Главная Крыша Блог о заточке.

Блог о заточке.

В первую очередь речь идет, конечно же, о стали. В последнее время российский рынок наводнила дешевая китайская продукция. Металл низкого качества часто красиво выглядит, но отличается мягкостью. Для того чтобы металлический инструмент был пригоден к применению, сталь должна быть твердой. Эта проблема обычно успешно решается при помощи соответствующей термической обработки - закалки.

Для чего нужна закалка и отпуск стали

Как правило, изделия из стали поступают в широкую продажу уже после закалки. Закалка производится в специальных печах на металлургических комбинатах и является завершающим этапом подготовки металла к изготовлению из него различных изделий (поварских и охотничьих ножей, ножниц, хирургических инструментов).

Современные технологии позволяют осуществить эту процедуру быстро и безопасно, при этом изделие не становится хрупким от резкого перепада температур. Как правило, у печей, которые установлены в заводских и фабричных цехах на сталелитейных фабриках, предусмотрено несколько режимов работы, поэтому охлаждение изделия происходит постепенно (а это очень важно для сохранения структуры металла). Довольно часто используется .

Главный минус этих методов заключается в том, что они непригодны для использования дома. Тем не менее часто возникают ситуации, когда изделия из стали, купленные в специализированном магазине, нуждаются в дополнительной обработке, а именно в укреплении. с последующим отпуском необходима, потому что:

Чаще всего для изготовления изделий, необходимых в быту, используется металл марки АЦ40ХМ. Для машиностроения чаще всего применяется марка 40ХГМ. Для изготовления хирургических инструментов - металл марки 40х. Закалка металла в домашних условиях, при соблюдении всех технологий, не менее эффективна, чем укрепление стали на производстве.

Во время работы с металлом, особенно при высоких температурах и при наличии источников открытого огня, следует безукоризненно соблюдать технику безопасности. Это касается как рабочего в сталелитейном цехе, так и домашнего мастера.

Эксперты категорически не рекомендуют закалять сталь с использованием химических веществ, так как есть риск получить серьезные ожоги или тяжелое отравление. Дома лучше всего использовать термический способ укрепления стальных изделий, когда молекулы металла плотнее притягиваются друг к другу благодаря активному выделению тепловой энергии. Все работы нужно проводить на открытом воздухе или в специально оборудованном помещении.

Основные преимущества

Закалять металл можно и самостоятельно. Главное - не забыть об отпуске металла, который нужно обязательно провести после закалки и нормализации температуры. Иногда эта процедура также называется «отжиг». Большой популярностью пользуется процедура укрепления металла при помощи масла или так называемая «закалка в двух средах» - в воде и масле. Но человеку, не имеющему опыта, не стоит браться за закалку с использованием горячих жидкостей, так как при нарушениях техники безопасности можно получить серьезную травму.

Отсутствие отпуска металла после закалки часто приводит к тому, что из-за резкого перепада температур металл становится тверже, но более хрупким и ломким. Если закаливание происходит на заводе, процедура отпуска происходит в полном соответствии с нормативами ГОСТ.

Вот основные преимущества закаливания стали в домашних условиях:

Если в качестве источника открытого огня используется костер, закаливание стали нужно проводить в безветренную погоду, чтобы случайный порыв ветра не стал причиной пожара. Нужно обязательно защитить глаза специальными очками, так как длительное наблюдение за ярким пламенем может отрицательно сказаться на зрении. Также необходимо надеть спецодежду, сделанную из материала, устойчивого к возгоранию.

Как сделать крепче топор

Для улучшения качества металла, из которого сделано лезвие топора, можно легко закалить его в домашних условиях. Лучше всего поддаются закалке колюще-режущие изделия из . Также не должно возникнуть проблем с изделиями из металла марки 40×13. Повысить твердость лезвия можно, просто опустив его в костер. Опытные мастера легко определяют степень закалки по цвету опущенного в него топора. Обычно изделие из стали 40х сначала становится ярко-красным, а потом цвет постепенно начинает бледнеть. Окраска металлического лезвия меняется в зависимости от температуры нагревания примерно следующим образом:

Ярко-красный цвет, когда изделие нагрелось до 300 градусов;
Оранжевый цвет при температуре около 400 градусов;
Насыщенная желтая окраска при нагревании до 500−600 градусов;
Светло-желтый, почти белый цвет на заключительном этапе, когда температура накаливания достигает примерно 750−800 градусов.

Как закалить стальной нож

Термическая обработка стальных ножей, ножниц или хирургических инструментов может осуществляться в муфельной печи. Такая печь хорошо подходит для изделий небольшого размера из стали марки 40х. Некоторые умельцы также используют для этой цели газовую горелку, но такой способ не отличается безопасностью, так как может произойти возгорание.

Основное преимущество муфельной печи заключается в том, что в ней можно осуществлять не только закалку, но и отпуск. Сконструировать это несложное устройство для термообработки металла можно своими руками. Закалка стали в домашних условиях в муфельной печи является безопасным способом повышения твердости металла без применения химических веществ (например, азота). Чтобы закалить нож из стали 40х, его нужно поместить в печку, пока она еще не нагрелась.

Поставить печь на режим постепенного нагрева до необходимой температуры;
Несколько раз порезать сургуч стальным ножом;
Проделать то же самое, но при постепенном снижении температуры;
Когда нож остынет, аккуратно очистить его от остатков расплавленного сургуча.

Такой способ часто используют хирурги для закаливания стальных скальпелей в домашних условиях. Также муфельную печь нередко применяют для укрепления металлических деталей, используемых при сборке и ремонте легковых и грузовых автомобилей.

Закаливание металла - прекрасный способ продлить срок годности металлического изделия. Конечно, лучше сразу приобретать закаленные детали и инструменты. Но если такой возможности нет, можно легко повысить твердость материала самостоятельно. При наличии определенных навыков и базовых познаний в области металлургии хороший хозяин без труда справится с этой важной задачей. Главное - соблюдать технику безопасности и не забывать о таком важном этапе закаливания, как отпуск или отжиг.

Любой кухонный режущий инструмент из металла должен отвечать целому ряду требований, в первую очередь, гигиеническим. Очевидным выбором здесь стала нержавейка, т.е. коррозионно-стойкая, высоколегированная, жаропрочная сталь повышенной прочности и твердости марки 40х13. Её часто называют ножевой сталью, однако идет данный материал не только на изготовление ножей, но и на производство шариковых подшипников, рессор, пружин и всевозможного мерительного инструмента.

Микроструктура подобного сплава в его закаленном состоянии включает карбиды, мартенситы и небольшое процентное содержание остаточного аустенита. Всё это обеспечивает высокий уровень коррозионной стойкости (выше только у нержавейки 30Х13). При этом данный материал не является свариваемым, а выплавляется он в открытых электродуговых или индукционных печах при t=850-1100°C. Во избежание деформаций металла сталь 40х13 нагревают относительно медленно, после чего так же медленно охлаждают с помощью песка.

Характеристики стали марки 40х13

Химический состав ножевой стали 40Х13 представлен на следующей диаграмме:

Закалка данного материала производится при температуре 1030-1050 o C, при ковке же металл приходится нагревать до 1200 о С. По окончании механической обработки сталь 40х13 сечением не более 200 мм дополнительно подвергается низкотемпературному отжигу. Твердость готового обработанного материала составляет 143-229 МПа (HB 10 -1), а удельный вес 7650 кг/м 3 .

В целом, физические свойства стали 40X13 делают её похожей на большинство инструментальных сталей. Она незаменима при изготовлении бытового и хирургического режущего инструмента, однако не менее популярна в производстве:

Заметим, что любые изделия из данного металла способны длительно находится в любых коррозионных средах, температура которых достигает 400-450°С.

Высокая коррозионная стойкость марки стали 40х широко востребована авиаконструкторами, которые нуждаются в материале, дополнительно обладающем повышенной прочностью и используемом для производства деталей, работающих на износ в условиях огромных механических нагрузок.

Несмотря на своё название, эта ножевая сталь имеет удовлетворительную стойкость ножевой кромки. Она относительно мягкая, однако при качественной закалке способна демонстрировать отличную твердость (57 HRC). С другой стороны, мягкость металла позволяет легко затачивать ножи, в то время как антикоррозионная устойчивость становится главным критерием выбора при поиске лучшего материала для ножей, используемых дайверами, рыбаками или водолазами. Ножи из стали 40х13 никогда не ржавеют, не нуждаются в каком-либо уходе, именно поэтому сегодня данный материал идет на изготовление самого разного режущего инструмента хозяйственно-бытового и сувенирного назначения. При этом его получение не связано с серьезными затратами, что позволяет отнести сталь 40х13 к разряду дешевых нержавеющих металлов.

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.

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.

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/м 2 ;
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/м 2 .

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.

Выбор оптимального режима термической обработки

В зависимости от конкретных производственных условий, сталь термически обрабатывают по двум вариантам:

Нормализацией при температуре выдержки 1050…1100 °С, с последующим высоким отпуском с 600…650 °С. Нормализация стабилизирует структуру стали, снижает количество остаточного аустенита, и улучшает обрабатываемость на металлорежущих станках. Это позволяет использовать такую технологию термообработки для получения заготовок ступенчатых валов и осей, работающих преимущественно в средах с повышенной влажностью, а также в условиях коррозионно-механического износа.
Ступенчатой закалки с высоким отпуском. Продолжительность и количество циклов закалки зависит от требуемой поверхностной твёрдости и конечной микроструктуры. Закалка стали 40Х13 по такому способу выполняется для изделий, которые в процессе своей эксплуатации периодически подвергаются ударным нагрузкам.

При выборе режима термообработки необходимо учитывать, что сталь 40Х13 штампуется при температурном интервале 950…1150 °С: именно в этом диапазоне материал обладает максимальной ковкостью.

Во всех случаях сталь перед обработкой подвергают отжигу. Это связано со следующими особенностями:

наличием карбидов хрома, которые образуются в процессе горячей прокатки заготовок. Они сосредотачиваются на границах зёрен вокруг основной, более пластичной структуры;
присутствием цементита, который по структуре и размерам зерна отличается от любого их карбидов хрома. Это вызывает остаточные напряжения растяжения, снижающие прочность;
опасности избыточного количества остаточного аустенита, который также повышает твёрдость и снижает пластичность;
склонности данной стали к деформационному упрочнению во время пластической деформации.

Опытным путём установлено, что для получения оптимальной макроструктуры режим отжига должен быть следующим: нагрев до 690…730 °С, с выдержкой до полного прогрева сечения детали и последующим охлаждением вместе с печью до 500…550 °С (далее – на воздухе). Конечная структура – зернистый перлит, которые положительно выделяется своей стабильностью, равновесностью и наличием мелкого зерна.

Технология термообработки

Нормализация стали 40Х13 применяется реже, в основном, после горячей штамповки/ковки, когда слиток или заготовка нагревались до максимально возможных температур. При длительном нагреве ускоряется рост зерна, что нежелательно с точки зрения трудоёмкости при окончательной обработке изделий. Нормализация, однако, необходима, если нормализованная и отпущенная деталь имеет сложную форму, с многочисленными перепадами в поперечных сечениях, а также при наличии острых углов и кромок.

Главная цель закалки — обеспечить достаточный процент мартенсита в стали. Такие требования выдвигаются, если деталь при эксплуатации будет испытывать значительные рабочие напряжения. Максимально достигаемая твёрдость после закалки – обычно 50…55 НRC. Обеспечивается это следующим режимом термобработки: закалкой с 1000…1050 °С в масло, с последующим низким — при 230…280 °С – отпуском.

В связи с низким температурным интервалом термообработки нагрев производят в печах скоростного нагрева, имеющих системы высокоточного автоматического контроля температуры.

Особые требования к соблюдению технологических режимов закалки стали 40Х13:

Химический состав

Сталь 40Х13 входит в группу типа Х13 вместе со сталями 08Х13, 12Х13, 20Х13 и 30Х13. Занимает свой интервал по содержанию углерода - от 0,36 до 0,45 %, количества остальных легирующих элементов и примесей - такие же, как и у других сталей типа Х13 (таблица 1).

Термообработка превращения и микроструктура стали 40х13

Механические свойства

По ГОСТ 5582-75 сталь 40Х13 после смягчающей термической обработки в виде отжига или отпуска при 740-800 °С должна иметь предел прочности при растяжении не менее 560 МПа и относительное удлинение не менее 15 %.
По ГОСТ 5949-75 твердость горячекатаной, кованой, калиброванной и шлифованной стали 40Х13 в отожженном или отпущенном состояниях должна составлять 229-143 НВ.

Механические свойства 40Х13 при Т=20 o С

Сортамент	Размер	Напр.	s в	s T	d 5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м 2	-
Лист, ГОСТ 5582-75			550		15			Отжиг 740 - 800oC,
Пруток, заданой прочности, ГОСТ 18907-73			590-810		10
Проволока, ГОСТ 18143-72			640-880		10-14

Механические свойства стали 40Х13 при повышенных температурах

Влияние повышения температуры на механические свойства стали 40Х13 после закалки с 1050 °С и отпуска при 600 °С показано в таблице 2.

Коррозионная стойкость стали 40Х13

Сталь 40Х13 обладает после закалки и низкого отпуска хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях (кроме морской атмосферы), слабых растворах азотной кислоты при умеренных температурах, речной и водопроводной воде, обеспечивающей полное растворение карбидов. Повышение температуры отпуска сопровождается снижением их стойкости к общей коррозии. Причиной снижения коррозионной стойкости является обеднение твердого раствора по хрому вследствие выделения карбидов хрома. Снижение коррозионной стойкости наблюдается при отпуске до 600°С, затем происходит некоторое ее увеличение. Однако коррозионная стойкость не достигает уровня, который имеют обе стали в закаленном или низкоотнущенном состоянии.

Коррозионная стойкость существенно зависит от качества поверхности изделий. Рекомендуется применять шлифованную и полированную поверхность.

Таким образом, сталь 40Х13 целесообразно применять либо после температурного отпуска при 200-400 °С (с целью получения высоких твердости и коррозионной стойкости), либо после высокого отпуска при 600-650 °С с целью получения конструкционного материала.

Специальные свойства

При работе в водороде предельные допустимые параметры атмосферы составляют 600 °С и 80 МПа.

Плотность - 7,68 г/см3.

Технологические параметры

Сталь 40Х13 имеет хорошую технологичность при горячей пластической деформации. Температурный интервал горячей пластической деформации составляет от 1100 до 850 °С. Сталь 40Х13 склонна к образованию при больших скоростях нагрева и охлаждения. Поэтому нагрев под прокатку и ковку проводят медленно до 830 °С. После горячей деформации применяют медленное охлаждение.

Холодная пластическая деформация стали 40Х13 ограничена. В качестве смягчающей термической обработки после горячей или холоной пластической деформации применяют отжиг при 750-800 °С с последующим охлаждением с печью до 500 °С и далее на воздухе. Окончательной термической обработкой является закалка с 950-1000 °С с охлаждением в масле или на воздухе на заданную твердость и коррозионную стойкость.

Применение

как коррозионностойкий материал с высокой твердостью для:
- режущего, измерительного и хирургического инструментов;
- пружин, подшипников и других изделий, работающих на износ в слабоагрессивных средах;
- бытовых приборах и предметах домашнего обихода.;
как жаропрочный и жаростойкий материал при работе до 400-450 °С для крепежных изделий, валов, упругих элементов, испытывающих воздействие слабоагрессивных сред, например, при переработке нефти.

Сталь 40Х13 не сваривается.

Сталь - это сплав нескольких химических элементов . Как правило, он создаётся в определённых целях и с узким спектром использования.

Сталь 40×13 не ржавеет в любых погодных условиях, подходит для изготовления бытовых приборов, ножей и посуды. Не содержит вредных химических веществ, то есть её можно безопасно использовать в пищевой отрасли и промышленности.

Ещё одним плюсом является высокая жаропрочность, а также устойчивость к коррозийным эффектам. Эти особенности сплав приобретает в результате закаливания из-за специального технологического процесса изготовления. Во время этого происходит полное растворение карбида, именно поэтому вещество не вступает в химические реакции с окружающими.

Характеристики

Удобство использования такого материала обусловлена ещё и тем, что сталь изготавливается в печи открытого типа с температурным режимом от 850 до 1200 градусов, поэтому материал полностью деформируется и может быть залит в совершенно различные формы . Переменность системы охлаждения и нагревания позволяет создать изделие без дефектов, трещин и каких-то неровностей.

Составляющие после закаливания:

карбидные частицы,
мартенситы,
остаточные аустениты.

Последний элемент влияет на жёсткость полученной стали: чем выше температура закаливания, тем ниже жёсткость/твёрдость. Именно поэтому, если требуется сталь для ножей (мягкую сталь в ножах точить намного проще и удобнее), то идеальной температурой закаливания будет 1050 градусов и выше.

Применение

Раньше этот материал использовался для изготовления советских и недорогих кухонных ножей . К сожалению, из-за своей низкой стоимости они отличались сравнительно плохим качеством (из-за заводов-изготовителей ножей, а не стали), но для обычных бытовых и кухонных целей подходили отлично. Таким ножом с лёгкостью можно было разделывать курицу, другие мясные блюда, но самый главный плюс - безопасность для здоровья. Никакого риска заразиться какой-нибудь химической болезнью, используя сталь 40×13, просто не существует.

Отдельная сфера применения - авиамоделирование. В самолётостроении нельзя, чтобы материал, из которого изготавливаются важные составляющие части, сильно электрифицировался и подвергался различной коррозии, ведь на кону человеческие жизни. Конструкторы не стали бы использовать низкокачественную сталь, поэтому данный факт станет ещё одним плюсом. Но самый частый способ употребления - изготовление различных составляющих деталей. Высокая прочность и возможность использования в механизмах, работающих на износ, делают материал главным составляющим .

Стоит заметить, что медицинские скальпели изготавливаются именно из вышеуказанного сплава, что подтверждает информацию про безопасность для человеческого организма. Ещё из этой стали производят различные технические приспособления: подшипники, пружины, элементы для измерительных систем, детали компрессора и многие необходимые в повседневной жизни вещи.

Одним из главных минусов является тот факт, что использовать эту сталь для сварки категорически нельзя . При резком изменении температуры она теряет многие свои свойства, начинает ржаветь, разрушается кристаллическая решётка.