Машиностроение, приборостроение, станкостроение и другие области промышленности в процессе производства используют огромное количество материалов как классических, известных десятки и сотни лет, так и совершенно новых, современных. К числу классических и широко распространенных материалов относится сталь. Классификация сталей по химическому составу предусматривает их разделение на легированные (с введением легирующих элементов, обеспечивающих сплаву необходимые механические и физические свойства) и углеродистые.
Сталь 40х относится к конструкционным легированным сплавам. Слово «конструкционная» указывает на то, что материал используется для изготовления разнообразных механизмов, конструкций и деталей, применяемых в машиностроении и строительстве, и обладает определенным набором химических, физических и механических свойств.
Химический состав
Цифра 40 в маркировке свидетельствует о том, что процентное содержание углерода в сплаве колеблется в пределах от 0.36 до 0.44, а буквенное обозначение х указывает на наличие легирующего элемента хрома в количестве не менее 0.8 и не более 1.1 процента. Легирование стали хромом придает ей свойство устойчивости к коррозии в окислительной среде и атмосфере. Говоря другими словами, сталь приобретает нержавеющие свойства. Кроме того, хром определяет структуру сплава, его технологические и механические характеристики.
Остальные химические элементы входят в состав стали х 40 в следующем количестве:
- не более 97% железа;
- 0,5 — 0,8% марганца;
- 0,17 — 0,37% кремния;
- не более 0,3% меди;
- не более 0,3% никеля;
- не более 0,035% фосфора;
- не более 0,035% серы.
Физические характеристики
Почти все физические свойства металлов прямо или обратно пропорционально зависят от температуры. Такие показатели, как удельное сопротивление, коэффициент линейного расширения и удельная теплоемкость возрастают с ростом температуры, а плотность стали, ее модуль упругости и коэффициент теплопроводности, наоборот, падают при увеличении температуры.
Еще одна физическая характеристика, называемая массой, не зависит практически ни от чего. Образец можно подвергать термической обработке, охлаждать, обрабатывать, придавать ему различную форму, а масса при этом будет оставаться величиной неизменной.
Физические показатели всех известных марок отечественных сталей и сплавов, в том числе и описываемой марки, сведены в таблицы и размещены в справочниках по металловедению.
Влияние термической обработки на качество
Сталь в исходном состоянии представляет собой довольно пластичную массу и поддается обработке путём деформирования. Ее можно ковать, штамповать, вальцевать.
Для изменения механических свойств и достижения необходимых качеств применяется термическая обработка металла. Суть термической или тепловой обработки заключается в применении совокупности операций по нагреву, выдержке и охлаждению твердых металлических сплавов. В результате такой обработки сплав изменяет свою внутреннюю структуру и приобретает определенные, необходимые производителю и потребителю, свойства.
Критические точки
Критические точки — это температуры, при которых изменяется структура стали и ее фазовое состояние. Вычислены в 2019 году русским металлургом и изобретателем Дмитрием Константиновичем Черновым, поэтому иногда их называют точками Чернова.
Обозначают такие точки буквой А. Нижняя точка А1 соответствует температуре, при которой аустенит превращается в перлит при охлаждении или перлит в аустенит при нагреве. Точка А3 — верхняя критическая точка, соответствующая температуре, при которой начинается выделение феррита при охлаждении или заканчивается его растворение при нагреве.
Если критическая точка определяется при нагреве, то к букве «А» добавляется индекс «с», а при охлаждении — индекс «r».
Для данной стали определена следующая температура критических точек:
- 743*С — Ас1;
- 815*С — Ас3;
- 730*C — Аr3;
- 693*C — Ar1.
Алгоритм термообработки стали и сплавов:
-
![]()
отжиг: - закалка;
- отпуск;
- нормализация;
- старение;
- криогенная обработка.
отжиг:Термообработка для стали 40х. Характеристика температурного режима в соответствии с требованиями ГОСТ 4543–71:
- закалка стали 40х в масляной среде при температуре 860*С;
- отпуск в воде или масле при температуре 500*С.
В результате такой термической обработки данная сталь приобретает повышенную твердость (число твердости НВ не более 217), высокий предел прочности при разрыве (980 Н/м2) и ударную вязкость 59 Дж/см2.
Предел текучести
Говоря о механических свойствах, нужно обязательно упомянуть о такой важной характеристике, как предел текучести. Если приложенная нагрузка слишком велика, то конструкция или ее детали начинают деформироваться и в металле возникают не упругие (полностью исчезающие, обратимые), а пластические (необратимые остаточные) деформации. Говоря другими словами, металл «течет».
Предел текучести — это граница между упругими и упругопластическими деформациями. Значение предела текучести зависит от множества факторов: режима термической обработки, наличия примесей и легирующих элементов в стали, микроструктуры и типа кристаллической решетки, температуры.
В металловедении различают понятия физического и условного предела текучести.
Физический предел текучести — это такое значение напряжения, при котором деформация испытываемого образца увеличивается без увеличения приложенной нагрузки. В справочниках эта величина обозначается σт и для марки 40х ее значение не менее 785 Н/мм2 или 80 КГС/мм2.
Следует отметить, что пластические (необратимые) деформации появляются в металле не мгновенно, а нарастают постепенно, с увеличением приложенной нагрузки. Поэтому, с точки зрения технологии, уместнее применение термина «условный (технический) предел текучести».
Условным (или техническим) пределом текучести называется напряжение, при котором опытный образец получает пластическое (необратимое) удлинение своей расчетной длины на 0.2%. В таблицах эта величина обозначается как σ 0,2 и для стали 40х составляет:
- при температуре от 101 до 200*С — 490 МПа;
- при температуре от 201 до 300*С — 440 МПа;
- при температуре от 301 до 500*С — 345 МПа.
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.
Ассортимент металлопроката
Сталь 40х производится и поставляется на рынок в следующем виде:
- сортовой прокат (в том числе фасонный) по ГОСТам 4543−71, 2591−2006, 2590−2006, 10702−78 и 2879−2006;
- серебрянка и шлифованный пруток по ГОСТу 14955−77;
- пруток калиброванный по ГОСТам 8559−75, 7417−75, 1051−73 и 8560−78;
- полоса по ГОСТам 82−70, 103−2006 и 1577−93;
- трубы по ГОСТам 13663−86, 8731−74, 8733−74;
- поковки по ГОСТу 8479−70;
- лист толстый по ГОСТам 19903−74и1577−93.
Известно достаточное количество отечественных (40ХР, 40ХС, 40ХН, 40ХФ, 38ХА, 45Х) и зарубежных аналогов описываемой марки стали.
Область применения
Благодаря своим свойствам сталь 40х широко применяется в различных областях промышленности. Ее используют при изготовлении кулачковых и коленчатых валов, осей и полуосей, штоков, плунжеров, вал-шестерней, шпинделей, колец, оправок, болтов, реек, втулок и других деталей, к прочности которых предъявляются повышенные требования. Также используется эта сталь для изготовления конструкций, эксплуатируемых в условиях низких температур внешней среды, например, при сооружении авто- и железнодорожных мостов в северных широтах.
- 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 | — |
Цена
Коррозионно-стойкая жаропрочная сталь 40Х13
Марка 40Х13 – назначение
Коррозионно-стойкая жаропрочная сталь 40Х13 мартенситного класса используется для изготовления высокопрочных износостойких деталей, работающих в коррозионных средах или при температурах до 4500С – оси, втулки, пружины, корпусы, лопасти, цапфы, бандажи, турбин, рессоры, диски, иглы карбюраторов, крепеж, другие изделия. Стойкость к образованию окалины при длительном сроке эксплуатации до 6000С.
Сталь 40Х13 – отечественные аналоги
|
Марка металлопроката |
Заменитель |
|
40Х13 |
30Х13 |
Материал – характеристики
|
Марка |
Классификация |
Вид поставки |
ГОСТ |
Зарубежные аналоги |
|
40Х13 |
Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная |
Сортовой прокат |
5949–75 |
есть |
|
Прутки |
18907–73 |
|||
|
Лист тонкий |
5582–75 |
|||
|
Проволока |
18143–72 |
Марка 40Х13 – технологические особенности
Термообработка
|
Режим |
Охлаждающая среда |
t, 0С |
Выдержка, ч |
|
Закалка |
воздух |
1030–1050 |
|
|
Нагрев |
530 |
2 |
Ковка
Сварка
|
Свариваемость |
|
для сварных конструкций не применяется |
Резка
|
Исходные данные |
Обрабатываемость резанием Ku |
|||
|
Состояние |
HB, МПа |
sB, МПа |
твердый сплав |
быстрорежущая сталь |
|
закаленное отпущенное |
340 |
≥735 |
0,6 |
0,4 |
Коррозионная стойкость
|
Вид коррозии |
t |
Длительность испытания |
Среда |
Балл или группа стойкости |
|
0С |
ч |
|||
|
Общая |
20 |
720 |
H2SO4 (концентрированная) |
1 |
|
40 |
24 |
H2SO4 |
4 |
|
|
20 |
720 |
Аммиак (24%) |
1 |
Для увеличения стойкости к коррозии рекомендуется закалку и отпуск проводить при t=250–3000С.
Сталь 40Х13 – химический состав
Массовая доля элементов не более, %:
|
Кремний |
Марганец |
Никель |
Сера |
Углерод |
Фосфор |
Хром |
|
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,025 |
0,35–0,44 |
0,035 |
12–14 |
Материал 40Х13 – механические свойства
|
Сортамент |
ГОСТ |
Размеры – толщина, диаметр |
Режим термообработки |
t |
KCU |
y |
d5 |
sT |
sв |
|
мм |
0С |
кДж/м2 |
% |
% |
МПа |
МПа |
|||
|
Лист |
5582–75 |
Отжиг |
740–800 |
15 |
550 |
||||
|
Пруток заданной прочности |
18907–73 |
10 |
590–810 |
||||||
|
Проволока |
18143–72 |
10–14 |
640–880 |
Твердость, Мпа
|
Сортамент |
ГОСТ |
Термообработка |
HB 10-1 |
|
Прокат |
Закалка |
460–550 |
|
|
Отпуск |
|||
|
Пруток |
5949–75 |
143–229 |
Температура критических точек, 0С
|
Критические точки |
Ac1 |
Ar1 |
|
Температура |
800 |
780 |
Чувствительность к охрупчиванию при старении
|
t |
Время |
KCU |
|
0C |
ч |
Дж/см2 |
|
Исходное состояние |
21 |
|
|
470 |
2019 |
22 |
Марка 40Х13 – физические свойства
|
t |
r |
R 109 |
E 10-5 |
l |
a 106 |
C |
|
0С |
кг/м3 |
Ом·м |
МПа |
Вт/(м·град) |
1/Град |
Дж/ (кг·град) |
|
20 |
2019 |
590 |
2.18 |
25 |
461 |
|
|
100 |
2019 |
650 |
2.14 |
26 |
10.8 |
482 |
|
200 |
2019 |
710 |
2.06 |
27.2 |
11.9 |
523 |
|
300 |
2019 |
790 |
1.98 |
28.3 |
12.3 |
565 |
|
400 |
2019 |
860 |
1.88 |
29.1 |
13 |
607 |
|
500 |
2019 |
940 |
1.76 |
29.1 |
13.6 |
674 |
|
600 |
2019 |
2019 |
1.63 |
29.1 |
13.5 |
775 |
|
700 |
2019 |
2019 |
1.48 |
28.3 |
13.8 |
988 |
|
800 |
2019 |
2019 |
1.4 |
27.9 |
14.6 |
825 |
|
900 |
2019 |
28.5 |
691 |
Сталь 40Х13 – точные и ближайшие зарубежные аналоги
|
Англия |
Германия |
Евросоюз |
Испания |
Италия |
Китай |
||||||||||||||||||||
|
BS |
DIN, WNr |
EN |
UNE |
UNI |
GB |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Польша |
США |
Франция |
Чехия |
Швеция |
Япония |
|||||||
|
PN |
— |
AFNOR |
CSN |
SS |
JIS |
|||||||
|
Материал 40Х13 – область применения
Сталь марки 40Х13 используют в машиностроении для изготовления деталей с высокой износостойкостью/ прочностью, работающих в коррозионных средах или при температурах до 4500С.
Условные обозначения
|
HRCэ |
HB |
KCU |
y |
d5 |
sT |
sв |
|
МПа |
кДж / м2 |
% |
% |
МПа |
МПа |
|
|
Твердость по Роквеллу |
Твердость по Бринеллю |
Ударная вязкость |
Относительное сужение |
Относительное удлинение при разрыве |
Предел текучести |
Предел кратковременной прочности |
|
Ku |
s0,2 |
t-1 |
s-1 |
|
Коэффициент относительной обрабатываемости |
Условный предел текучести с 0,2% допуском при нагружении на значение пластической деформации |
Предел выносливости при кручении (симметричный цикл) |
Предел выносливости при сжатии-растяжении (симметричный цикл) |
|
N |
число циклов деформаций/ напряжений, выдержанных объектом под нагрузкой до появления усталостного разрушения/ трещины |
|
Без ограничений |
Ограниченная |
Трудно свариваемая |
|
|
Подогрев |
нет |
до 100–1200С |
200–3000С |
|
Термообработка |
нет |
есть |
отжиг |
|
R |
Ом·м |
Удельное сопротивление |
|
r |
кг/м3 |
Плотность |
|
C |
Дж/(кг·град) |
Удельная теплоемкость |
|
l |
Вт/(м·град) |
Коэффициент теплопроводности |
|
a |
1/Град |
Коэффициент линейного расширения |
|
E |
МПа |
Модуль упругости |
|
t |
0С |
Температура |
Купить металлопрокат из коррозионно-стойкой жаропрочной стали 40Х13 в Санкт-Петербурге Вы можете по телефону + 7 (812) 703-43-43. Специалисты компании «ЛенСпецСталь» оформят заказ, сориентируют по сортаменту, ценам, условиям доставки.
