Закалка и отпуск стали 40Х13

Технология закалки стали 40Х13

Нержавейка 40Х13, состав которой должен подходить требованиям ГОСТ 5632, изготавливается в сортаменте катаных прутьев и листов по ГОСТ 5949. Специфические эксплуатационные особенности этой стали обуславливают высокий уровень требований к качеству её термообработки.

Состав, применение и свойства

Сталь 40Х13 выделяется очень высоким содержанием хрома (от 12 до 14%), при минимально допустимом процентном содержании марганца (до 0,8%). Никель, в большинстве случаев добавляемый в стали мартенситного класса, в этой стали отсутствует. Это понижает опасность образования карбидов по границам зёрен, и содействует стабильности механических параметров.

Приводимый дальше комплекс механических параметров позволяет относить этот материал к сталям очень высокой жаропрочности:

• при температуре в 200 °С частой эксплуатации изделий, которые сделаны из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 960 МПа, при пределе текучести 830 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 500 кДж/м 2 ;
• при температуре в 400 °С частой эксплуатации изделий, которые сделаны из стали 40Х13, предел временного сопротивления составляет не менее 795 МПа, при пределе текучести 685 МПа, и коэффициенте ударной вязкости 750 кДж/м 2 .

Технологичные свойства 40Х13

Аналогичным образом, эта сталь выделяется очень высокой стойкостью против вибрации и знакопеременных нагрузок, появляющихся в узлах и деталях оборудования, рабочие температуры которого превышают 300…350 °С. К числу подобных деталей относятся мерительные устройства, применяемые в ковочно-штамповочном производстве, ответственные детали компрессорных установок, пружины, нагретые до 75 °С. Порой из этого материала делают и деформирующие инструменты, к примеру, отрезные ножи горячештамповочных автоматов.

Все перечисленные сфере использования просят от материала очень высокой прочности и твёрдости. Между тем относительно сталей мартенситного класса это комбинирование получить очень сложно, потому как при очень высокой твёрдости изделия становятся довольно хрупкими, и при ударных нагрузках предрасположены к трещинообразованию.

Выбор благоприятного режима термообработки

В зависимости от определенных производственных условий, сталь термически отделывают по двум вариантам:

1. Нормализацией при температуре выдержки 1050…1100 °С, с дальнейшим высоким отпуском с 600…650 °С. Нормализация стабилизирует структуру стали, уменьшает кол-во остаточного аустенита, и делает лучше обрабатываемость на металлорежущих станках. Это дает возможность применять эту технологию термические обработки для получения заготовок ступенчатых валов и осей, работающих преимущественно в средах с высокой влагой, а еще в условиях коррозионно-механического износа.
2. Ступенчатой закалки с высоким отпуском. Длительность и кол-во циклов закалки зависит от необходимой верхней твёрдости и конечной микроструктуры. Закалка стали 40Х13 по этому методу делается для изделий, которые в процессе собственной эксплуатации иногда подвержены ударным нагрузкам.

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагревании

При подборе режима термические обработки очень важно понимать, что сталь 40Х13 штампуется при температурном интервале 950…1150 °С: собственно в этом диапазоне материал обладает самой большой ковкостью.

В любых ситуациях сталь прежде чем начинать обработку подвергают отжигу. Это связано с такими характерностями:

• наличием карбидов хрома, которые появляются в процессе горячей прокатки заготовок. Они сосредотачиваются на границах зёрен вокруг ключевой, более гибкой структуры;
• присутствием цементита, который по структуре и габаритам зерна выделяется от любого их карбидов хрома. Это вызывает остаточные напряжения растяжения, уменьшающие крепость;
• опасности лишнего количества остаточного аустенита, который также увеличивает твёрдость и уменьшает эластичность;
• подверженности этой стали к деформационному упрочнению во время пластической деформации.

Опытным путём установлено, что для получения самой лучшей макроструктуры режим отжига должен быть следующим: нагрев до 690…730 °С, с выдержкой до полного прогрева сечения детали и дальнейшим охлаждением одновременно с печью до 500…550 °С (дальше – на воздухе). Остаточная структура – зернистый перлитовый песок, которые благоприятно выделяется собственной стабильностью, равновесностью и наличием очень маленького зерна.

Технология термические обработки

Нормализация стали 40Х13 применяется реже, по большей части, после горячей штамповки/ковки, когда слиток или заготовка нагревались до максимально допустимых температур. При долгом нагреве убыстряется рост зерна, что нежелательно с точки зрения трудоёмкости при финальной отделке изделий. Нормализация, впрочем, нужна, если нормализованная и отпущенная деталь непростой формы, с бесчисленными перепадами в поперечных сечениях, а еще если есть наличие углов с острыми концами и кромок.

Основная цель закалки — обеспечить достаточный процент мартенсита в стали. Эти требования выдвигаются, если деталь при эксплуатировании будет испытывать существенные рабочие напряжения. Максимально достигаемая твёрдость после закалки – в большинстве случаев 50…55 НRC. Обеспечивается это следующим режимом термобработки: закалкой с 1000…1050 °С в масло, с дальнейшим невысоким — при 230…280 °С – отпуском.

В связи с невысоким температурным интервалом термические обработки нагрев делают в печах скоростного нагрева, имеющих системы точного автоматизированного контроля температуры.

Специальные требования к соблюдению технологических режимов закалки стали 40Х13:

1. Температура сред, применяемых для охлаждения изделий после их закалки, должна быть на 50…75 °С меньше температуры завершения мартенситного превращения. Оно для рассматриваемой марки стали составляет 650…670 °С. В качестве подобных сред применяются масло, щёлочные или солевые расплавы. К примеру, соответствующими возможностями обладает расплав солей KNO₃ и NaNO₃ по соотношению 1:1. Масляные ванны менее предпочтительны, потому как при продолжительных выдержках металл науглероживается. Это, хотя и увеличивает дополнительно твёрдость, но ухудшает обрабатываемость заготовок, тем более при точении и фрезеровании.
2. Время выдержки изделий при закалке и дальнейшем охлаждении составляет до пары часов. Такой длительный срок выдержки обусловлен необходимостью создать условия для полнейшего мартенситного превращения.
3. Скорость последующего (после отпуска) охлаждения закалённых заготовок не имеет большого значения, и устанавливается только производственными возможностями. При этом лучше охлаждать детали не в печи, а на открытом, но спокойном воздухе. В подобных условиях мартенситное превращение течет в полном объёме.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.