Меню

Сварка стали 40х13 технология

Технические характеристики стали 40Х13

Сталь 40Х13 относится к группе жаропрочных легированных сплавов с высокой коррозионной стойкостью. Она не теряет свои качества и в условиях эксплуатации при повышенных температурах. Благодаря отличным механическим свойствам ее широко применяют в производстве недорогих кухонных ножей.

Сфера применения

Материал отличается повышенной устойчивостью при вибрациях и переменных нагрузках, существующих в узлах машин и оборудования. Характеристики стали 40Х13 делают ее востребованной:

  • в авиационной промышленности;
  • машиностроении;
  • металлообработке;
  • производстве оборудования для разных отраслей промышленности;
  • изготовлении бытовых приборов, кухонных ножей.

Сплав используют для производства:

  • режущего и хирургического инструмента – ножей, медицинских скальпелей;
  • лопастей для турбин;
  • измерительных механизмов;
  • износостойких узлов – подшипников, крепежей, пружин;
  • деталей механизмов, работающих в слабоагрессивных средах;
  • приспособлений, эксплуатируемых при повышенных температурах;
  • элементов для бытовых приборов, используемых в домашнем хозяйстве.

Ножи и скальпели, изготовленные из сплава, удобны в использовании, они прекрасно затачиваются и не ржавеют. Среди рыбаков и дайверов особой популярностью пользуются ножи из стали 40х13 с характеристикой 55 HRC.

Сталь 40Х13 выпускается в виде:

  • прокатного листа или ленты;
  • сортового проката заданных размеров;
  • проволоки разной толщины.

Единственным недостатком сплава считается подверженность воздействию агрессивных сред и высоких температур, что делает его непригодным для любого вида сварки.

Состав материала

Расшифровка марки стали 40Х13 свидетельствует о ее химическом составе:

  • первые цифры слева обозначают содержание углерода, главного элемента в сплаве, придающего ему твердость – 0,36-0,44%;
  • следующий знак «Х» указывает на основную легирующую добавку – хром, концентрация которого составляет – 12-14%.

Хром придает сплаву устойчивость к воздействию среды, в которой она будет эксплуатироваться, при концентрации выше 13% делает его нержавеющим. Он также влияет на механические свойства сплава и его структуру. По химическому составу сталь 40Х13 относится к среднеуглеродистым сплавам группы Х13 и имеет соответствующее содержание других легирующих элементов;

  • кремния – не более 0,8%;
  • марганца – 0,5-0,8%;
  • меди и никеля – по 0,3%.

Никель повышает прочность и пластичность материала, кремний увеличивает упругость и показатель электрического сопротивления. Как и в других сплавах на основе железа, в нем присутствуют небольшие примеси:

Характеристики, применение стали 40Х13 устанавливается ГОСТом 5632-72, который распространяется на тонколистовой жаропрочный прокат. Сортамент, выпускаемый металлургической промышленностью, состоит:

  • из прутка с ГОСТом 18907-73;
  • прокатного листа, ГОСТ – 5582-75;
  • проволоки с ГОСТом 18143-72.

Импортные аналоги выпускаются с маркировкой:

  • 420 – Соединенные Штаты;
  • 1.4031 – Германия;
  • 4С13 – Китай;
  • SUS420J2 – Япония;
  • X40Cr14 – Франция;
  • 420S45 – Великобритания.

Физические и механические свойства

Химический состав определяет характеристики стали 40Х13:

  • твердость после закалки НВ 10-1 – 460-550 МПа;
  • предел кратковременной прочности – 55-880 МПа, в зависимости от назначения;
  • предел текучести при 20о С – 910 МПа;
  • относительное удлинение при разрыве – 10-15%;
  • ударная вязкость – 59 Дж/см2;
  • модуль упругости при 20 о С, Е 10-5 – 2,18 МПа;
  • теплоемкость – 25 Вт/(м*град);
  • плотность – 7650 кг/м3;
  • удельное сопротивление при 20оС, R 109 – 590 Ом*м.
Читайте также:  Выберите крупнейший в россии комбинат по выплавке стали новокузнецкий

Исходный материал достаточно пластичен и хорошо поддается ковке и вальцеванию. При дальнейшей термической обработке изменяются внутренняя структура стали и ее механические свойства. После процессов закалки и низкого отпуска материал приобретает довольно высокую коррозионную устойчивость в обычных атмосферных условиях, слабокислых растворах и воде, не считая морской. Чтобы повысить стойкость к более агрессивным средам, поверхность изделий шлифуют.

Особенности термической обработки

Тепловая обработка металла заключается в совокупности последовательных операций по нагреву, выдержке и охлаждению стали при определенной температуре. От нее во многом зависят особенности внутренней структуры и свойства стали 40Х13. Поэтому температурные режимы процессов закалки и отпуска подбираются в зависимости от дальнейшего применения сплава.

Разные температурные режимы

Например, для требований ГОСТа 4543-71 сплав 40Х13 подвергается закалке при температуре 860 градусов. Операция проводится в масляной среде с последующим отпуском при 500 градусах. В итоге сплав приобретает высокие характеристики твердости и прочности на разрыв. Если температурный режим отпуска будет нарушен, снизится ударная вязкость.

Для отжига используют нагрев до 700-800 и последующее медленное охлаждение в печи до 500 градусов. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе. В этом случае образуется стабильная равновесная структура металла.

В интервале температур 850-1100 градусов демонстрирует хорошие технологические свойства при пластической деформации. При быстром нагреве и охлаждении возможно возникновение внутренних напряжений, образующих трещины. Однако при чересчур медленном охлаждении возрастает хрупкость сплава. Поэтому для ковки применяют режимы медленного нагрева до 830 градусов с последующим спокойным охлаждением в песке или печи.

Сталь, которая предназначена для изготовления хирургических инструментов, закаливают в режиме 1020-1040 градусов. Охлаждение производится в щелочи при 350 градусах. После такой обработки повышаются упругость и прочность изделий.

Закалка поверхностного слоя

Одним из видов термической обработки является нагрев поверхности деталей высокочастотными токами. Этот способ особенно удобен при закалке поверхностного слоя изделий. Она необходима для тех деталей, которые испытывают нагрузки трения и качения, в механизмах с элементами трубопроводной арматуры, если их толщина составляет более 15 мм. Поверхностная закалка токами высокой частоты позволяет увеличить твердость изделия до 36,5 HRC.

Виды механической обработки

Марка стали 40Х13 выдерживает разные виды механической обработки. Но при этом могут возникнуть определенные трудности:

  • во время сверления происходит повышение прочности поверхностного слоя из-за дополнительного нагрева;
  • при обработке на станке закручивается металлическая стружка, для удаления которой устанавливают специальные приспособления;
  • снижается износоустойчивость режущей кромки из-за повышения температуры при соприкосновении с деталью;
  • при заточке ножей появляется металлический наплыв, нарушающий равномерность поверхности кромки;
  • сварка не входит в число доступных видов механической обработки.

Преимущества и недостатки

Главным преимуществом стали 40Х13 является высокая стойкость к коррозии, которая максимально увеличивает срок эксплуатации изделий. Изделия из этого сплава обладают множеством достоинств:

  • высокими параметрами твердости, приближенными к максимальным;
  • устойчивостью к ударным нагрузкам и деформациям;
  • химической стойкостью;
  • удобством в использовании;
  • легкостью заточки инструментов;
  • доступной стоимостью.
Читайте также:  Чеснокодавилка из нержавеющей стали своими руками

Среди недостатков материала можно отметить:

  • возможность небольшой деформации при ударных нагрузках;
  • подверженность воздействию агрессивных сред и высоких температур.

Несмотря на некоторые недостатки, присущие любому продукту, изделия из стали 40Х13 пользуются широким спросом на рынке.

Источник

Какой сваркой варить сталь 40Х: к какой сварной группе она относиться и почему требует особого подхода?

Сталь 40Х – это конструкционная углеродистая легированная сталь. Свои качества сталь 40Х приобретает после закалки и последующего отпуска.

Особенности и требования, предъявляемые к стали 40Х

Вся выпускаемая металлопродукция, и сталь 40Х в том числе, должна соответствовать требованиям государственных стандартов.

ГОСТ 4543 от 2016 года определяет состав и требуемые эксплуатационные качества материала.

Для каждого вида изделий из этой стали существуют свои ГОСТы, которые регламентируют особенности всего выпускаемого ассортимента.

Сталепрокатная промышленность выпускает из марки стали 40Х три вида заготовок: круг, шестигранник и лист.

Свойства и состав

Требуемые свойства этот сорт стали имеет, благодаря своему химическому составу:

  • железо (до 97%);
  • кремний;
  • марганец;
  • никель;
  • сера;
  • фосфор;
  • медь;
  • хром.

Буква Х говорит о наличии легирующего элемента – хрома (0,8-1,1%), что повышает стойкость стали к коррозии. 40 – это показатель концентрации углерода (0,44%).

Наряду с плюсами у этой марки есть и недостатки, которые нужно знать и учитывать при работе с изделиями из нее:

  • хрупкость, восприимчивость к ударной нагрузке;
  • плохая свариваемость.

По степени свариваемости структуры сталь 40Х относится к 4 группе.

Применяется для изготовления:

  • валов – шестерен редукторов;
  • зубчатых колес редукторов;
  • листовой металл применяется для штамповок;
  • листами обшиваются каркасные конструкции;
  • трубы: отопительные системы и транспортировка жидкостей;

Также используется в сфере машиностроения, транспорта, при строительстве железнодорожных мостов и т. д.

Способы сварки стали 40Х. Чему отдать предпочтение?

Основной проблемой при сварке такой стали являются появление трещин и внутренних дефектов.

Сваривать данный металл можно тремя видами сварки:

  • электродуговой;
  • электрошлаковой;
  • контактно-точечной.

Для снижения возможных появлений трещин обязательно выполняются следующее шаги:

  1. Предварительная термообработка.
  2. Подогрев в процессе сварки.
  3. При контактно-точечной сварке также выполняется термообработка в заключение.

Электродуговая сварка

Сварочные швы выполняются за счет горения электрической дуги.

  • зажигание дуги – касанием электрода о металл детали;
  • поддержание длины дуги во время работы;
  • перемещение электрода вдоль сварного шва.

Сварочное соединение деталей из стали 40Х ведется постоянным током обратной полярности, когда соединение электрода с «плюсом», а изделия – с «минусом». Такое подключение клемм обеспечивает быстрый и значительный нагрев самой зоны соединения, а деталь практически не нагревается.

Выделяется три варианта электродуговой сварки:

  1. Ручная дуговая. Это самый простой и доступный метод для домашнего мастера или в небольшой мастерской, где не требуется большой ответственности по качеству. Он не требует специальной подготовки. Минимальный набор оборудования: специальный электрод для легированных сталей Э85 УОНИ – 13/85, имеющий покрытие с пониженным содержанием водорода; сварочные трансформаторы и выпрямители либо сварочные инверторы.
  2. Электродуговая с аргоном, являющаяся самым применяемым и качественным способом сваривания стали 40Х. Для защиты места сварки от газов, содержащихся в воздухе, применяется защита аргоном. Аргоновая дуговая сварка – это промышленный вариант соединения легированной стали. Может быть полуавтоматической и автоматической. Присадочный материал применяется той же марки, что и свариваемый металл.
  3. Газовая сварка с помощью ацетилена. Это более дешевый и простой способ, чем аргоновая сварка, но менее надежный. Он не подходит для толстых листов, и это усложняет работу.
Читайте также:  Рассчитать вес заготовки из стали

Электрошлаковая сварка

Это бездуговой метод. Источником тепла служит флюс, находящийся между свариваемыми изделиями и нагреваемый проходящим через него электротоком.

Шлак-флюс защищает зону кристаллизации от окисления и насыщения водородом. Этот метод защищает соединяемые детали от образования трещин.

ЭШС выполняется снизу вверх, чаще при вертикальном расположении свариваемых деталей и с зазором между ними.

Контактно-точечная сварка

При такой сварке детали зажимаются в электродах сварочной машины или специальных сварочных клещах. Проходя между электродами, электрический ток разогревает металл деталей в месте их соединения до температуры плавления.

Далее ток отключается и происходит сильное сжатие электродов с деталями – проковка. В таком положении детали остывают и получается сварное соединение.

Электроды для КТС изготавливаются из высокоэлектропроводных сплавов, чтобы сопротивление контакта электрод-деталь было минимальным.

В месте соединения деталей сопротивление наибольшее и нагрев протекающими токами происходит именно там.

Разогрев и расплавление стали под воздействием тока приводит к образованию литого ядра сварной точки. Это и есть принцип работы КТС.

Технология сварного соединения изделий

Шаг 1. Подготовка металлических деталей:

  • подгонка по размеру, по форме;
  • зачистка металла от окисления и ржавчины.

Шаг 2. Подготовка кромок металла под сварку. Этот пункт особенно актуален при работе с толстыми заготовками (более 3 мм):

  • ширина зазора 1-2 мм;
  • угол разделки 45-60 0 ;
  • погон стыков у деталей разной толщины.

Шаг 3. Подготовка инструментов и оборудования:

  • требование к материалу сварочной проволоки и электрода: состав их должен как можно ближе соответствовать свариваемой марке стали;
  • для соединения сварочным методом стали 40Х удобно пользоваться техническими таблицами по выставлению величины тока в зависимости от толщины свариваемых поверхностей и размера электрода.

Шаг 4. Прогрев деталей до начала сваривания.

Сталь 40Х является чувствительной к перепадам температур и образованию трещин из-за этого. Прогревать деталь нужно газовой горелкой перед любым видом сварки.

Шаг 5. Точечно прихватить соединяемые части.

Чтобы избежать деформации или сдвига свариваемых деталей, практично сделать точечный прихват по всей длине планируемого сварного шва.

Шаг 6. Сварочный процесс выбранным методом.

Шаг 7. Прогрев сваренных деталей.

После сваривания прогрев нужен для снятия напряжения в деталях и выпаривания остатков водорода. Эта процедура особенно важна при контактно-точечной сварке.

Источник

Adblock
detector