Ножевая сталь 40Х13

Сталь 40Х13 - нержавеющая сталь, содержащая 0,4% углерода и 13% хрома, мартенситно-ферритная. Обладает высокой коррозионной стойкостью и прочностью и достаточной твердостью для использования как материал для изготовления ножей, инструментов, пружин, шайб, деталей насосов. При закалке сталь 40Х13 приобретает показатели сталей ферритного и аустенитного классов.

 

Где применяется сталь 40Х13

Сталь марки 40Х13 называют ножевая сталь или медицинская,т.к. из неё делают лезвия для бытовых и охотничьих ножей, хирургические инструменты – скальпели. Такие инструменты острые и безопасные при использовании в быту: ножи из стали 40Х13 используют повара, туристы, рыбаки и водолазы. Мягкость стали позволяет легко затачивать лезвия, хотя заточка требует регулярного обновления. Антикоррозионная устойчивость обеспечивает долгую эксплуатацию в агрессивных средах.

В промышленности из стали марки 40Х13 изготавливают режущий, мерительный и хирургический инструмент, рессоры, втулки, шариковые подшипники, лопасти турбин, болты, гайки, работающие при температуре до 400-450°С и в коррозионных средах.

Массовая доля элементов в стали 40Х13 согласно ГОСТ 5362-72

Элемент	Углерод	Кремний	Марганец	Хром	Никель
Массовая доля элемента, %	0,36 – 0,45	не более 0,8	не более 0,8	12,0 – 14,0	не более 0,6

 

Значение химических элементов в составе 40Х13

Углерод (C) - самый важный элемент в стали, повышающий прочность. Кремний (Si) и марганец (Mn) увеличивают прочность и износоустойчивость. Кроме того, содержание марганца положительно влияет на зерновую структуру сплава и способствует прокаливаемости.

Хром (Cr) - повышает антикоррозийные свойства. Однако большое содержание хрома в сплаве увеличивает его хрупкость. Никель (Ni) улучшает вязкость, закаливаемость и коррозионную стойкость стали.

Ещё одна особенность сплава марки 40Х13 — присутствие в составе микроскопических карбидов. Эти вещества выполняют роль абразива и ведут к выводу режущих поверхностей из строя. Отсюда и необходимость частой заточки инструмента.

После прохождения закалки сплав 40Х13 приобретает устойчивость к окислению. На этом этапе полностью растворяются карбиды и создаётся антикоррозионная пленка. Любое снижение стойкости к коррозии объясняется пониженной концентрацией хрома в карбиде или понижением температуры плавления. Если процесс проведён технологически верно, то такого не должно быть.

Плавка осуществляется при температуре от 850 градусов. Этого достаточно для 100% деформирования сплава. Чтобы предотвратить растрескивание, технология предусматривает поочередно нагрев и охлаждение.

Физические свойства 40X13

Физические свойства	Температура испытаний, °С
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, ГПа	241	208	202	194	185	173	160
Плотность, кг/м3	7650	7630	7600	7570	7540	7510	7480	7450	7420
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)	25	26	27	28	29	29	29	28	28	29
Удельное электросопротивление, 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, K-1	0,7	11,5	11,9	12,2	12,5	12,8	13,0	13,2
Удельная теплоемкость, Дж/(кг*К)	452	477	502	528	553	678	620	666	691

Технологические свойства 40Х13

Ковка	Температура ковки, °С: начала – 1200, конца – 850. Сечения до 200 мм подвергаются низкотемпературному отжигу
Свариваемость	Не применяется для сварных конструкций
Твёрдость проката	HB 10-1 = 143-229 МПа

Достоинства ножевой стали

1. Высокая коррозионная устойчивость. Сохраняется до рабочих температур 600-650°C. Сплав не окисляется в солёной воде, что обеспечивает популярность ножей 40x13 у дайверов.
2. Высокая жаропрочность в умеренно агрессивных средах – до 400-450 °C.
3. Высокая пластичность и лёгкость механической обработки – токарной, сверления, фрезерования.
4. Универсальность сплава. Из него изготавливают продукцию невысокой стоимости.

Свойства проката из стали 40Х13

1. Прочность, износостойкость и долговечность. Изделия не требуют дополнительного обслуживания, что сокращает расходы на эксплуатацию.
2. Соответствие гигиеническим требованиям. Металлопрокат из 40Х13 – экологически безопасный материал, имеет эксплуатационные и гигиенические сертификаты.
3. Сочетаемость. Металлопрокат отлично сочетается с другими строительными материалами и применяется в промышленности.

 

Недостатки ножевой стали

Сталь 40Х13 имеет не только плюсы, но и минусы:

1. Режущая кромка инструментов довольно мягкая и поэтому легко затачивается, но быстро тупится.
2. Другой важный недостаток сплава – слабая устойчивость к высоким температурам. Поэтому изделия из 40Х13 запрещено сваривать.
3. Подверженность влиянию агрессивных сред и высокой влажности: длительное нахождение во влажной среде провоцирует коррозию.

Аналоги и заменители стали 40Х13

Наиболее близкий заменитель – нержавейка 30Х13, ее прочность, пределы текучести и выносливости уступают марке 40Х13. В зарубежной практике существуют аналоги:

1. в США и Канаде – AISI 420;
2. в Евросоюзе и Германии – 4031, 1.4034, X39Cr13, X40Cr13;
3. в Японии – SUS420J2;
4. в КНР – 4С13;
5. в Швеции – 2304.

Наибольшее распространение за рубежом имеет сталь марки 420, качество термообработки которой превышает российское.

 

Механическая обработка стали 40Х13

Сталь 40Х13 прекрасно поддаётся механической обработке. Но не всё так гладко, в процессе возникают сложности:

1. дополнительный нагрев при сверлении заготовки повышает прочность поверхностного слоя;
2. при обработке образуется жёсткая стружка, которую удаляют специальными приспособлениями;
3. когда температура детали повышается, существенно падает износоустойчивость режущей кромки;
4. при заточке ножей может образоваться металлический наплыв, который влияет на равномерность поверхности кромки;
5. детали из этого сплава не рекомендуется сваривать, так как он неустойчив к высоким температурам.

Термическая обработка

Термическая обработка сплавов – последовательность операций: нагрев, выдержка и охлаждение стали при разных температурных режимах. От этого зависят внутренняя структура материала и его технико-эксплуатационные характеристики. Именно поэтому температура закалки и отпуска подбирается индивидуально, с учетом особенностей использования обрабатываемого сплава.

В температурном диапазоне от 850 до 1100 градусов сталь приобретает высокие технологические характеристики при пластической деформации. Если охлаждение и нагрев будут быстрыми, увеличивается риск появления внутренних напряжений, которые приводят к растрескиванию. Но медленное охлаждение приводит хрупкости сплава.

Если сталь используют для производства скальпелей и хирургических инструментов, её закаливают при температуре 1020-1040 градусов. Отпуск – при 350 градусах в щелочи. Это многократно увеличивает прочность и упругость изделий. 

Ещё один вид термообработки – нагрев деталей высокочастотными токами – применяется когда нужно закалить только поверхность. Это актуально для производства деталей, испытывающих интенсивные нагрузки из-за раскачивания или трения. 

После обработки ВЧ-токами твёрдость изделия повышается до 36,5 HRC.

 

Уход за режущим инструментом из стали 40Х13

• изделия не рекомендуют надолго оставлять во влажной среде или в стерилизаторах, так как возможно появление коррозии;
• после соприкосновения клинка с кислой или щелочной средой, его нужно промыть проточной водой и протереть насухо;
• перед длительным хранением лучше обработать клинок оружейным маслом;
• после заточки, чтобы снизить вероятность окисления, нужно обязательно отполировать поверхность;
• время от времени изделия рекомендуют смазывать машинным маслом (кроме медицинского инструмента и ножей для разделки пищевых продуктов).