Как сделать крепче топор
Для улучшения качества металла, из которого сделано лезвие топора, можно легко закалить его в домашних условиях. Лучше всего поддаются закалке колюще-режущие изделия из . Также не должно возникнуть проблем с изделиями из металла марки 40×13. Повысить твердость лезвия можно, просто опустив его в костер. Опытные мастера легко определяют степень закалки по цвету опущенного в него топора. Обычно изделие из стали 40х сначала становится ярко-красным, а потом цвет постепенно начинает бледнеть. Окраска металлического лезвия меняется в зависимости от температуры нагревания примерно следующим образом:
- Ярко-красный цвет, когда изделие нагрелось до 300 градусов;
- Оранжевый цвет при температуре около 400 градусов;
- Насыщенная желтая окраска при нагревании до 500−600 градусов;
- Светло-желтый, почти белый цвет на заключительном этапе, когда температура накаливания достигает примерно 750−800 градусов.
Сталь 40Х
Как ранее было отмечено, для правильного проведения закалки и отпуска стали следует учитывать ее состав и многие другие особенности. Выбрать правильно режимы термической обработки можно с учетом следующей информации:
- Рассматриваемая сталь относится к конструкционной легированной группе. Легированная группа характеризуется содержанием большого количества примесей, которые определяют изменение эксплуатационных качеств, в том числе твердости.
- Используется в промышленности при создании валов, осей, штоков, оправок, реек, болтов, втулок, шестерней и других деталей.
- Показатель твердости до проведения термической обработки HB 10-1 = 217 Мпа.
- Температура критических точек определяет момент, при котором сталь 40Х начинает терять свои качества из-за термической обработки: c1= 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730, Ar1 = 693.
- При температуре отпуска 200 °С HB = 552.
Расшифровка стали 40Х говорит о том, что в составе материала находится 0,40% углерода и 1,5% хрома.
Технологические характеристики
Подводя итог, можно охарактеризовать сталь 40х как твердый и прочный материал, выдерживающий большие нагрузки без разрушений. ПК числе положительных свойств относятся:
- устойчивость к температурным колебаниям;
- отличные коррозионные свойства;
- высокие показатели прочности.
Наряду с этими качествами, у данного материала есть, к сожалению, и недостатки. К ним относятся:
- трудности при сваривании;
- склонность к отпускной хрупкости;
- чувствительность к образованию флокенов.
После подогрева с последующей термообработкой описываемая сталь поддается ручной дуговой сварке (РДС) и электрошлаковой сварке (ЭШС). Если применяется контактная точечная сварка (КТС), то необходима последующая термическая обработка.
Медленное охлаждение конструкционной легированной стали 40х после отпуска приводит к ее хрупкости. Этот недостаток отсутствует при быстром охлаждении, но в этом случае могут возникнуть внутренние напряжения, вызывающие деформацию.
Флокеночувствительность — это склонность металла к образованию внутренних дефектов (полостей и трещин), так называемых флокенов. Для устранения этого недостатка сплав вакуумируют в ковше с одновременной продувкой аргоном и электродуговым подогревом.
Механические свойства при повышенных температурах
При температуре использования, равной +200°С, свойства образцов составляют: 880 МПа сопротивления в условиях повышенной нагрузки, 15% удлинения и 42% — сужения. До деформации металл способен поглотить 118 Дж механической энергии на 1 см².
В температуре применения деталей, равной +500°С, показатели составляют: 490 МПа сопротивления давлению и нагрузке, 21% возможного удлинения и 80% сужения образца до разрушения структуры и появления внутренних трещин. Вязкость при деформации — 78 Дж на 1 см².
В таких условиях при температуре среды +700°С временное сопротивление образца воздействию нагрузки составит 175 МПа, удлинение и сужение — 33% и 78% соответственно.
При увеличении температуры до +1200°С сопротивление составит 24 МПа, относительное удлинение и сужение до разрушения — 70% и 100%.
В условиях деформирования и деформации способность структуры поглощать механическую энергию ударной нагрузки не устанавливается стандартом.
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:
- Мерительный инструмент.
- Режущий инструмент.
- Предметы домашнего обихода.
- Медицинские инструменты.
- Валы.
- Пружины.
- Подшипники.
- Мерительные приспособления для ковочного производства.
- Детали компрессорных установок.
- Режущие ножи аппаратов для горячей штамповки.
Применение стали 40Х
Этот вид стали используется для изготовления различных комплектующих.
Для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок
Форма поставки — кусковой металл, прошедший горячее штампование или прокатные заготовки. Сплав сохраняет структуру и свойства при температуре окружающей среды -40…+450°С.
При использовании для блоков и стволов арматуры, нижний температурный порог составляет -30°С. Допускаются к применению заготовки, улучшенные прокаливанием и высоким отпуском, не подвергавшиеся сварке.
Фланец из стали.
Для крепежных деталей арматуры
Нижняя граница допустимой температуры среды составляет -60…-40°С. Каждый образец продукции подвергается испытанию по Шарпи на удар маятникового копра в месте напротив надреза. Результат считается положительным, если показатель вязкости к действию ударной нагрузки равен или превышает 300 кДж/м.
Крепежные детали из стали.
Для изготовления шпинделей и штоков
Материал поставляется в форме сортового проката. Конечный продукт допускается к использованию в температурных пределах -40…+450°С при условии прокаливания.
Шпиндель, изготовленный из стали.
Металл деталей теряет свои свойства и не рекомендован к применению при температуре ниже -60°С. Не допускается использовать детали сечением более 30 мм и прочностью менее 1000 Н. Требуются два этапа обработки — прокаливание и отпуск.
Детали арматуры, изготавливаемые из стали.
Для изготовления основных деталей арматуры атомных станций
Сплав поставляется в виде кускового металла, обработанного горячим штампованием или в форме крепежных изделий. Применение конечного продукта при температуре свыше +500°С не допускается.
Арматура для атомных станций также изготавливается из стали.
Термическая обработка
Во многих случаях термическая обработка позволяет существенно повысить эксплуатационные качества металла. Термическая обработка стали 40Х проводится с учетом особенностей структуры. Рекомендации по выполнению подобной процедуры следующие:
- Закалка стали 40Х проводится в масляной среде. Это позволяет существенно повысить качество поверхностного слоя структуры.
- Проводимая закалка 40Х проводится с последующим охлаждением заготовки. Для этого может применяться обычная воздушная или масляная среда. Масло позволяет существенно повысить качество получаемого изделия, в то время как на воздухе охлаждение происходит при больших размерах. Применение водной среды может привести к появлению окалины и других дефектов.
- Обязательно проводится отпуск, который позволяет снизить внутренние напряжения. Отпуск проводится в масле или на воздухе.
Термообработка стали 40Х проводится в зависимости от нагрузок, на которые рассчитаны изделий. Расчет проводится в зависимости от трех критических точек. Закалка проводится при температуре 860 градусов Цельсия. Показатель часового интервала составляет 4 часа. Отпуск на воздухе может проводиться при температуре 200 градусов Цельсия, при применении масляной ванны показатель повышается до 500 градусов Цельсия. В некоторых случаях проводится нормализация стали 40Х.
При правильном проведении термической обработки твердость после закалки составляет около 217 HB. При этом внутренние напряжения существенно снижаются, за счет чего существенно продлевается срок эксплуатации получаемого изделия.
Свойства Ст 40х при повышенных температурах
В заключение отметим, что рассматриваемая сталь довольно сложна в изготовлении, за счет чего существенно повышается себестоимость. Именно поэтому легированный сплав применяется при изготовлении ответственных изделий, которые должны обладать исключительной прочностью. Поверхность характеризуется достаточно высокой устойчивостью к воздействию влаги, но при этом показатель не соответствует нержавейке. Это связано с тем, что нержавейка имеет в составе хром с концентрацией около 18%. Включение других химических элементов позволяет расширить область применения сплавов.
Какими характеристиками обладает сталь 40х13
Марка стали 40х13 обладает следующими характеристиками:
- Имеет мощную жаропрочность.
- Устойчивость к различным коррозиям.
- Считается абсолютно не ржавеющим материалом.
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:
- карбидные частицы;
- мартенситы;
- остаточные аустениты.
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.
Характеристика материала сталь 40Х
| Марка стали | сталь 40Х |
| Заменитель стали | сталь 45Х, сталь 38ХА, сталь 40ХН, сталь 40ХС, сталь 40ХФ, сталь 40ХР |
| Классификация стали | Сталь конструкционная легированная ГОСТ 4543-71 |
| В Компании ГП «Стальмаш» Вы можете купить сталь 40Х в следующих видах металлопроката: круг ст 40Х ГОСТ 2590-2006 (ГОСТ 2590-88) круг (пруток) стальной горячекатаный круг ст 40Х ГОСТ 7417-75 круг (пруток) калиброванный шестигранник ст 40Х ГОСТ 2879-2006 (ГОСТ 2879-88) шестигранник горячекатаный шестигранник ст 40Х ГОСТ 8560-78 шестигранник калиброванный лист ст 40Х ГОСТ 19903-74 прокат листовой горячекатаный | |
| Применение стали 40Х | оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности. |
Химический состав в % материала сталь 40Х
| C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu |
| 0.36 — 0.44 | 0.17 — 0.37 | 0.5 — 0.8 | до 0.3 | до 0.035 | до 0.035 | 0.8 — 1.1 | до 0.3 |
Температура критических точек материала сталь 40Х
Ac1 = 743 , Ac3(Acm) = 782 , Ar3(Arcm) = 730 , Ar1 = 693
Механические свойства при Т=20oС материала сталь 40Х
| Сортамент | Размер | Напр. | sв | sT | d5 | y | KCU | Термообр. |
| — | мм | — | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | — |
| Диск | Танг. | 570 | 320 | 17 | 35 | 400 | ||
| Пруток | Ж 28 — 55 | Прод. | 940 | 800 | 13 | 55 | 850 | |
| Пруток | Ж 25 | 980 | 785 | 10 | 45 | 590 | Закалка 860oC, масло, Отпуск 500oC, вода, |
| Твердость материала сталь 40Х после отжига , | HB 10 -1 = 217 МПа |
Физические свойства материала сталь 40Х
| T | E 10- 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
| Град | МПа | 1/Град | Вт/(м·град) | кг/м3 | Дж/(кг·град) | Ом·м |
| 20 | 2.14 | 7820 | 210 | |||
| 100 | 2.11 | 11.9 | 46 | 7800 | 466 | 285 |
| 200 | 2.06 | 12.5 | 42.7 | 7770 | 508 | 346 |
| 300 | 2.03 | 13.2 | 42.3 | 7740 | 529 | 425 |
| 400 | 1.85 | 13.8 | 38.5 | 7700 | 563 | 528 |
| 500 | 1.76 | 14.1 | 35.6 | 7670 | 592 | 642 |
| 600 | 1.64 | 14.4 | 31.9 | 7630 | 622 | 780 |
| 700 | 1.43 | 14.6 | 28.8 | 7590 | 634 | 936 |
| 800 | 1.32 | 26 | 7610 | 664 | 1100 | |
| 900 | 26.7 | 7560 | 1140 | |||
| 1000 | 28 | 7510 | 1170 | |||
| 1100 | 28.8 | 7470 | 120 | |||
| 1200 | 7430 | 1230 | ||||
| T | E 10- 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
Технологические свойства материала сталь 40Х
| Свариваемость: | трудносвариваемая. |
| Флокеночувствительность: | чувствительна. |
| Склонность к отпускной хрупкости: | склонна. |
Зарубежные аналоги материала сталь 40ХВнимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги
| США | Германия | Япония | Франция | Англия | Евросоюз | Италия | Бельгия | Испания | Китай | Швеция | Болгария | Венгрия | Польша | Румыния | Чехия | Австралия | Юж.Корея | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| — | DIN,WNr | JIS | AFNOR | BS | EN | UNI | NBN | UNE | GB | SS | BDS | MSZ | PN | STAS | CSN | AS | KS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначения:
| Механические свойства : | |
| sв | — Предел кратковременной прочности , |
| sT | — Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), |
| d5 | — Относительное удлинение при разрыве , |
| y | — Относительное сужение , |
| KCU | — Ударная вязкость , |
| HB | — Твердость по Бринеллю , |
| Физические свойства : | |
| T | — Температура, при которой получены данные свойства , |
| E | — Модуль упругости первого рода , |
| a | — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) , |
| l | — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , |
| r | — Плотность материала , |
| C | — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), |
| R | — Удельное электросопротивление, |
| Свариваемость : | |
| без ограничений | — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки |
| ограниченно свариваемая | — сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке |
| трудносвариваемая | — для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг |
Марочник стали и сплавов
Химический состав стали
Как ранее было отмечено, химический состав стали 40Х определяется маркировкой. Однако, она не отображает весь состав. Сталь марки 40Х характеризуется следующими особенностями:
- Показатель концентрации углерода в составе находится в пределе от 0,36% до 0,44%. Отметим, что более точный показатель выдержать производители не могут по причине сложности процесса получения металла.
- Хром является основным легирующим элементом, его в металле содержится 0,8-1,1%.
- Процесс производства сплава определяет то, что в металл включается никель, кремний и марганец. Их концентрация не больше 1%, но даже незначительное количество приводит к изменению эксплуатационных характеристик.
- В составе есть вредные элементы, к примеру, фосфор и сера. Их концентрация строго регламентирована.
- Также в состав включается медь, но ее около 0,035%. Именно поэтому концентрация этого элемента не изменяет основные эксплуатационные характеристики.
Химический состав стали 40х по ГОСТ
Рафинирование структуры различными легирующими элементами проводится при применении сильных раскислителей, после чего вводится шлак, обрабатываемый кремнием и углеродом.
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.
Сталь 40х13 в печи для закаливания
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.
Температура закалки и отпуска стали 40х13
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.
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.
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.
Характеристики стали марки 40х13
Химический состав ножевой стали 40Х13 представлен на следующей диаграмме:
Закалка данного материала производится при температуре 1030-1050oC, при ковке же металл приходится нагревать до 1200оС. 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/м3.
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:
- осей
- втулок
- валов
- корпусов
- лопастей турбин
- болтов
- гаек
- 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.
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.
Применение сплава
Основное предназначение использования стали 40 х 13 – это изготовление недорогих, но достаточно прочных кухонных ножей. Все товары из такого сплава отлично подходят для применения в бытовых условиях, так как он практически никогда не покроется ржавчиной. Кроме того, достаточно просто точить ножи, которые сделаны из такой марки стали. Их очень удобно использовать, а также ухаживать за ними.
Преимуществом сплава стало еще и то, что он не только достаточно острый, чтобы успешно резать любые продукты питания, но он еще и полностью безопасен в экологическом плане, что и позволяет применять его на кухне.
Еще одно направление использования такой стали – это изготовление скальпелей медицинского типа. Возможно производство также других деталей, таких как пружины, подшипники и другие. Единственное отрицательное качество этого материала – это низкая устойчивость к воздействию агрессивной окружающей среды, а также высокой температуры. По этим причинам такая сталь не подходит для применения при сварке, к примеру.
Многие мастера задумываются о том, как . В первую очередь речь идет, конечно же, о стали. В последнее время российский рынок наводнила дешевая китайская продукция. Металл низкого качества часто красиво выглядит, но отличается мягкостью. Для того чтобы металлический инструмент был пригоден к применению, сталь должна быть твердой. Эта проблема обычно успешно решается при помощи соответствующей термической обработки – закалки.
