Температура плавления стали 40х13: особенности расшифровки марки, физические характеристики металла

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.

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

ч

Общая

20

720

H2SO4 (концентрированная)

1

40

24

H2SO4
(р-р 63,4%)

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

мм

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

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

1.4031

1.4034

X38Cr13

X39Cr13

X40Cr13

X42Cr13

X46CM3

X46Cr13

1.4031

1.4034

X39Cr13

X40Cr13

X41Cr13

F.3404

F.3405

X40Cr13

X45Cr13

X40Cr14

X41Cr13KU

X46Cr13

Польша

США

Франция

Чехия

Швеция

Япония

PN

AFNOR

CSN

SS

JIS

X40Cr14

Z33C13

Z38C13M

Z40C13

Z40C14

Z44C14

Z50C14

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

Механические свойства

HRCэ

HB

KCU

y

d5

sT

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


Свариваемость

Без ограничений

Ограниченная

Трудно свариваемая

Подогрев

нет

до 100–1200С

200–3000С

Термообработка

нет

есть

отжиг


Физические свойства

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

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.