Температура плавления стали 40х13 и расшифровка марки

Среди большого количества физических свойств металлов отметим температуру плавления. Этот показатель учитывается при изготовлении самых различных изделий, к примеру, ножа или подшипников. Самой востребованной сталью для изготовления медицинских скальпелей, ножей, пружин и других предметов считается сталь 40х13. Она обладает всеми необходимыми свойствами и характеристиками.

Температура плавления металла

Сталь 40×13 относится к хромистым нержавеющим металлам. Ее основные эксплуатационные свойства определены особым химическим составом. Температура плавления – физическая характеристика, которая определяет температуру перехода металла из твердого состояния в жидкое. При изменении аморфного состояния материал практически не меняет свой объем, то есть на процесс перестроения кристаллической решетки атмосферное давление не оказывает влияние.

Рассматриваемый физический показатель во много зависит от химического состава. Некоторые элементы могут понижать или повышать температуру плавления. Сталь 40х13 (ГОСТ также определяет незначительную концентрацию примесей, не отраженных в маркировке) имеет довольно высокую концентрацию легирующих элементов, которые обеспечивают высокую коррозионную стойкость. Расшифровка марки проводится следующим образом:

  • Довольно высокая концентрация углерода (от 0,36 до 0,45%) определяет высокую твердость поверхности.
  • Антикоррозионные качества обеспечиваются концентрацией хрома в пределе 12—14%.
  • В составе есть не более одного процента марганца и кремния, а также некоторые вредные примеси.

Сталь 40х13, характеристики которой определили применение в самых различных областях промышленности, может эксплуатироваться при температуре до 500 градусов Цельсия. Кроме этого, 40х13, термообработка этой марки позволяет повысить основные качества, относится к классу среднеплавких материалов.

Классификация сталей

Температура плавления металлов может варьировать в довольно большом диапазоне. Для плавки некоторых требуется специальное оборудование, другие можно преобразовать в жидкообразную субстанцию при применении обычной печи. Классификация стали по температуре плавления следующая:

  1. Легкоплавкие – температура плавления доходит до 600 градусов Цельсия. В эту группу можно отнести олово, цинк или висмут. Подобные материалы можно без особого труда расплавить без применения специального оборудования.
  2. Среднеплавкие – изменение состояния материала происходит при температуре от 600 до 2019 градусов Цельсия. В данную группу относится медь, олово, алюминий или железо. Эта группа получила наибольшее распространение. В нее можно включить также некоторые нержавейки, к примеру, 40х или другие сплавы с небольшой концентрацией хрома, а также конструкционная сталь 55 или аналоги.
  3. Тугоплавкие – смена состояния происходит при более 2019 градусов Цельсия. Как правило, в эту группу входят металлы, которые имеют в составе примеси хрома, вольфрама или титана в большой концентрации. Примером можно назвать маркировку х40 или х30сrх13, 4х13. В состав металлов добавляется большое количество хрома для его защиты от воздействия повышенной влажности или некоторых химических веществ. Именно поэтому нержавейки, обладающие высокими антикоррозионными свойствами, имеют высокой тугоплавкостью. В эту группу можно отнести металлы, называемые медицинскими.

Интересным моментом назовем то, что единственным металлом, который находится в жидком состоянии при обычной температуре окружающей среды, является ртуть. Это связано с тем, что она превращается в жидкость уже при температуре -39 градусов Цельсия.

Область применения

Температура плавления во много определяет то, при каком нагреве металл начинает терять свои основные свойства: твердость (hrc), пластичность и другие. Сталь 40 х, характеристики которой можно встретить во многих методических описаниях, уже при нагреве до 350 градусов Цельсия начинает становиться более пластичной. Это не позволяет использовать этот металл, 13х или другие аналоги при создании изделий, которые эксплуатируются в сложных условиях.

Довольно большое распространение в последнее время получили металлы, которые получили маркировку aisi. Эти материалы являются улучшенными версиями обычных нержавеек: большая устойчивость к коррозии, твердость и другие качества. За счет проведения термической обработки изменяется структура материала.

Сегодня производится просто огромное количество различных металлов и сплавов, которые обладают уникальными эксплуатационными качествами. Примером можно назвать металлы s290 и хв6. Как правило, область применения ограничивается стоимостью производства материала, так как для изготовления неответственных деталей никто не использует дорогой металл. К примеру, s290 можно использовать для изготовления ножа, но сплав существенно повысит конечную стоимость изделия.

Отзывы о стали

Марка 40х13 обладает хорошими качествами, использовал в виде листового металла для обшивки рабочей части станка по дереву

Виктор

Ковкость 40х13 очень низкая, в домашних условиях этот материал не обработать

Михаил

Сталь 40х13 очень хороша тем, что даже после длительной эксплуатации на поверхности не появилась коррозия

Алексей

  • Нелегированные стали
  • Легированные стали
  • Нержавеющие стали
  • 08Х13
  • 12Х13
  • 20Х13
  • 30Х13
  • 40Х13
  • 12Х17
  • 95Х18
  • 08Х18Н10Т
  • 12Х18Н10Т
  • 14Х17Н2
  • 20Х23Н18
  • 10Х17Н13М2Т
  • 06ХН28МДТ

Марка стали — 40Х13

Стандарт — ГОСТ 5632

Заменитель — 30Х13

Сталь 40Х13 содержит углерода в среднем 0,4%, Х13 — указывает содержание хрома в стали примерно 13%. Сталь легированная, коррозионно-стойкая.

Нержавеющая сталь 40Х13 применяется после закалки и низкого отпуска со шлифованной и полированной поверхностью, обладает повышенной твердостью.

Из нержавеющей стали 40Х13 изготовляют режущий, мерительный и хирургический инструмент, втулки, оси, валы, пружины, рессоры, цапфы, карбюраторные иглы, клапанные пластины компрессоров, лопасти, бандажи паровых турбин, диски, болты, гайки, предметы домашнего обихода и другие детали, работающие при температуре до 400-450°С, а также детали, работающие в коррозионных средах.

Массовая доля основных химических элементов, %
C — углерода Si — кремния Mn — марганца Cr — хрома
0,36-0,45 Не более 0,80 Не более 0,80 12,00-14,00
Температура критических точек, °С
Ac1 Ac3 Ar1 Ar3
820 870 780
Технологические свойства
Ковка Температура ковки, °С: начала 1200, конца 850. Сечения до 200 мм подвергаются низкотемпературному отжигу.
Свариваемость Не применяется для сварных конструкций
Обрабатываемость резанием В закаленном и опущенном состоянии при HB 340 и σв = 730 МПа:
Kv твердый сплав = 0,6
Kv быстрорежущая сталь = 0,4
Физические свойства Температура испытаний, °С
20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Модуль нормальной упругости E, ГПа 214 208 202 194 185 173 160
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа
Плотность ρn, кг/м3 7650 7630 7600 7570 7540 7510 7480 7450 7420
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м*К) 25 26 27 28 29 29 29 28 28 29
Удельное электросопротивление ρ, нОм*м 786 830 890 950 998 1046 1122
20-100 20-200 20-300 20-400 20-500 20-600 20-700 20-800 20-900 20-1000
Коэффициент линейного расширения α*106, K-1 10,7 11,5 11,9 12,2 12,5 12,8 13,0 13,2
Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К) 452 477 502 528 553 678 620 666 691
  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2
  5. 1

(0 голосов, среднее: 0 из 5)

Классификация хромистых нержавеющих сталей

Сталь 08Х13Сталь 12Х13 Сталь 20Х13
Сталь 30Х13. По своим свойствам и применению сталь 30Х13 аналогична стали 40Х13. Коррозионная стойкость стали 30Х13 несколько выше, чем у стали 40Х13, а прочностные характеристики — несколько ниже.

Применение стали 40Х13

Сталь 40Х13 применяют:

  • как коррозионностойкий материал с высокой твердостью для:
    — режущего, измерительного и хирургического инструментов;
    — пружин, подшипников и других изделий, работающих на износ в слабоагрессивных средах;
    — бытовых приборах и предметах домашнего обихода.;
  • как жаропрочный и жаростойкий материал при работе до 400-450 °С для крепежных изделий, валов, упругих элементов, испытывающих воздействие слабоагрессивных сред, например, при переработке нефти.

Сталь 40Х13 не сваривается.

Химический состав стали 40Х13

Сталь 40Х13 входит в группу сталей типа Х13 вместе со сталями 08Х13, 12Х13, 20Х13 и 30Х13. Занимает свой интервал по содержанию углерода — от 0,36 до 0,45 %, количества остальных легирующих элементов и примесей — такие же, как и у других сталей типа Х13 (таблица 1). 

Таблица 1 — Химический состав стали 40Х13 по ГОСТ 5632-72Структурный класс стали 40Х13 по ГОСТ 5632-72

Мартенситный. 

Превращения и микроструктура стали 40Х13

  1. При нагреве сталь 40Х13 имеет полиморфное альфа-гамма превращение в интервале температур от 820 °С (Ас1) до 880 (Ас3).
  2. При нагреве несколько выше температуры точки Ас3 структура стали состоит из аустенита и карбидов хрома типа Cr23C6. Полное растворение карбидов происходит при 950-1000 °С.
  3. Сталь 40Х13 имеет наилучшую коррозионную стойкость после закалки с температуры, которая обеспечивает полное растворение карбидов. 
  4. Сталь 40Х13 имеет достаточно высокую прокаливаемость: закалка деталей может производиться при охлаждении в масле или на воздухе.
  5. В стали 40Х13 перед перлитным превращением аустенита из него выделяются карбиды Cr23C6. После обеднения аустенита по углероду  происходит перлитное превращение аустенита.
  6. Интервал мартенситного превращения в стали 40Х13 составляет 270-80 °С. При закалке с температур 980-1000 °С происходит практически полное превращение аустенита в мартенсит. 
  7. Промежуточное (бейнитное) превращение в стали 40Х13 отсутствует.
  8. Отпуск закаленной стали 40Х13 приводит к распаду мартенсита на феррито-карбидную смесь. С повышением температуры отпуска твердость стали 40Х13 снижается. При отпуске в интервале 480-520 °С происходит существенное снижение пластичности и ударной вязкости из-за развития процессов отпускной хрупкости.
  9. Сталь 40Х13 в зависимости от заданной твердости применяют или после низкотемпературного отпуска при 200-400 °С, или после высокого отпуска при 600-650 °С. Для промежуточных температур отпуска характерно снижение коррозионной стойкости.

Сортамент стали 40Х13

Из стали 40Х13 производят следующую продукцию:

  • лист толстый по ГОСТ 7350-77;
  • лист тонкий по ГОСТ 5582-75;
  • лента и подкат по ГОСТ 4986-78;
  • сортовой прокат по ГОСТ 5949-75;
  • проволока по ГОСТ 18143-72.

Механические свойства стали 40Х13

  1. По ГОСТ 5582-75 сталь 40Х13 после смягчающей термической обработки в виде отжига или отпуска при 740-800  °С должна иметь предел прочности при растяжении не менее 560 МПа и относительное удлинение не менее 15 %.
  2. По ГОСТ 5949-75 твердость горячекатаной, кованой, калиброванной и шлифованной стали  40Х13 в отожженном или отпущенном состояниях должна составлять 229-143 НВ.

 Механические свойства стали 40Х13 при повышенных температурах

 Влияние повышения температуры на механические свойства стали 40Х13 после закалки с 2019 °С и отпуска при 600 °С показано в таблице 2.  

Таблица 2 — Механические свойства стали 40Х13
при повышенных температурахКоррозионная стойкость стали 40Х13

Сталь 40Х13 обладает после закалки и низкого отпуска хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях (кроме морской атмосферы), слабых растворах азотной кислоты при умеренных температурах, речной и водопроводной воде.

 Коррозионная стойкость стали 40Х13 существенно зависит от качества поверхности изделий. Рекомендуется применять шлифованную и полированную поверхность.

 Специальные свойства стали 40Х13

 При работе стали 40Х13 в водороде предельные допустимые параметры атмосферы составляют 600 °С и 80 МПа.

 Плотность стали 40Х13 — 7,68 г/см3.

 Технологические параметры стали 40Х13

 Сталь 40Х13 имеет хорошую технологичность при горячей пластической деформации. Температурный интервал горячей пластической деформации составляет от 2019 до 850 °С. Сталь 40Х13 склонна к образованию при больших скоростях нагрева и охлаждения. Поэтому нагрев под прокатку и ковку проводят медленно до 830 °С. После горячей деформации применяют медленное охлаждение.

 Холодная пластическая деформация стали 40Х13 ограничена. В качестве смягчающей термической обработки после горячей или холоной пластической деформации применяют отжиг при 750-800 °С с последующим охлаждением с печью до 500 °С и далее на воздухе. Окончательной термической обработкой является закалка с 950-1000 °С с охлаждением в масле или на воздухе на заданную твердость и коррозионную стойкость.  

Источники:
Ульянин Е. А. Коррозионные стали и сплавы, 1991.
Гуляев А
. П. Металловедение, 1986.

Стальные колесные диски

Нержавеющая сталь 40Х13 является одним из современных продуктов металлургии. Она разработана в качестве нового материала с неповторимыми свойствами. Одной из характерных особенностей его является сложность при термообработке, однако именно данная процедура способствует улучшению качеств металла. Технические характеристики обусловлены не тщательно выверенным соотношением компонентов, а закалкой и прочими способами обработки материала температурой. Мягкость стали 40Х13 не является причиной невозможности заточки, поэтому он используется в промышленности и быту.

Холодная прокатка практически не осуществляется. Смягчает обработку после пластической деформации отжиг при температуре 750-800 градусов, а также охлаждение в печи и на воздухе с постепенным понижением температуры с 500 градусов до нормальных условий. После этого осуществляется закалка при температуре 950-1000 градусов с последующим охлаждением в масляной ванне или на воздухе. Это обеспечивает твердость и антикоррозионные качества материала.

Вернуться к содержанию

Расшифровка

Расшифровка стали 40Х13 позволяет получить основную информацию о материале:

  • 40 – 0,4% углерода;
  • Х13 – 13% хрома.

Вернуться к содержанию

Химсостав

В некоторых случаях наименование стали выглядит по-другому: 4Х13. Она относится к устойчивым к действию коррозии материалам, способным сохранять свои качества при эксплуатации в условиях повышенных температур. В качестве альтернативного металла российского производства выступает 30Х13 с уменьшенным количеством углерода. В состав стали 40Х13 входят:

  • углерод в количестве 0,4%;
  • хром – 13%;
  • примеси и вспомогательные элементы – до 0,8%.

Из данного материала можно изготовить:

  • пружинные механизмы, крепежи, валы подшипников;
  • детали для работы при воздействии агрессивных веществ и при t < 450 градусов;
  • инструменты, используемые в медицине;
  • детали для резки;
  • измерительный инструментарий.

Для изготовления нержавеющей стали 40Х13 используются индукционные печи, плавление состава осуществляется при t = 1500-1600 С. Это гарантирует деформацию компонентов и соединение их между собой. Чтобы исключить дефекты стали, применяются различные типы и температура обработки. Максимальный эффект от использования металла в сложных условиях работы наблюдается при шлифовке поверхности.

Ограничение на изготовление деталей распространяется только на те конструкции, которые в будущем будут подлежать сварке.

Вернуться к содержанию

Свойства

Сталь 40Х13 характеризуется технологичностью при горячей пластической деформации, при этом температура должна быть в пределах 850-1100 градусов. Несоблюдение правил обработки может привести к потере металлом части особенностей и характеристик, например, твердости. Для исключения такого риска предусматривается небольшая скорость нагрева. Температура 830 градусов позволяет осуществлять прокатку или ковку. Остывание также должно происходить медленно. Холодная деформация может привести к нарушению целостности материала и появлению ряда других дефектов, поэтому она практически не используется.

По характеристикам нержавеющая сталь 40Х13 похожа на углеродистую, однако разная микроструктура является причиной повышенной сложности обработки первого типа металла. При фрезеровке и заточке основными проблемами являются:

  • малая износостойкость материала;
  • удаление отходов обработки;
  • упрочнение, обусловленное резкой.

Механическая обработка предполагает образование спиралевидной стружки. Это требует использования стружколомов, в которые монтируется режущий инструмент.

Малая теплопроводность стали марки 40Х13 является преимуществом во время эксплуатации, а при заточке – причиной увеличения трудозатрат. При обработке происходит локальное повышение температуры, что приводит к развитию наклепа и упрочнению. В результате долговечность изделия снижается, а последующая обработка становится более сложной.

Карбидные и прочие соединения в составе приводят к увеличению размера зерна. При обработке металла происходит выход из строя инструмента для заточки, что увеличивает продолжительность обработки. Чтобы свести такие риски к минимуму, обычно используют инструмент с нанесенным слоем карбида вольфрама или подобного по свойствам состава.

Марка 40Х13 характеризуется максимальной устойчивостью к коррозии после закалки при температуре, обеспечивающей полное растворение карбидов. При увеличении температуры отпуска прослеживается обратный эффект, что обусловлено образованием карбидов хрома. Устойчивость к коррозии 30Х13 выше, чем 4Х13. Отпуск при 600 градусах является причиной кратковременного снижения устойчивости к корродированию. Однако данный эффект исчезает при дальнейшем отпуске. При этом антикоррозионные свойства стали в закаленном и низкоотпущенном состоянии остаются более высокими.

Наибольшая эффективность от использования материала обеспечивается при термообработке посредством отпуска при 200-400 градусах или 600-650 градусах. В последнем виде металл принадлежит к разряду конструкционных.

Вернуться к содержанию

Технические характеристики

Первостепенные характеристики стали 40Х13 представлены:

жаростойкостью до 600 градусов;
твердостью по НВ 143-229 МПа;
температурой ковки и плавления 1500-1600 градусов;
удельным весом 7680 кг/м3;
мартенситным превращением 270-80 градусов.

Для сварных конструкций металл не используется.

Вернуться к содержанию

Цена

Цена стали 40Х13 составляет порядка 225 руб. за кг. Окончательная стоимость определяется на основании объема заказа.

Вернуться к содержанию

Применение

Особенности материала позволяют использовать его в авиастроении. Это обусловлено высокой прочностью, устойчивостью к перепадам температуры, малым весом. Материал используется для изготовления деталей двигателей, а также для создания отдельных частей фюзеляжа.

Еще одно наименование стали – ножевая. При мягкости материала можно обеспечить повышение его твердости до 57 HRC путем термообработки. Поэтому одной из областей применения стали 40Х13 является изготовление ножей. Они могут использоваться дома, на охоте, рыбалке и т.д. Это обусловлено отсутствием коррозии на изделии, а также простотой ухода.

Вернуться к содержанию

Сортамент

В качестве основных прокатных элементов выпускается:

  • листовой материал (Госстандарт 5582-75),
  • пруток (Госстандарт 18907-73),
  • проволока (Госстандарт 18143-72).

Вернуться к содержанию

Термообработка

В состав металла после закалки входят аустениты, мартенситы, карбиды. При t > 2019 С значительно снижается твердость, что обусловлено приближением материала к аустенитному состоянию. При t < 500 С твердость снова становится высокой, что обусловлено минимальным количеством карбидов.

Термообработка стали 40Х13 имеет свои особенности, которые являются гарантом приобретения основных технических качеств, в т.ч. устойчивости к действию коррозии. Последним этапом является закалка при t = 950-1000 градусов и охлаждение в масляной ванне или на воздухе. При выполнении требований к обработке и последовательности проведения операций гарантируется повышение твердости и антикоррозионных качеств.

Вернуться к содержанию

Аналоги

К иностранным аналогам стали 40Х13 относятся:

  • китайская 4С13;
  • польская 4Н13;
  • шведская 2304, 2314;
  • немецкая 1.4031;
  • американская 420.

Стоит посмотреть также следующие марки:

  • 40ХН;
  • 12Х18Н10Т;
  • М390.