Сталь шх15 твердость после закалки

Обновлено: 10.05.2024

Расшифровка марки ШХ15: с буквы Ш начинается маркировка подшипниковых сталей, Х означает легирование стали хромом, который присутствует в количестве 1,5%.

Особенности и применение стали ШХ15: для ответственных деталей приборов и машин в ряде случаев применяют закаленные стали с высокой твердостью, упрочняемые мартенситным превращением.

В условиях эксплуатации, особенно под напряжением, в метастабильной структуре закаленной стали могут проходить значительные изменения, приводящие к нарушению геометрических размеров изделий. Уже в ненагруженных закаленных деталях наблюдаются существенные изменения объема и размеров во времени. Эти изменения обусловлены диффузионными процессами перемещения атомов углерода в мартенсите, сопровождающиеся уменьшением размеров, и процессами распада остаточного аустенита — с увеличением размеров.

Посредством наблюдений за изменениями размеров закаленных образцов в процессе отпуска и рентгенографическими исследованиями установлено, что для стабилизации мартенсита закалки при комнатной температуре достаточно 2-4-часового отпуска при 150° С. Для стабилизации мартенсита при эксплуатации в условиях повышенных температур необходимо, чтобы температура отпуска превышала эксплуатационную на 50-100° С.

Основной причиной изменения размеров закаленной и подвергнутой низкому отпуску стали является остаточный аустенит. Превращение 1% аустенита в мартенсит приводит к изменению размеров стали на 1•10 -4 , что составляет 10 мкм на каждые 100 мм размера. Существует критическое количество остаточного аустенита, ниже которого стабильность размеров стали в пределах 1 . 10 -5 при минусовой и комнатной температурах сохраняется. Критическое количество аустенита изменяется пропорционально логарифму времени хранения и повышается с возрастанием температуры закалки и последу

ющего отпуска. Например, критическое количество аустенита, сохраняющее стабильность размеров стали ШХ15 в течение 3—5 лет в пределах 1-10 6 , составляет после закалки при 840 и 880° С и отпуске 100° С соответственно 5 и 10%, после отпуска 150° С - соответственно 10 и 19%.

Отпуск при 150° С, стабилизирующий мартенсит при комнатной температуре, является малоэффективным с точки зрения стабилизации остаточного аустенита. Увеличение размеров образцов, свидетельствующее о процессе аустенитно-мартенситного превращения, начинается лишь через 20 ч выдержки при 150° С. Начало интенсивного распада аустенита наблюдается только при 200° С. При этом твердость закаленной стали снижается до HRC60. В тех случаях, когда подобное снижение твердости недопустимо, основным способом понижения содержания остаточного аустенита в структуре закаленной стали является обработка при температуре ниже нуля, что связано с положением точки конца мартенситного превращения. Необходимость обработки холодом для стабилизации размеров точного мерительного инструмента и подшипников прецизионных приборов показана в ряде советских и зарубежных работ. Однако понизить содержание остаточного аустенита посредством обработки холодом ниже 4—5% для большинства инструментальных и подшипниковых сталей не удается. Поэтому некоторые исследователи рекомендуют сочетать обработку холодом с последующим продолжительным низким отпуском, который для стали типа ШХ15 должен составлять не менее 10 000 ч при 100° С, 160 ч при 150° С и 50 ч при 180° С.

При повышенных температурах скорость превращения аустенита не зависит от температуры отпуска и пропорциональна только его количеству. В условиях эксплуатации при повышенных температурах превращение аустенита идет по бейнитному механизму и эффект стабилизации остаточного аустенита отсутствует. Суммарный эффект изменения размеров при повышенных температурах определяется относительной устойчивостью мартенсита и остаточного аустенита. Для изделий, работающих при температуре порядка 150° С, в целях снижения количества остаточного аустенита обязательна обработка холодом. Обработка холодом при -70° С стабилизирует размеры в течение 10000 ч при рабочей температуре 120 о С в пределах 5 . 10 -6 , а при 120-150° С в пределах 10 . 10 -5 . Дальнейшее повышение размерной стабильности может быть достигнуто посредством отпуска при температурах, обеспечивающих необходимую полноту распада остаточного аустенита, и стабилизации мартенсита. Для стали ШХ15 эти температуры составляют не менее 225-250° С.

Поскольку наиболее полными характеристиками размерной стабильности материала являются показатели сопротивления микропластическим деформациям, представляло интерес оценить зависимость этих характеристик от режимов термообработки закаленной стали.

Под напряжением в закаленной стали одновременно проходят процессы фазовых превращений и микропластических деформаций. При этом микропластические деформации ускоряют процессы фазовых превращений. Одновременно последние приводят к резкому понижению сопротивления начальным стадиям пластической деформации. Понижение сопротивления пластическому деформированию в условиях протекания фазовых и структурных превращений в литературе получило название кинетической пластичности или кинетического изменения свойств. Указанное явление характерно для стали, закаленной на высокую твердость, и ведет к активному изменению размеров вследствие развития процессов ползучести и релаксации напряжений. Сопротивление микропластическим деформациям характеризует не только размерную стабильность материала, но и отражает его сопротивление износу, поскольку последний по современным представлениям имеет в значительной степени усталостную природу и возникает в результате развития в металле микропластических деформаций.

В условиях метастабильного фазового и структурного состояния кинетика релаксации напряжений непосредственно контролируется процессами фазовых и структурных превращений, протекающих в условиях испытаний. В закаленных сталях типа ШХ15 кинетика процесса релаксации напряжений в интервале 100—200° С определяется нестабильностью мартенсита. Об этом свидетельствует совпадение энергий активации процессов релаксации напряжений и уменьшения удельного объема вследствие превращения мартенситной составляющей, а также соответствие этих изменений степеням релаксации напряжений в широком диапазоне температур и длительностей испытаний.

Зависимость предела упругости от температуры отпуска закаленной стали меняется по кривой с максимумом аналогично зависимости предела упругости наклепанных металлов от температуры дорекристаллизационного отжига. Представлена указанная зависимость для различных по составу сталей - углеродистых, конструкционных легированных, подшипниковых и нержавеющих, которые широко распространены в прецизионном машиностроении и приборостроении. Как видно из представленных данных, после оптимального отпуска предел упругости возрастает для различных сталей от 30% до 3-4 раз.

Наряду с повышением предела упругости при дорекристаллизационном отжиге возрастает релаксационная стойкость закаленной стали. Максимальная релаксационная стойкость наблюдается после отпуска при тех же температурах, что и максимальный предел упругости, например для сталей ШХ15 и 11Х18М при 250 и 350- 400° С соответственно.

Очевидно, что наблюдаемый рост сопротивления микропластическим деформациям с повышением температуры отпуска обусловлен процессами стабилизации мартенсита и остаточного аустенита, а также распадом последнего.

Особый интерес представляет целесообразность использования для стабилизации размеров закаленных стальных изделий многократной обработки холодом, чередующейся с низким отпуском. Некоторые авторы считают, что такая обработка обеспечивает более полное превращение остаточного аустенита по сравнению с однократным охлаждением и нагревом. По данным работы весь процесс стабилизации состоит из 5—6 циклов охлаждения до -85° С, каждый из которых сопровождается низким отпуском. Предполагается, что при каждом последующем охлаждении осуществляется дополнительное превращение части остаточного аустенита в мартенсит, а отпуск после охлаждения снимает возникшие вследствие указанного превращения и резкого охлаждения внутренние напряжения. В Японии запатентован метод термической обработки подшипниковой стали, заключающийся в проведении после закалки многократных теплосмен в интервале -50 +150° С. Повышение стабильности размеров в результате понижения количества остаточного аустенита после повторения цикла «обработка холодом-отпуск».

Многократная обработка холодом, чередующаяся с отпуском, позволяет повысить сопротивление микропластическим деформациям и стабильность размеров закаленной высокоуглеродистой стали.

В результате многократной термоциклической обработки существенно уменьшается содержание остаточного аустенита в стали в отличие от однократной обработки холодом и отпуском. Одновременно повышается предел упругости. После 6-кратной обработки при -70 и +150° С (режим 2) предел упругости при изгибе σ_0,001 составил 155 кгс/мм 2 против 137 кгс/мм 2 после однократной обработки (режим 3), т. е. повысился примерно на 13%.

Существенно возросла также и релаксационная стойкость стали.

Рассмотрим возможный механизм влияния многократной обработки по циклу «охлаждение ниже нуля - низкотемпературный нагрев» на структуру закаленной стали.

При охлаждении стали до минусовой температуры повышается разность свободных энергий аустенита и мартенсита и в связи с этим происходит дополнительный распад аустенита, На кинетику распада аустенита большое влияние оказывают поля напряжений, образующиеся в стали при ее охлаждении до минусовых температур после закалки. После закалки остаточный аустенит находится под воздействием всестороннего сжатия, которое задерживает мартенситное превращение. В связи с разницей в коэффициентах линейного расширения аустенита и мартенсита величина этого давления на аустенит уменьшается по мере охлаждения до отрицательных температур, что способствует ускорению мартен-ситного превращения. Превращение будет продолжаться до тех пор, пока выигрыш в свободной энергии из-за изменения решетки не будет поглощен энергией упругой деформации, возникающей в процессе образования мартенсита или пока не образуется предельное для данной температуры количество мартенсита, соответствующее минимуму общей свободной энергии.

В процессе нагрева стали до верхней температуры цикла и выдержке при этой температуре будет дополнительно происходить мартенситное превращение. Нарушения строения аустенита вокруг образовавшихся при низкой температуре кристаллов мартенсита облегчают последующее превращение при более высокой температуре. Полученные при предыдущем превращении упругие искажения в аустените будут облегчать зарождение последующих мартенситных кристаллов.

При этом чем больше упругие искажения в аустените в результате предыдущего мартенситного превращения при охлаждении до отрицательной температуры, тем выше скорость превращения при последующем нагреве.

Мартенситное превращение при нагреве будет продолжаться до тех пор, пока в новых условиях значение упругой энергии деформации, возникшей в процессе образования мартенсита, не станет равным разности свободных энергий решеток аустенита и мартенсита. При этом на кинетику зарождения новых кристаллов мартенсита значительное влияние оказывают факторы стабилизации аустенита и разность коэффициентов линейного расширения мартенсита и аустенита. Эти факторы уменьшают скорость мартенситного превращения при нагреве. Стабилизация аустенита обусловлена процессами отдыха металла при нагреве: уменьшением перенапряжений в микрообъемах, уменьшением плотности дислокаций в скоплениях, общим перераспределением дислокаций и точечных дефектов. В связи с разностью в коэффициентах линейного расширения аустенита и мартенсита при нагреве в аустените могут появляться дополнительные сжимающие напряжения, уменьшающие скорость превращения. При нагреве от минусовой до верхней температуры цикла процессы отдыха проходят также и в мартенсите с перераспределением дислокаций и точечных дефектов, уменьшением локальных скоплений дислокаций и перенапряжений в микрообъемах и повышением, в связи с этим, устойчивости мартенсита.

Распад мартенсита проходит после процесса отдыха и наиболее заметно наблюдается выше 100° С с выделением на первой стадии (в интервале 100-150° С) е-карбида и уменьшением степени тетрагональности мартенсита. После обособления карбидных частиц и уменьшения неоднородности концентрации углерода (при повышении температуры) искажения второго рода уменьшаются.

Таким образом, в результате процессов, проходящих в закаленной стали при нагреве от минусовой до верхней температуры 1-го цикла ТЦО, уменьшается количество остаточного аустенита и повышается его стабильность, происходит частичный распад мартенсита, а также повышается его устойчивость. По-видимому, величина микронапряжений на границе фаз также получается минимальной в связи с их релаксацией при отдыхе.

В результате необратимых процессов, проходящих при нагреве от минусовой до верхней температуры 1-го цикла, понижается энергия искажений кристаллической решетки. При повторном охлаждении стали до отрицательной температуры вновь появляется термодинамический стимул для мартенситного превращения. Однако в новых условиях скорость мартенситного превращения при охлаждении будет значительно ниже в сравнении с превращением в 1-м цикле, поскольку в результате предварительной стабилизации аустенита повышается работа образования зародышей мартенсита. Вследствие отдыха аустенита в 1-м цикле, распределение дефектов кристаллического строения становится менее благоприятным для образования новых зародышей мартенсита.

При нагреве во 2-м цикле новые упругоискаженные области, возникшие в аустените в процессе у-а превращения при низкой температуре, также будут способствовать зарождению новых кристаллов мартенсита аналогично процессам в 1-м цикле нагрева. При этом, однако, скорость процессов оказывается значительно ниже, так как величина новых упругоискаженных областей будет меньше, чем в 1-м цикле. При повторном цикле нагрева вновь проходят процессы отдыха и стабилизации мартенсита. Происходит также некоторый дополнительный распад мартенсита (более полное прохождение 1-й стадии отпуска). В результате 2-го цикла ТЦО дополнительно уменьшается количество остаточного аустенита и значительно повышается устойчивость закаленной структуры при последующих изменениях температуры. Таким образом, после нового цикла ТЦО повышается стабильность остаточного аустенита и мартенсита.

Эффективность ТЦО ограничивается несколькими циклами обработки «холод-тепло» (3-б циклов), дальнейшее увеличение числа циклов неэффективно. Как и следовало ожидать, наибольший эффект достигается после 1-го цикла обработки. Однако экспериментальные данные показали, что для повышения сопротивления микропластическим деформациям весьма существенны также последующие несколько циклов обработки, при которых проходит дополнительный распад остаточного аустенита и более полная стабилизация структуры.

В результате 3—6-кратной ТЦО образуется устойчивая структура мартенсита с минимальным количеством остаточного аустенита, также хорошо стабилизированного. Более стабильная структура обеспечивает повышение сопротивления микропластическим деформациям в закаленной стали.

Краткие обозначения:
σ_в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ_0,05	- предел упругости, МПа	J_к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ_0,2	- предел текучести условный, МПа	σ_изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ₅,δ₄,δ₁₀	- относительное удлинение после разрыва, %	σ_-1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ_сж0,05 и σ_сж	- предел текучести при сжатии, МПа	J_-1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %	n	- количество циклов нагружения
s _в	- предел кратковременной прочности, МПа	R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %	E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2	T	- температура, при которой получены свойства, Град
s _T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю	C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу	p_n и r	- плотность кг/м 3
HRC_э	- твердость по Роквеллу, шкала С	а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В	σ t _Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору	G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Сталь ШХ15 подшипниковая

Согласно ГОСТ 801-78 расшифровка стали марки ШХ15 следующая:

Буквой «Ш» в начале маркировки стали указывает, что сталь подшипниковая.
Буква «Х» указывает, что сталь легирована хромом.
Двухзначное число 15 указывает примерную массовую долю хрома в процентах, для стали ШХ15 примерная массовая доля хрома составляет 1,5%.

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный по ГОСТ 801-78, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88.
Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75.
Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.
Полоса ГОСТ 103-76.
Проволока ГОСТ 4727-83.

Химический состав, % (ГОСТ 801-78)

C	Mn	Si	Cr	S	P	Ni	Cu
C	Mn	Si	Cr	не более
0,95-1,05	0,20-0,40	0,17-0,37	1,30-1,65	0,020	0,027	0,30	0,25

Характеристики и применение

Сталь ШХ15 применяется для изготовления деталей , от которых требуется высокая твердость, износостойкость и контактная прочность, например:

шарики диаметром до 150 мм,
ролики диаметром до 23 мм,
кольца подшипников с толщиной стенки до 14 мм,
втулки плунжеров,
плунжеры,
нагнетательные клапаны,
корпуса распылителей,
ролики толкателей

Сталь для производства подшипников качения поставляют:

для горячей штамповки деталей — неотожженной,
для холодной механической обработки — отожженной.

Применение стали ШХ15 для изготовления деталей подшипников

Марка	ГОСТ или ТУ	Профиль и вид поставки	Применение
ШХ15	ГОСТ 801-60	Горячекатаная и холоднотянутая сортовая сталь	Кольца, тела качения
	ГОСТ 800-55	Трубы	Кольца
	ГОСТ 4727-67	Прутки	Кольца, тела качения
	ЧМТУ 1-992-70	Прутки	Кольца, тела качения

Температура критических точек, °С

Влияние азотирования на износостойкость стали ШХ15

Марка стали	Твердость поверхности HV	Путь трения, км	Износ образца, мг
			неподвижного	вращающегося
ШХ15	780	12,5	16	7,4

ПРИМЕЧАНИЕ. Вращающийся образец из стали ШХ15, которая в состоянии закалки и низкотемпературного отпуска имеет твердость HV780.

Твердость стали ШХ15 после высокочастотной закалки

Твердость после закалки и отпуска HRC_э	Достижимая глубина
63-67	8

Температура нагрева стали ШХ15 для высокочастотной закалки

Марка стали	Предварительная термическая обработка	Температура нагрева, °C
		в печи, в масле	при высокочастотном поверхностном нагреве (охлаждение водянным душем) и суммарном времени аустенизации, с
			10	3	1
ШХ15	Отжиг	830-850	890-930	920-960	940-980
	Улучшение	830-850	850-870	880-920	900-940

Механические свойства

Термообработка	Сечение, мм	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2	Твердость, не более
Термообработка	Сечение, мм	не менее					Твердость, не более
Отжиг при 800 °С, охл. с печью до 730 °С, затем до 650 °С со скоростью 10-20 град/ч на воздухе	—	370-410	590-730	15-25	35-55	44	НВ 179-207
Закалка с 810°С в воде до 200 °С, затем в масле; отпуск при 150 °С, охл. на воздухе	30-60	1670	2160	—	—	5	HRC_э 62-65

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t_исп, °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2	Твердость
t_исп, °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2	HRC_э	HB
Закалка с 840 °С в масле
200	1960-2200	2160-2550	—	—	—	61-63	—
300	1670-1760	2300-2450	—	—	—	56-58	—
400	1270-1370	1810-1910	—	—	—	50-52	—
450	1180-1270	1620-1710	—	—	—	46-48	—
Закалка с 860 °С в масле
400	—	1570	—	—	15	—	480
500	1030	1278	8	34	20	—	400
550	900	1080	8	36	24	—	360
600	780	930	10	40	34	—	325
650	690	780	16	48	54	—	280

Механические свойства в зависимости от температуры испытаний

t_исп, °С	σ_0,2, МПа	σ_в, МПа	δ₅, %	ψ_%	KCU, Дж/см 2
Нагрев при 1150 °С и охлаждение до температур испытаний
800	—	130	35	43	—
900	—	88	43	50	—
1000	—	59	42	50	—
1100	—	39	40	50	—
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, деформированный и отожженный. Скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с
1000	32	42	61	100	—
1050	28	48	62	100	—
1100	20	29	72	100	—
1150	17	25	61	100	—
1200	18	22	76	100	—
Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 150 °С, 1,5 ч
25	—	2550	—	—	88
-25	—	2650	—	—	69
-40	—	2600	—	—	64

Предел выносливости при n=10 6

Термообработка	Твердость НВ	σ_-1, МПа
Отжиг	192	333
Закалка с 830 °С; отпуск при 150 °С, охл. в масле	616	804

Теплостойкость

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1150, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, сечения 251-350 мм — в яме.
Свариваемость — способ сварки КТС.
Обрабатываемость резанием — К_{v тв.спл} = 0,90 и К_{v б.ст} = 0,36 в горячекатаном состоянии при НВ 202 и σ_в=740 МПа.
Склонность к отпускной хрупкости — склонна.
Флокеночувствительность — чувствительна.
Шлифуемость — хорошая.

Нормы карбидной неоднородности в подшипниковой стали ШХ15

Сталь, состояние поставки	Размер профиля, мм	Баллы карбидной неоднородности (не более)
Сталь, состояние поставки	Размер профиля, мм	карбидной полосчатости	карбидной ликвации
ШХ15, холоднотянутая	Все размеры	2,0	1,0
ШХ15, горячекатаная отожженная	Все размеры	3,0	2,0
ШХ15, горячекатаная неотожженная	Все размеры	4,0	3,0
ШХ15, проволока	5,4 >12	2,0	0,5 1,0

Термообработка

Нагрев под закалку деталей подшипников из стали ШХ15 производят в электропечах сопротивления и соляных ваннах. Учитывая прокаливаемость стали (рис. ниже), устанавливают температуру нагрева 830-860°С для деталей из стали ШХ15 с сечением до 10 мм и свыше 10 мм 840-870°С.

Величина действительного аустенитного зерна стали ШХ15 после закалки характеризуется кривыми на рис. ниже. Время нагрева зависит от вида оборудования, среды нагрева и толщины сечения.

Охлаждение колец производят в индустриальных маслах с температурой 30-60°С.

Перед отпуском детали должны быть охлаждены до температуры не выше 25°С. Отпуск деталей из стали ШХ15 производят при температуре 150-165°С.

Общую длительность отпуска устанавливают из расчета выдержки при температуре не менее 2 ч для деталей с сечением толщины стенки до 20 мм и 3 ч при сечении толщины стенки 20-50 мм. Содержание остаточного аустенита в сталях ШХ15 должно быть не более величин, указанных в таблице ниже.

Содержание остаточного аустенита в стали ШХ15 в зависимости от режимов термообработки

Процесс нитроцементации колец подшипников проводят в шахтных печах при температуре 860°С, продолжительность выдержки 2-4 ч, глубина нитроцементации при этом от 0,3 до 1,6 мм.

Микроструктура нитроцементованного слоя состоит из скрытокристаллического азотистого мартенсита с равномерно распределенными карбидами.

После нитроцементации значительно увеличивается объем стали ШХ15 по сравнению с объемом закаленной стали. Для компенсации этого увеличения предусматривается изменение припусков на шлифовку. Так, для колец подшипников диаметром от 50 до 200 мм по наружному диаметру уменьшают припуск на 0,1-0,15 мм, а по внутреннему диаметру увеличивают припуск также на 0,1-0,15 мм. Для колец диаметром менее 50 мм и шариков припуск не изменяется.

Сталь ШХ15

Развитие металлургии привело к возникновению новых видов сталей с особыми эксплуатационными характеристиками. Они используются при производстве определённых изделий и деталей, к которым предъявляются высокие требования. Подобным примером есть сталь ШХ15. Главное её назначение – изготовление подшипников, однако её рабочие показатели активно применяются и в ножевом производстве.

Сталь для качественных ножей

Впервые ШХ15 была создана, как производственная инструментальная сталь, но со временем она обрела большую универсальность и превратилась в один из лучших сплавов для изготовления ножей.

Металл прекрасно поддаётся термообработке, что позволяет активно применять его в производстве режущих инструментов. После термической обработки значительно увеличивается прочность и износостойкость ножей.

Клинки, выполненные из ШХ15, имеют длительный срок службы, так как устойчивость к внешним нагрузкам позволяет им долго удерживать заточку. Они неплохо противостоят воздействию внешней среды.

Сталь ШХ15 для ножей используется при производстве тактических, подарочных, охотничьих и кухонных моделей. Такие изделия без особых проблем справляются с разделкой мяса, рубкой костей и веток, резанием толстых верёвок, со всеми бытовыми задачами. Такой нож будет находкой для заядлого повара. А если тщательно следить и ухаживать за своим инструментом, то он прослужит долгое время.

Характеристика

Своё широкое промышленное распространение сталь ШХ15 получала благодаря особым эксплуатационным свойствам, которые являются идеальными для изготовления лезвий и подшипников. Характеристика ШХ15 состоит из следующих параметров:

Высокий показатель твёрдости. Подшипники и лезвия при использовании подвергаются высоким нагрузкам, вследствие чего подвергаются быстрому износу. Чтобы такого не происходило изделие должно обладать дополнительной твёрдостью.
Устойчивость к износу, то есть поверхность из ШХ15 не подвержено стиранию, что позволяет ей долгое время сохранять первоначальные рабочие свойства.
Слабая устойчивость к воздействию коррозии. Из-за небольшого содержания в химическом составе такого важного элемента, как хром, этот сплав ржавеет при воздействии влаги, однако этот процесс происходит не очень быстро благодаря другим легирующим компонентам.
Стойкость к высоким ударным и внешним механическим нагрузкам. На этом металле практически не образуются вмятины от точных воздействий.
Пластичность и вязкость в рассматриваемом сплаве находятся на среднем уровне из-за большой твёрдости.
Структура стали отлично поддаётся термообработке. Закалка и отжиг дают возможность улучшить прочность на молекулярном уровне.
Склонность к отпускной хрупкости, которая означает, что есть небольшая вероятность того, что металл после закалки из-за структурных дефектов может стать более хрупким. Но точное соблюдение всех технологий позволяет этого избежать.
Плохая свариваемость. Высокой твёрдости сплав достигает благодаря большому содержанию углерода, элемента который отрицательно сказывается на свариваемости.

Плюсы

Детально изучив характеристики марки стали ШХ15, можно подвести промежуточные итоги. Среди достоинств этого сплава однозначно выделяются следующие качества:

однородность структуры;
высокая контактная выносливость;
хорошо поддаётся обработке;
большая твёрдость;
отличная износостойкость;
тонкая кромка при заточке;
стойкость к смятию;
пластичность и вязкость.

Минусы

Любая сталь, какая бы хорошая она ни была, имеет недостатки – не удалось ещё получить идеальный во всех понятиях металл. Однако недостатки ШХ15 не многочисленны, среди них можно выделить такие:

хрупкость выше средней;
сравнительно низкая стойкость к коррозии;
трудная заточка режущих инструментов.

Существует множество разных марок стали. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. ШХ 15 в свою очередь представляет из себя весьма универсальную сталь, подходящую чуть ли не для любого типа ножей. На данный момент она является одной из наиболее популярных марок с невысокой стоимостью и используемой, в основном, при частной ковке клинков.

Изделие из такой стали способно дать желаемый результат от работы, значительно сэкономив при этом бюджет, благодаря своей низкой стоимости.

Химический состав

Сталь ШХ15 имеет необычный химический состав, который определяет её рабочие свойства. Данная марка относится к низколегированным хромистым сплавам, что обусловлено большим количеством базовых добавок, которые и придают те самые прочность и износостойкость. В состав включены такие элементы:

Углерод (0,95-1%) – довольно высокая его концентрация позволяет добиться повышенной твёрдости структуры.
Марганец (0,2-0,4%) – имеется в составе практически всех сталей. Его применяют для удаления из стали кислорода и серы. Также он благоприятно влияет на ковкость и свариваемость сталей.
Кремний (0,17-0,37%) – применяют при выплавке сталей, положительно сказывается на прочности и улучшает эффект других компонентов. В комбинации с марганцем или молибденом кремний обеспечивает более высокую закаливаемость стали.
Хром (1,35-1,65%) – хром обеспечивает устойчивость сплава к ржавлению, но только в том случае, если его содержание в нём превышает 13%. Поэтому ШХ15 характеризуется низкой стойкостью к коррозиям. Небольшое количество хрома определяет то, что он не образует собственные карбиды, остаётся в твёрдом растворе и может входить в состав цементита. Структура характеризуется однородностью при небольших карбидах. Именно это свойство приводит к повышению износостойкости.

Расшифровка

На первый взгляд может показаться, что название сплава «ШХ15» — это простой набор бук. Однако это совсем не так, эти буквы являются символами аббревиатуры и несут смысловую нагрузку. Человек, который хоть немного разбирается в маркировках металлов, может из этого названия извлечь некоторые полезные сведения:

Ш – этой буквой согласно ГОСТу маркируются все подшипниковые стали;
Х – означает наличие в химическом составе стали хрома;
15 – это процентное содержание того самого хрома (1,5%).

Государственные стандарты регулируют производственные этапы, характеристики, свойства всех сталей, исключением не является и ШХ15. Вся подробная информация о подшипниковых сталях содержится в ГОСТе 801-78. Тут указан и допустимый предел элементов в химическом составе, и правильность закалки, и правильная маркировка, и применение, и т.д. Также для каждого отдельного изделия, для производства которых применяется ШХ15, имеет свой ГОСТ. Виды поставки материала:

В22 — Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ 2590-2006; ГОСТ 2591-2006;
В23 — Листы и полосы	ГОСТ 103-2006;
В32 — Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ 14955-77; ГОСТ 7417-75; ГОСТ 801-78;
В62 — Трубы стальные и соединительные части к ним	ГОСТ 800-78;
В73 — Проволока стальная легированная	ГОСТ 4727-83;

Технические характеристики

Выше уже рассказывалось о рабочих свойствах стали ШХ15. Те сведения являются простым объяснением, которое вытекает из следующих характеристик этого сплава:

марка: ШХ15;
класс: сталь конструкционная подшипниковая;
удельный вес: 7812 кг/м3
термообработка: отжиг 800oC, печь, 15 oC/ч;
температура ковки, °С: начала 1150, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, 251-350 мм — в яме;
твёрдость материала: HB 10 -1 = 179 — 207 МПа (61-63 HRC);
температура критических точек: Ac1 = 724 , Ac3(Acm) = 900 , Ar3(Arcm) = 713 , Ar1 = 700 , Mn = 210;
обрабатываемость резанием: в горячетканом состоянии при HB 202 σв=740 МПа, К υ тв. спл=0,9 и Кυ б.ст=0,36;
свариваемость: способ сварки КТС;
флокеночувствительность: чувствительна;
склонность к отпускной хрупкости: склонна;
шлифуемость: хорошая.

Особенности обработки

Термическая обработка – важный технологический процесс, позволяющий увеличить основные качества металла. Обычно проводят закаливание уже готовых изделий, что позволяет сделать их поверхностный слой более прочным.

Закалка ШХ15 имеет некоторые сложности. Так как в свойства металла изначально заложена большая твёрдость, а после обработки она ещё несколько увеличивается, то заточка режущих инструментов значительно усложняется. Закалённая сталь плохо поддаётся резанию, поэтому детали прокаливаются только после придания окончательной формы. Термические режимы во многом зависят от температуры критических точек. При этом сплав нельзя охлаждать в воде, так как это приведёт к структурным деформациям.

Отжиг ШХ15 проходит при 800 градусах Цельсия, он позволяет устранить внутренние напряжение, которые являются частыми причинами возникновения сколов и трещин. Охлаждение может проводиться двумя способами: если изделие большое – на воздухе, если маленькое – в яме.

Аналоги

ШХ15 имеет большое количество аналогов по всему миру. Связано это с тем, что для подшипниковых сталей предъявляются одинаковые требования. В итоге получается и схожий химический состав, и производственная технология, и характеристики. Ниже будет приведена таблица со схожими сплавами из разных стран мира, однако стоит учитывать, что их свойства, а тем более стоимость, не идентичны, а просто имеют много схожего.

Зарубежные аналоги марки стали ШХ15
США	52100, G52986, J19965
Германия	1.3505, 100Cr6, 102Cr6
Япония	SUJ2, SUJ4
Франция	100C6, 100Cr6, 100Cr6RR
Англия	2S135, 534A99, 535A99
Китай	GCr15

Применение

Применение ШХ15 во многом обусловлено её высокими прочностными показателями и износостойкостью – главными достоинствами данной марки. Сфера применения довольна широкая, сплав используется для получения:

Хоть эта сталь и определяется как подшипниковая, её применение на этом не ограничивается. Она активно используются в производстве ножей и других режущих инструментов, потому что имеет необходимый базовый набор полезных качеств.

Отзывы владельцев

Георгий, 47 лет, Киев: «Мой НСК Серх из шх15 прекрасно пережил 4 дня мокрой погоды в походе. Единственный (из принципа) уход, которому его подвергал — смазка 1-2 раза в день салом от СК колбасы. Пару слабых пятен, гармонично старящих клинок до «боевого» состояния. Выполнял всю работу, какую не мог выполнить мачете и цепная пила.Заточку держал хорошо».

Сергей, 34 года, Уфа: «Написать этот отзыв меня заставили многочисленные негативные комментарии о ШХ15. Я считаю ножи из этой стали рабочими лошадками. Да, ржавеют, но ухаживай нормально, и будет тебе счастье. Зато точить надо редко, справляется со всеми задачами от нарезки колбасы до вскрытия консервы. Я доволен и не разделяю вашего негодования».

Подшипниковая сталь ШХ15

Развитие металлургии привело к появлению сталей с особыми эксплуатационными характеристиками. Они применяются при изготовлении определенных изделий, которые должны обладать особыми качествами. Примером назовем подшипниковую сталь ШХ15, которая хорошо выдерживает воздействие высокой температуры. Стандарт ГОСТ для ШХ15 определяет применение определенных стандартов при маркировке.

Углеродистая сталь ШХ15

Основные свойства стали

В промышленности шарико-подшипниковая сталь ШХ 15 получила широкое распространение. Это связано с особыми эксплуатационными характеристиками, которые позволяют применять металл при создании подшипников и лезвия. Название стали связано с тем, что практически все подшипники изготавливаются при применении этого материала.

Характеристики стали ШХ15 следующие:

Повышенная твердость поверхности. Подшипники и режущая кромка лезвия при эксплуатации подвергаются износу. Для того чтобы поверхность изделия не реагировала на механическое воздействие существенно повышается показатель твердости.
Износостойкость определяет то, что поверхность не реагирует на трение и другое воздействие. Металл ШХ9 и ШХ15 характеризуются высокой износостойкостью, поэтому создаваемые изделия могут прослужить в течение длительного периода.
Устойчивость к коррозии также можно назвать привлекательным качеством рассматриваемого металла. Ржавчина, которая появляется на поверхности, снижает срок службы изделия. Сталь ШХ15 не относится к нержавейкам. Поэтому на высокую устойчивость к высокой влажности и химически агрессивной среде рассчитывать не следует.
Стойкость к смятию. Точечное воздействие высокой нагрузки может привести к образованию вмятины, но рассматриваемый металл характеризуется высокой устойчивостью к подобному воздействию.
Пластичность и вязкость также учитываются при создании различных изделий.
Структура прекрасно поддается термической обработке. Как правило, проводится закалка после придания требуемой формы и размеров. Кроме закалки выполняется отжиг и ковка, которые также могут улучшить структуру материала.
Склонность к отпускной хрупкости определяет то, что после закалки могут появится структурные дефекты. Они могут повысить хрупкость получаемого изделия.
Плохая свариваемость. Повысить твердость смогли за счет повышения концентрации углерода. Однако, этот химический элемент существенно усложняет процесс сварки. Как правило, для повышения качества сварного шва проводится подогрев заготовки.

Свойства подшипниковой стали ШХ 15

Марка стали ШХ15, расшифровка которой проводится в соответствии с установленными стандартами ГОСТ, хорошо поддается различным видам обработки и обладает стойкостью к смятию. Кроме этого, поверхность характеризуется высокой твердостью. Температура критических точек довольно высока, она учитывается при проведении термической обработки.

Расшифровка стали

Ш — шарико-подшипниковая сталь;
Х — наличие легирующего элемента хрома в объеме не более 1,5%.

Химический состав и структура

Рассматриваемая марка стали ШХ15 имеет необычный состав, который и определяет особые эксплуатационные характеристики. Марка относится к низколегированным хромистым сталям. Это определяет то, что в составе большое количество специальных добавок, которые и придают прочность, стойкость и коррозионную стойкость. В состав включаются следующие элементы:

Большая концентрация углерода определяет повышенную твердость структуры. Показатель концентрации углерода составляет 0,95-1%.
Марганец включается в состав практически любой стали. В рассматриваемом случае концентрация 0,2-0,4%.
Кремний повышает прочность и другие характеристики материала. ШХ 15 имеет показатель в диапазоне от 0,17-0,37%.
В большинстве случаев коррозионная стойкость достигается за счет добавления большого количества хрома. ШХ 15 характеризуется невысокой устойчивостью к воздействию агрессивных химических веществ и влаги, так как хрома в составе только 1,35-1,65%.

Микроструктура шх15 после закалки в масле

Небольшое количество хрома определяет то, что он не образует собственные карбиды, остается в твердом растворе и может входить в состав цементита. Структура характеризуется однородностью при небольших карбидах. Именно это свойство приводит к повышению износостойкости.

Сегодня термообработка проводится для увеличения основных качеств металла довольно часто. Среди особенностей отметим:

Довольно часто проводится закалка ШХ15. Она позволяет существенно повысить твердость поверхностного слоя. Стоит учитывать, что после закалки провести заточку режущей кромки достаточно сложно. Закаленную сталь ШХ 15 сложно обрабатывать резанием. Именно поэтому закалка проводится после придания заготовке требуемой формы и размеров. Термической обработки режимы во многом зависят от температуры критических точек. Стоит учитывать, что охлаждение в воде приводит к образованию структурных и поверхностных деформацией. Охлаждение на открытом воздухе проводится только в случае больших размеров изделия.
Отжиг стали ШХ15 проводится при температуре около 800 градусов Целься. Подобная обработка позволяет устранить внутренние напряжения, которые становятся причиной появления трещин и других дефектов. Как правило, отжиг проводят после закалки изделия. Для проведения подобного процесса могут использовать различное оборудование.
Заготовка может подвергаться и ковке, для чего проводится разогрев до 1150 градусов Цельсия. Охлаждение проводится на открытом воздухе или в яме. При ковке структура материала становится более плотной и устойчивой к различному воздействию.

При рассмотрении основных качеств учитывается склонность к отпускной хрупкости, а также возможность проводить обработку резанием. Для термической обработки может применяться самое различное оборудование. Высокая температура плавления определяет то, что в домашних условиях улучшение проводится крайне редко.

Сферы применения

Применение стали ШХ15 во многом связано с высокой твердостью и прочностью структуры, а также несущественной коррозионной стойкостью и износоустойчивостью. Сплав используется для получения:

Шариков, используемых при изготовлении подшипников. Во время эксплуатации подшипников этот элемент подвергается сильному механическому воздействию. Поэтому их изготовлению уделяется особое внимание, часто изделие подвергается закалке.
Роликов диаметром до 23 мм. Встречаются в продаже и роликовые подшипники, которые рассчитаны на большую нагрузку.
Плунжеров.
Нагнетательных клапанов. Они также подвержены существенному воздействию на момент эксплуатации.
Роликов толкателей.

Шарик стальной для подшипника ШХ-15

Тот момент, что сплав ШХ 15 называется подшипниковой определяет ее применение при создании подобных изделий. Они могут выдерживать длительную эксплуатацию, выдерживают трение и другое механическое воздействие, высокую температуру.

Ножи из стали ШХ15

Сталь ШХ15 характеризуется универсальностью в применении. Она используется при получении самых различных ножей, как и сплав ШХ16. На сегодняшний день марка считается одной из самых популярных, что связано с низкой стоимостью. Нож ШХ15 характеризуется следующими качествами:

Лезвие служит на протяжении длительного периода. Хорошая износостойкость определяет то, что не нужно часто выполнять заточку режущей кромки.
Режущая кромка долго держит свою заточку.
Поверхность не поддается заточке. Поэтому после ее потери ее восстановить достаточно сложно.
Режущая кромка не подвержена воздействию влаги и различных химических элементов. На протяжении длительного периода на поверхности не появляется ржавчина или окисления.
Получаемое лезвие не хрупкое, поверхность твердая. Именно поэтому область применения ножа существенно расширяется.

Сталь ШХ15 применяется при создании изделий, которые эксплуатируются при самых тяжелых условиях. Однако, материал не является универсальным, что связано с относительно невысокой коррозионной стойкостью.

Сталь ШХ15: преимущества, характеристики, свойства, применение

Усиленное развитие металлургии привело к образованию новых видов стали. Их характеристики, использующиеся при производстве конкретных изделий и деталей с высокими требованиями, улучшили качество используемых изделий.

Описание стали ШХ15

В нашей стране ШХ15 создавался как база для изготовления подшипников, а все из-за высокой устойчивости стали к окислению, твёрдости и износоустойчивости.

Из-за тех же самых характеристик стали в Европе сплав используют для создания режущего инструмента.

Материал может удерживать структуру кристаллической решетки и свойства при продолжительной работе с твердыми материалами. Он не сыпется в крошку и не раскалывается.

Материал характеризует стойкость к образованию окислов, что очень важно для инструментов, которые используются в контакте с водой и агрессивными средами.

Преимущества и недостатки

Каждая марка стали обладает своими уникальными физико-эксплуатационными параметрами, плюсами и минусами. Плюсы ШХ15:

однородность, приобретённая с помощью эксплуатации специальных технологий;
выносливость при контакте с другими материалами;
податливость к обработке;
высокая твердость;
высокая износостойкость;
вязкость и пластичность;
получение тонкой острой режущей кромки.

Минусы:

появление ржавчины на изделии;
хрупкость готового изделия при неграмотной термообработке.

Область применения

Первый раз сталь использовали для создания подшипников. Сталь ШХ15 применяется для изготовления деталей, требующих высокой твердости, износостойкости и прочности:

шарики диаметром до 150 мм;
ролики диаметром до 23 мм;
кольца подшипников с толщиной стенки до 14 мм;
втулки плунжеров;
плунжеры;
нагнетательные клапаны;
корпуса распылителей;
ролики толкателей.

Со временем ее показатели стали активно использоваться в производстве ножей. По этой причине ШХ15 определяют как подшипниковую и ножевую сталь.

Клинки, сделанные из ШХ15, долго служат в быту благодаря устойчивости к внешним нагрузкам, которая позволяет им долго удерживать заточку. Они хорошо противостоят воздействию внешней среды.

Характеристики (свойства) стали

ШХ15 хорошо поддается обработке. Она отличается стойкостью к смятию, а поверхность отличается высокой твердостью. Достаточно высока у данной стали температура критических точек. Это оказывается полезным при термической обработке.

Твердость

Сталь ШХ15 обладает повышенной твердостью поверхности. Подшипники и режущая кромка лезвия при эксплуатации подвергаются износу.

Чтобы поверхность изделия не реагировала на механическое воздействие, существенно повышается показатель твердости.

По Роквеллу. По Роквеллу плотность достигает показателей порядка HRC 61–63.
По Бринеллю. 179–207 МПа.
В состоянии плавки. В состоянии плавки твердость стали уменьшается менее чем в 2 раза. При температуре отпуска 450 о С показатели составляют HRC 46–48.

Плотность

По данным ГОСТа плотность составляет 7,79 г/см 3 . Это стандартное значение для низкоуглеродистой и низколегированной стали.

Важно! Эта величина не предусмотрена стандартами, она носит ориентировочный характер и не может быть использована с целью проектирования.

Марка

Марка стали — ШХ15. Ее заменители — ШХ9, ШХ12, ШХ15СГ.

Химический состав

Сплав относится к категории низколегированных хромистых составов. В состав включены разные примеси, которые добавляют материалу стойкость к окислительным процессам, прочность и твёрдость.

К числу легирующих элементов относят:

Углерод (в концентрации от 0,95 до 1 %). Это высокое содержание. Оно придает повышенную твердость сплаву.
Марганец (доля варьируется от 0,2 до 0,4 %).
Кремний (содержание этого микроэлемента составляет 0,18–0,38 %). Обеспечивает материал повышенной твердостью.
Хром (концентрация 1,35–1,65 %). Обеспечивает высокую стойкость к ржавчине.

При малых карбидах структура сплава отличается однородностью — именно эта особенность объясняет повышенную стойкость материалов к износу.

Предел прочности

Предел прочности для ШХ15 находится в разрезе от 590 до 750 мПа.

Предел текучести

Предел текучести — σ0,2, МПа.

Ударная вязкость

Ударная вязкость составляет порядка 0,2–0,3 МДж/м 2 .

При какой температуре становится закаленной?

Оптимальные режимы закалки в водный раствор — 810–820° и 830–850° при закалке в масло. Допустимые температуры отпуска — 150–160 °С.

Сталь марки ШХ15 обладает рядом механических свойств, в том числе склонностью к высокой отпускной хрупкости и повышенной твердостью по Роквеллу. К другим физико-техническим параметрам относят:

диапазон кратковременной прочности — в коридоре от 580 до 740 МПа;
предел рабочей пропорциональности — 380–420 МПа;
относительное удлинение материала в случае разрыва — 20 %;
температура плавления — не менее 225–250 градусов;
относительное сужение — 45 %;
параметр обрабатываемости путем резания — Kv тв. спл = 0,90 и Kv б. ст = 0,36 в горячекатаном виде при НВ 202 и в=740 МПа.

Отпускная хрупкость

Материал обладает высокой отпускной хрупкостью.

Свариваемость

Способ сварки — КТС.

Группа стали

ШХ15 — это представитель группы малолегированных хромистых сталей. Наименование легирующих элементов и их процентный состав указаны выше.

Существуют следующие продукты из ШХ15, которые преобладают на рынке:

прокат, в т. ч. фасонный — ГОСТ 801-78;
пруток, в т. ч. калиброванный — ГОСТ 7417-75;
серебрянка — ГОСТ 14955-77;
полоса, проволока — ГОСТ 103-76, ГОСТ 4727-83.

Свои ГОСТы разработаны для каждого изделия, в производстве которого участвует этот сплав.

Цена в 2021 году

Цены на сталь ШХ15 варьируются в зависимости от ГОСТа и поставщика.

Расшифровка

Производство этой стали регламентируется нормативом ГОСТ 801-78, в соответствии с ним и маркируется как «сталь ШХ15». Каждая буква в наименовании имеет своё обозначение:

Ш — буква объединяет в себе маркировку подшипниковых сталей;
Х — указывает на присутствие хрома в химическом составе материала;
15 — указывает на долю хрома в составе сплава (1,5 %).

Таким образом, сплав ШХ15 обладает повышенной износостойкостью и прочностью, что позволяет ему быть применимым как на производстве, так и в быту.

Читайте также: