые имеют большой опыт работы от подбора материалов до финальной установки всей техники.
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.
