Виды отпуска стали
Главный технический параметр ОС — это температура нагрева. Различают 3 типа ОС — высокий, средний и низкий. Конечно, высокотемпературный отпуск является оптимальным средством обработки, поскольку чем выше температура нагрева, тем более активно будет происходить рекристаллизация металла. Однако низко- и среднетемпературные способы обработки также имеют практическую пользу, которую не стоит недооценивать. Ниже мы рассмотрим каждый тип ОС по отдельности.
Высокий
Высокий отпуск стали — это вариант отпускной обработки при температуре от 500 до 700 градусов. Данный способ является самым эффективным, поскольку при таком нагреве происходит полигонизация и рекристаллизация материала, что позволяет устранить все напряжения внутри металла. Обычно длится от 2 до 3 часов. В случае обработки сложных конструкций рекомендованное время может увеличиваться до 6 часов.
Главный недостаток высокотемпературного отпуска — это небольшое снижение прочности материала. Поэтому методика не годится для обработки деталей, которые во время эксплуатации будут испытывать сверхвысокую нагрузку
Высокотемпературная методика распространяется на все виды стали, однако обратите внимание, что в случае некоторых легированных сплавов во время обработки может возникнуть так называемая обратимая высокотемпературная хрупкость
Средний
Основная особенность среднего отпуска — активная диффузия углерода без полигонизации и рекристаллизации сплава. В случае среднетемпературной обработки улучшается упругость материала, повышается его релаксационная стойкость. Температура отпуска стали в данном случае находится в пределах от 350 до 500 градусов. Средний срок проведения обработки — 2-4 часа. Оптимальная среда — маслянистая или щелочная. Средняя обработка хорошо подходит для прочных деталей сложной формы — рессоры, пружины, ударные конструкции. Однако на практике данная технология используется редко в связи с рядом ограничений:
- В температурной диапазоне от 250 до 300 градусов находится так называемый островок хрупкости первого рода, которого следует избегать. Одновременно с этим при температуре выше 500 градусов находится другой островок хрупкости второго рода (его тоже рекомендуется избегать). Об особенностях этих островков мы расскажем ниже. А небольшое отклонение температуры в большую или меньшую сторону во время отпуска может привести к фатальным последствиям.
- Методика не имеет преимуществ в сравнении с альтернативными технологиями (низкой и высокой). Одновременно с этим слабые печи для обработки обычно не могут нагревать рабочую среду до таких температур, а более сильные печи могут нагреваться до более высоких температур, что неудобно с практической точки зрения.
Низкий
Низкий отпуск стали — методика обработки стального сплава или изделия, при которой нагрев осуществляется до температуры от 100 до 250 градусов. Срок обработки обычно составляет 1-3 часа в зависимости от типа детали, ее габаритов. Во время низкотемпературной обработки происходит диффузия частиц углеродистых компонентов без полигонизации и рекристаллизации атомной решетки. Это позволяет повысить некоторые физические характеристики материала — прочность, пластичность, твердость, химическую инертность.
Низкий отпуск — универсальная технология, однако по факту ее применяют в основном для отпуска изделий из низколегированных и высокоуглеродистых сталей (ножи, посуда, простые детали). Также нужно избегать нагрева материала выше температуры 250 градусов (в противном случае он попадет в островок хрупкости первого рода, что чревато необратимой порчей металла).
Сводная таблица
| Тип отпуска | Время | Температура отпуска стали | Краткие особенности |
| Низкий | 1-3 часа | От 100 до 250 градусов | Происходит только частичная диффузия углерода. Следует избегать перегрева материала выше отметки 250 градусов. |
| Средний | 2-4 часа | От 350 до 500 градусов | Происходит полная диффузия углерода без полигонизации, рекристаллизации. На практике используется редко из-за ряда ограничений. |
| Высокий | 2-3 часа | От 500 до 700 градусов | Происходит полная диффузия углерода, полигонизация, рекристаллизация. Немного снижает прочность материала, поэтому не применяется для сверхпрочных деталей. |
Как изготовить нож из стали 40Х13
Технология изготовления ножа из стали 40Х13 такая же, как для других марок сталей. Если делать свой первый клинок, то сталь 40Х13 нужна, чтобы освоить технологический процесс.
Заготовка должна быть откована, желательно заданной конфигурации. Процесс ковки упрочняет структуру, что хорошо скажется на свойствах режущей части.
На поковку наносится шаблон будущего лезвия, вырезается по контуру. Резка производится только в отпущенном состоянии заготовки, с одновременным охлаждением. Нельзя допускать перегрева при резании.
Предварительно обрабатываются и затачиваются кромки, плоскость до нужных размеров, сверлятся отверстия в рукоятке для установки крепления штифтов. Производится термообработка (закалка, отпуск) для придания твердости и пластичности.
Заготовка шлифуется с обязательным охлаждением. Перегрев отпустит сталь, уменьшит прочность. Полируется до блеска.
Изготовленная деревянная ручка устанавливается на штифтах. Ее клеят на эпоксидный клей, шлифуют до гладкости, чтобы хорошо сидела в руке, обрабатывают маслом. Масло защищает от влажности, придает деревянной ручке красивый вид. Окончательная шлифовка режущей кромки лезвия. Удобный и практичный нож готов.
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.
Особенности процесса закалки стали 40х
Особенности стали 40х, как указано выше, определяются богатым содержанием в ней примесей. Среди них, кроме основных рассмотренных, есть медь, марганец, никель, кремний, сера и фосфор. Все эти элементы в некотором смысле усложняют обработку такого металла, в том числе и термическую. Так, чтобы достичь нужной пластичности при закалке стали 40х, необходимо обеспечить сильный прогрев ее в муфельной печи до заданных температур. Остужать материал также нужно в определенном режиме для достижения необходимой твердости структуры.
Что нужно знать о материале, подбирая конкретный режим термообработки:
- Твердость металла в исходном состоянии, выраженная в мегапаскалях — HB 10-1 = 217.
- Температура так называемых точек критического значения. Это показатели нагрева до определенных градусов, после чего сталь 40х может потерять свои положительные качества: Ar1 = 693, Ar3(Arcm) = 730, Ac3(Acm) = 815, c1 = 743.
- Если температуру отпуска принять равной 200 градусов по Цельсию, то показатель твердости HB будет равен 552 МПа.
Закалка стали 40х однозначно ведет к увеличению ее твердости и снижению показателя пластичности. Но процентное соотношение этих показателей для такого металла будет зависеть от следующих факторов:
- Время, за которое будет нагрета деталь до заданной температуры, влияет на общие показатели скорости термической обработки.
- Интервал выдержки металла в разогретом состоянии. От этого показателя зависит равномерность прогрева всей структуры металла и приведение каждого звена кристаллической решетки в подвижное состояние.
- Скорость, с которой заготовка подвергается охлаждению. Важный параметр при формировании новой кристаллической решетки.
Технологические свойства стали 40Х13
Марка 40Х13 обладает хорошей технологичностью при проведении пластической деформации в горячем состоянии. Ее проводят при температуре от 850 до 1100 ºC. Но надо помнить что при резком нагреве, сталь может потерять ряд своих уникальных свойств, например, твердость. Именно поэтому процедуру нагрева необходимо проводить с небольшой скоростью. По достижении температуры 830 ºC можно выполнять прокат или ковку. Охлаждение стали необходимо также проводить медленно.
Ряд характеристик коррозионно-стойкой и углеродистой стали во многом схожи, в частности, в твёрдости. Но они имеют различную микроструктуру и это приводит к появлению определённых сложностей в процессе механической обработки.
Основные сложности, возникающие при точении и фрезеровании стали марки 40Х13 это:
- упрочнение, возникающие в процессе резания;
- удаление отходов обработки;
- ускоренный износ режущего инструмента.
Дело в том, что при обработке 40х13 резанием, стружка не ломается как у большинства углеродистых сталей, а завивается в виде длинной стружки. Для решения этой проблемы на режущий инструмент устанавливают специальные приспособления — стружколомы.
Низкая теплопроводность хороша при использовании 40Х13 на практике, но создаёт определённые сложности при точении. То есть в месте обработки резко поднимается температура, вследствие чего происходит образование наклёпа и неравномерное упрочнение поверхности. Такое свойство стали приводит к снижению ресурса режущего инструмента и увеличению обработки детали.
Еще одно свойство 40Х13 — это наличие в ее составе карбидных и других соединений, имеющих микроскопический размер. Их наличие делает сталь неким подобием абразива, который выводит режущий инструмент из строя и это приводит к замедлению обработки.
Для эффективной обработки нержавейки применяют режущий инструмент, на поверхность которого наносят карбид вольфрама и другие упрочняющие покрытия.
Существующие аналоги
Производством стали с аналогичными свойствами занимаются все развитые страны. В разных странах она имеет свою маркировку:
- в США это сталь, которая имеет маркировку AISI 420;
- в Германии аналогами нашей стали является целая линейка (от X38Cr13 до X46Cr13);
- Китай производит сталь под маркой 4С13;
- в Японии это сталь SUS 420J2;
- во Франции, тоже имеется целая линейка со схожими характеристиками. Это X40Cr14, Z33C13, Z38C13M, Z40C13, Z40C14, Z44C14, Z50C14.
Все эти аналоги имеют хорошие антикоррозийные показатели. Они могут длительное время выдерживать воздействие с такими слабоагрессивными жидкостями, как спиртосодержащие напитки, вино и даже коньячный спирт.
Процесс закалки
Процесс обработки высокой температурой стали 40Х и иного сплава называют закалкой. Стоит учитывать, что нагрев выполняется до определенной температуры, которая была определена путем многочисленных испытаний. Время выдержки, после которого проводится охлаждение, а также другие моменты можно узнать из специальных таблиц. Провести нагрев в домашних условиях достаточно сложно, так как в рассматриваемом случае нужно достигнуть температуры около 800 градусов Цельсия.
Химический состав стали 40Х
Результатом сильного нагрева и выдержки металла 40Х на протяжении определенного времени с последующим резким охлаждением в воде становится повышение твердости и уменьшение пластичности. При этом результат зависит от нижеприведенных показателей:
- скорости нагрева металла 40Х;
- времени выдержки;
- от скорости охлаждения.
При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.
Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.
Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:
- разогревается электропечь;
- следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
- время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
- завершающим этапом становится охлаждение в ванной с водой или другой жидкостью.
Определить самостоятельно момент, после которого следует охладить металл, в промышленных и домашних условиях невозможно. Именно поэтому по проведенным исследованиям было принято, что для нагрева металла в электропечах необходимо 1,5-2 минуты на один миллиметр, после чего структура может быть перегрета.
Определение твердости проводится по методу Роквелла. Улучшение, проведенное путем отпуска или закалки, можно измерить при помощи обозначения HRC. Стандартное обозначение HR, к которому проводится добавление буквы в соответствии с типом проведенного испытания. Обозначение HRC наиболее часто встречается, последняя буква означает использование алмазного конуса с углом 120 0 при испытании.
Отпуск и нормализация
Отпуск проводится непосредственно сразу после завершения закалки, так как есть большая вероятность возникновения трещин в структуре. Разогревается изделие в этом случае до точки ниже критической, проводится выдерживание на протяжении определенного промежутка времени и выполняется охлаждение. Отпуск обеспечивает улучшение структуры, устраняет напряжение и повышает пластичность, устраняет хрупкость стали 40Х.
Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
Различают три вида рассматриваемой термообработки:
- Низкий отпуск определяет разогрев поверхности до 250 °С с выдержкой и охлаждение на воздухе. Применяется для снятия напряжений и незначительного повышения пластичности практически без потери твердости. В случае конструкционного сплава применяется крайне редко.
- Средний отпуск позволяет нагревать изделие до 500 °С. В этом случае вязкость значительно повышается, а твердость снижается. Используют этот метод термообработки при получении пружин, рессор и некоторого инструмента.
- Высокий позволяет раскаливать деталь до 600 °С. В этом случае происходит распад мартенсита с образованием сорбита. Подобная структура представлена лучшим сочетанием прочности и пластичности. Также повышается показатель ударной вязкости. Используют этот метод термообработки для получения деталей, применяемых при ударных нагрузках.
Еще одним видом распространенной термообработки является нормализация. Зачастую нормализация проводится путем разогрева металла до верхней критической точки с последующей выдержкой и охлаждением в обычной среде, к примеру, на открытом воздухе. Проводят нормализацию для придания мелкозернистой структуры, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости.
Обработка материала
Термообработка стали 40 х 13 – это процедура, которая во многом определяет наличие положительных характеристик у сплава. После прохождения этого этапа, материал состоит из таких частиц, как карбиды, мартенситы, остаточные аустениты. Если во время температура будет превышать 1050 градусов по Цельсию, то будет образовываться больше аустенитных частиц. Это приведет к тому, что твердость стали 40х13 будет снижаться. Если понизить температуру плавки металла до 450-550 градусов по Цельсию, то можно получить такой эффект, как вторичная твердость. Это происходит из-за того, что при такой температуре начинает выделяться вещество, которое называется мелкодисперсным карбидом.
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.
Основные характеристики
Сталь 40Х13, иногда её обозначают как 4Х13, относят к коррозионно-стойким, жаропрочным маркам. Отечественным заменителем является сталь 30Х13. В химический состав этого материала входят:
- углерод до 0,45%;
- хром до 14%;
- остальные материалы (кремний, марганец и пр.) до 0,8%.
Такой состав позволяет изготавливать из этой стали следующую продукцию:
- режущий и мерительный инструмент;
- медицинский, в том числе и хирургический инструмент;
- элементы конструкций, работающих в слабых агрессивных средах.
- пружины, крепёжные изделия, валы подшипники, способные работать в агрессивных средах, в том числе и при температурах до 450 ºC.
Этот материал получают в открытых печах. Чаще всего применяют индукционные печи. Плавку стали производят при температурах от 850 до 110 градусов цельсия. Такой режим обеспечивает её полную деформацию. Для предотвращения образования трещин и других дефектов применяют различные температурные режимы, применяемые попеременно. Кстати, для применения деталей из марки 40Х13 в агрессивных средах, в целях повышения её стойкость к коррозионному воздействию, рекомендуется шлифовать их поверхность.
Среди импортных аналогов стали марки 40х13 можно назвать следующие:
- США — 420;
- Германия — 1.4031;
- КНР — 4С13.
ГОСТ
Металлургическая промышленность выпускает следующий сортамент — лист (ГОСТ 5582-75), пруток ГОСТ 18907-73, проволоку (ГОСТ 18143-72).
Структура
До процедуры
Сталь конструкционная до этапа закаливания имеет объемно-центрированную структуру. В процессе нагревания до уровня аустенита происходит изменение состояния структурной решетки железа с переходом в структуру гранецентрированную.
После
В образовавшейся пересыщенной структуре возникают внутренние напряжения
Гранецентрированная решетка превращается в однонапрвравленную тетрагональную структуру. Образовавшийся мартенсит имеет вид мелких игольчатых кристаллов, придающих стали высокие показатели прочности.
Одновременно два вида кристаллов мартенсита и аустенита начинают воздействовать друг с другом и создавать внутреннее напряжение. Прочность структуры связана с взаимной компенсацией этих кристаллов в момент активного влияния на металл внешних сил.
Достоинства и недостатки стали марки 40х
Положительные стороны:
- Высокая прочность, твердость.
- Устойчивость к образованию ржавчины.
- Высокий предел текучести.
- Устойчивость к механическим воздействиям.
Отрицательные стороны:
- Возможность образования флокенов. Этот недостаток свойственен многим видам сталей.
- Высокая отпускная хрупкость. После выполнения процесса закалки структура становится уязвимой к механическим нагрузкам.
- Плохая свариваемость. Из-за этого возникает сложности в изготовлении металлоконструкций из данного сплава.
- Высокий риск образования трещин, пустот внутри структуры при изготовлении отливок из стали.
Чтобы сделать сплав более восприимчивым к разным видам обработки, промышленными предприятиями проводится вакуумизация. Она позволяет снизить количество вредных компонентов состава. Готовые детали подходят для применения при низких температурах, на открытом воздухе.
Стальные листы (Фото: Instagram / polezhaeva999)
Типовые режимы термической обработки сталей (Таблица)
№ п/п
Марка стали
Твёрдость (HRCэ)
Температ. закалки, град.С
Температ. отпуска, град.С
Температ. зак. ТВЧ, град.С
Температ. цемент., град.С
Температ. отжига, град.С
Закал. среда
Прим.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
Сталь 20
57…63
790…820
160…200
920…950
Вода
2
Сталь 35
30…34
830…840
490…510
Вода
33…35
450…500
42…48
180…200
860…880
3
Сталь 45
20…25
820…840
550…600
Вода
20…28
550…580
24…28
500…550
30…34
490…520
42…51
180…220
Сеч. до 40 мм
49…57
200…220
840…880
<= 22
780…820
С печью
4
Сталь 65Г
28…33
790…810
550…580
Масло
Сеч. до 60 мм
43…49
340…380
Сеч. до 10 мм (пружины)
55…61
160…220
Сеч. до 30 мм
5
Сталь 20Х
57…63
800…820
160…200
900…950
Масло
59…63
180…220
850…870
900…950
Водный раствор
0,2…0,7% поли-акриланида
“–
840…860
6
Сталь 40Х
24…28
840…860
500…550
Масло
30…34
490…520
47…51
180…200
Сеч. до 30 мм
47…57
860…900
Водный раствор
0,2…0,7% поли-акриланида
48…54
Азотирование
<= 22
840…860
7
Сталь 50Х
25…32
830…850
550…620
Масло
Сеч. до 100 мм
49…55
180…200
Сеч. до 45 мм
53…59
180…200
880…900
Водный раствор
0,2…0,7% поли-акриланида
< 20
860…880
8
Сталь 12ХН3А
57…63
780…800
180…200
900…920
Масло
50…63
180…200
850…870
Водный раствор
0,2…0,7% поли-акриланида
<= 22
840…870
С печью до 550…650
9
Сталь 38Х2МЮА
23…29
930…950
650…670
Масло
Сеч. до 100 мм
<= 22
650…670
Нормализация 930…970
HV > 670
Азотирование
10
Сталь 7ХГ2ВМ
<= 25
770…790
С печью до 550
28…30
860…875
560…580
Воздух
Сеч. до 200 мм
58…61
210…230
Сеч. до 120 мм
11
Сталь 60С2А
<= 22
840…860
С печью
44…51
850…870
420…480
Масло
Сеч. до 20 мм
12
Сталь 35ХГС
<= 22
880…900
С печью до 500…650
50…53
870…890
180…200
Масло
13
Сталь 50ХФА
25…33
850…880
580…600
Масло
51…56
850…870
180…200
Сеч. до 30 мм
53…59
180…220
880…940
Водный раствор
0,2…0,7% поли-акриланида
14
Сталь ШХ15
<= 18
790…810
С печью до 600
59…63
840…850
160…180
Масло
Сеч. до 20 мм
51…57
300…400
42…51
400…500
15
Сталь У7, У7А
НВ <= 187
740…760
С печью до 600
44…51
800…830
300…400
Вода до 250, масло
Сеч. до 18 мм
55…61
200…300
61…64
160…200
61…64
160…200
Масло
Сеч. до 5 мм
16
Сталь У8, У8А
НВ <= 187
740…760
С печью до 600
37…46
790…820
400…500
Вода до 250, масло
Сеч. до 60 мм
61…65
160…200
61…65
160…200
Масло
Сеч. до 8 мм
61…65
160…180
880…900
Водный раствор
0,2…0,7% поли-акриланида
17
Сталь У10, У10А
НВ <= 197
750…770
40…48
770…800
400…500
Вода до 250, масло
Сеч. до 60 мм
50…63
160…200
61…65
160…200
Масло
Сеч. до 8 мм
59…65
160…180
880…900
Водный раствор
0,2…0,7% поли-акриланида
18
Сталь 9ХС
<= 24
790…810
С печью до 600
45…55
860…880
450…500
Масло
Сеч. до 30 мм
40…48
500…600
59…63
180…240
Сеч. до 40 мм
19
Сталь ХВГ
<= 25
780…800
С печью до 650
59…63
820…850
180…220
Масло
Сеч. до 60 мм
36…47
500…600
55…57
280…340
Сеч. до 70 мм
20
Сталь Х12М
61…63
1000…1030
190…210
Масло
Сеч. до 140 мм
57…58
320…350
21
Сталь Р6М5
18…23
800…830
С печью до 600
64…66
1210…1230
560…570 3-х кратн.
Масло, воздух
В масле до 300…450 град., воздух до 20
26…29
780…800
Выдержка 2…3 часа, воздух
22
Сталь Р18
18…26
860…880
С печью до 600
62…65
1260…1280
560…570 3-х кратн.
Масло, воздух
В масле до 150…200 град., воздух до 20
23
Пружин. сталь Кл. II
250…320
После холодной навивки пружин 30-ть минут
24
Сталь 5ХНМ, 5ХНВ
>= 57
840…860
460…520
Масло
Сеч. до 100 мм
42…46
Сеч. 100..200 мм
39…43
Сеч. 200..300 мм
37…42
Сеч. 300..500 мм
НV >= 450
Азотирование. Сеч. св. 70 мм
25
Сталь 30ХГСА
19…27
890…910
660…680
Масло
27…34
580…600
34…39
500…540
“–
770…790
С печью до 650
26
Сталь 12Х18Н9Т
<= 18
1100…1150
Вода
27
Сталь 40ХН2МА, 40ХН2ВА
30…36
840…860
600…650
Масло
34…39
550…600
28
Сталь ЭИ961Ш
27…33
1000…1010
660…690
Масло
13Х11Н2В2НФ
34…39
560…590
При t>6 мм вода
29
Сталь 20Х13
27…35
1050
550…600
Воздух
43,5…50,5
200
Как отпустить сталь самостоятельно
Для того чтобы отпустить сталь в домашних условиях с целью снятия внутреннего напряжения, ее марку знать необязательно — достаточно нагрева до температуры не выше 200 ºC и выдержки в этих условиях не менее часа. Если же планируется отпустить стальное изделие для снижения твердости и повышения вязкости, то для определения температурных режимов отпуска знание марки стали необходимо.
На самом деле это не такая сложная задача, как может показаться. В учебниках по термообработке и на интернет-сайтах достаточно таблиц с перечнями изделий и марками стали, из которых они изготавливаются, а часто даже и с температурными режимами их закалки и отпуска (см. таблицу выше).
Для нагрева своей детали можно использовать практически любой источник тепла: от духовки кухонной плиты до газовой горелки или самодельного горна. Важным моментом является температура разогрева. В принципе, ее можно определить по цветовым таблицам побежалости, появляющейся на горячем металле, которые также легко найти в интернете.
Это старинный проверенный метод, известный еще с древних времен, но он требует некоторого опыта, т. к. его главные недостатки — это субъективность восприятия цвета и его зависимость от внешнего освещения. Для новичка лучшим решением будет использование терморегулятора плиты или обычного мультиметра с термопарой.
Отпуск и нормализация
Чтобы в структуре стали не образовывались микротрещины, технологией процесса предусмотрена операция отпуска после закалки. На этом этапе изделие разогревают до температуры, которая имеет более низкое значение, чем температура критической точки. Здесь также происходит выдержка материала в течение определенного интервала времени в таком состоянии. Далее следует охлаждение изделия. Все внутренние напряжения после проведения этих мероприятий нейтрализуются, структура кристаллической решетки улучшается, пластичность увеличивается. Для марки стали 40х можно применить три вида отпуска:
- Отпуск на низких температурах предполагает прогрев детали до предела 250 градусов по Цельсию с выдержкой. Остужают заготовку на открытом воздухе. Термообработка такого характера способствует нейтрализации напряжений при минимальном увеличении пластичности без влияния на твердость. Используется метод редко, так как велика вероятность образования хрупкой структуры.
- Отпуск на средних температурах. Прогрев здесь идет до 500 градусов по Цельсию. За счет более высокой температуры возрастает вязкость изделия с пропорциональным снижением твердости. Метод подходит для изготовления автомобильных рессор, пружин, другого специфического инструмента.
- Отпуск на высоких температурах с увеличением прогрева до 600 градусов по Цельсию. В этом случае внутри кристаллической решетки распадается мартенсит, образуя при этом сорбит. На практике это лучший вариант пропорционального соотношения пластичности и твердости. Ударная вязкость при этом также возрастает. Детали, полученные таким образом, можно применять в механизмах, подверженных воздействию ударных нагрузок.
Чтобы избежать повышенной хрупкости при отпуске, охлаждение при этом процессе следует делать быстро в специальной вакуумной камере с системой продувки аргоном. Последние два условия помогут избежать возникновения внутренних дефектов в структуре материала, а именно образования раковин, полостей и деформаций.
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
Основной областью применения стали 40ХН является производство деталей для механизмов, эксплуатируемых в условиях постоянной нагрузки, когда механизмы работают при больших скоростях скольжения и высокой вибрации. К примеру, такие как: соединительные трубки и муфты для механизмов в нефтедобывающей промышленности, поршневые шатуны, оси, и валы. Зубчатые колеса, гидроцилиндровые штоки и тому подобные детали также изготавливают из стали 40ХН, так как она обеспечивает высокое качество конечного продукта.
Буровой вал из стали 40ХН
Цильпебс стальной, произведенный из марки 40ХН
И даже такие серьезные детали, как трубопроводная арматура, роторные, коленчатые и редукторные валы, применяющиеся при авиастроении, детали двигателей воздушного охлаждения и исполинских деталей, работающих при температурах свыше 500 градусов по Цельсию, изготавливаются из этого материала.
Толщина у стенок изделия, состоящего из этого материала, не должна превышать порог в 120 миллиметров.
Технологические свойства стали 40Х13
Марка 40Х13 обладает хорошей технологичностью при проведении пластической деформации в горячем состоянии. Ее проводят при температуре от 850 до 1100 ºC. Но надо помнить что при резком нагреве, сталь может потерять ряд своих уникальных свойств, например, твердость. Именно поэтому процедуру нагрева необходимо проводить с небольшой скоростью. По достижении температуры 830 ºC можно выполнять прокат или ковку. Охлаждение стали необходимо также проводить медленно.
Ряд характеристик коррозионно-стойкой и углеродистой стали во многом схожи, в частности, в твёрдости. Но они имеют различную микроструктуру и это приводит к появлению определённых сложностей в процессе механической обработки.
Основные сложности, возникающие при точении и фрезеровании стали марки 40Х13 это:
- упрочнение, возникающие в процессе резания;
- удаление отходов обработки;
- ускоренный износ режущего инструмента.
Дело в том, что при обработке 40х13 резанием, стружка не ломается как у большинства углеродистых сталей, а завивается в виде длинной стружки. Для решения этой проблемы на режущий инструмент устанавливают специальные приспособления — стружколомы.
Низкая теплопроводность хороша при использовании 40Х13 на практике, но создаёт определённые сложности при точении. То есть в месте обработки резко поднимается температура, вследствие чего происходит образование наклёпа и неравномерное упрочнение поверхности. Такое свойство стали приводит к снижению ресурса режущего инструмента и увеличению обработки детали.
Еще одно свойство 40Х13 — это наличие в ее составе карбидных и других соединений, имеющих микроскопический размер. Их наличие делает сталь неким подобием абразива, который выводит режущий инструмент из строя и это приводит к замедлению обработки.
Для эффективной обработки нержавейки применяют режущий инструмент, на поверхность которого наносят карбид вольфрама и другие упрочняющие покрытия.
Защита изделия от внешних воздействий
Нередки ситуации, когда приходится решать проблему защиты стали от вредных воздействий, которые могут быть созданы в результате появления окалины или потери углерода. В качестве решения этой проблемы могут выступить специальные газы, которые подаются в печи, где размещена обрабатываемая деталь. Но следует помнить, что подобная процедура может быть выполнена при условии, что печь имеет герметичную конструкцию. Чаще всего в качестве источника газа используется специальный генератор, топливом для которого выступают углеводородные газы, например, метан
При проведении полной закалки металлической заготовки важно обеспечить ей защиту. В некоторых ситуациях нет возможности подвести газ. Тогда эту операцию можно проводить в герметичной таре
Герметиком здесь может выступать глина, способная исключить проникновение внутрь воздуха. Но еще до начала этой процедуры рекомендуется покрыть заготовку слоем чугунной стружки
Тогда эту операцию можно проводить в герметичной таре. Герметиком здесь может выступать глина, способная исключить проникновение внутрь воздуха. Но еще до начала этой процедуры рекомендуется покрыть заготовку слоем чугунной стружки.
Отпуск и нормализация
Отпуск проводится непосредственно сразу после завершения закалки, так как есть большая вероятность возникновения трещин в структуре. Разогревается изделие в этом случае до точки ниже критической, проводится выдерживание на протяжении определенного промежутка времени и выполняется охлаждение. Отпуск обеспечивает улучшение структуры, устраняет напряжение и повышает пластичность, устраняет хрупкость стали 40Х.
Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
Различают три вида рассматриваемой термообработки:
- Низкий отпуск определяет разогрев поверхности до 250 °С с выдержкой и охлаждение на воздухе. Применяется для снятия напряжений и незначительного повышения пластичности практически без потери твердости. В случае конструкционного сплава применяется крайне редко.
- Средний отпуск позволяет нагревать изделие до 500 °С. В этом случае вязкость значительно повышается, а твердость снижается. Используют этот метод термообработки при получении пружин, рессор и некоторого инструмента.
- Высокий позволяет раскаливать деталь до 600 °С. В этом случае происходит распад мартенсита с образованием сорбита. Подобная структура представлена лучшим сочетанием прочности и пластичности. Также повышается показатель ударной вязкости. Используют этот метод термообработки для получения деталей, применяемых при ударных нагрузках.
Еще одним видом распространенной термообработки является нормализация. Зачастую нормализация проводится путем разогрева металла до верхней критической точки с последующей выдержкой и охлаждением в обычной среде, к примеру, на открытом воздухе. Проводят нормализацию для придания мелкозернистой структуры, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости.
Читать также: Какую светодиодную ленту выбрать для основного освещения
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
