Сталь шх15 закалка и отпуск

Обновлено: 28.03.2024

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
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 HRCэ
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 σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ% KCU,
Дж/см 2
Твердость, не более
не менее
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 HRCэ 62-65

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

tисп, °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ% KCU,
Дж/см 2
Твердость
HRCэ 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

tисп, °С σ0,2, МПа σв, 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 — Кv тв.спл = 0,90 и Кv б.ст = 0,36 в горячекатаном состоянии при НВ 202 и σв=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)
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.

Прокаливаемость стали ШХ15. Распределение твердости по сечению роликов разного диаметра

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

Зависимость величина зерна аустенита в закаленной стали ШХ15 от исходной структуры и температуры закалки

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 закалка и отпуск

МХО | Мир Холодного Оружия | Ножи | Knivеs

МХО | Мир Холодного Оружия | Ножи | Knivеs запись закреплена

Нож из подшипника. Ковка и закалка стали ШХ15.

Многие начинающие ножеделы часто задаются вопросом - "из чего сделать нож?". Ответ на этот вопрос весьма простой. Из напильника, из торсиона, из рессоры, из клапана, в конце-концов. Но самом лучшим вариантом, на мой взгляд, является сталь из которой изготавливают подшипники(Фото 1). Они делаются из разных сталей, но самая распространённая - это ШХ15. По этому речь в данной статье пойдёт именно о ней.

Начинать нужно с поиска подходящего нам подшипника. Лично я стараюсь искать для своих работ подшипники с чеканкой на торцевой части обоймы надписи "made in USSR". Стали, сваренные 30-40 лет назад, содержат именно среднее значение легирующих элементов, а не минимальное, как современные. Но это уже моё личное мнение.

Подшипники можно достать из старых советских электродвигателей, со ступиц автомобилей и различной техники, но советского или российского производства. В зарубежных агрегатах могут находится подшипники из аналогичных сталей.

=Ковка и отжиг=
Первое, что нам нужно сделать - это провести нормализацию. Всё очень просто. Закидываем подшипник в печь с температурой 900-930 градусов, одного часа будет достаточно. Остывать после нормализации подшипник должен на воздухе. Далее - сложнее. Сразу предупрежу: многие подумают, что это очень сложно и много заморочек, но осмелюсь заверить - нет ни чего сложного в термообработке и ковке ШХ15, по сравнению с некоторыми другими сталями, например р6м5.
После того, как наш подшипник остыл и мы его распилили и разогнули обойму(советую разгибать горячим, щипцами, плоскогубцами с напарником) можно приступать к ковке(Фото 2). Отмечу, что любая сталь имеет минимальный и максимальный температурные пороги при ковки. ШХ15 при ковке нельзя разогревать выше 1150 градусов и нельзя ковать, когда она уже остыла ниже 850 градусов. На всё - провсё у нас есть 200 градусов разбега. После того, как мы расковали нашу заготовочку до нужной нам толщины и формы, нам нужно провести повторную нормализацию. ВНИМАНИЕ! - не даём после ковки остыть нашей заготовке ниже 300-400 градусов - т.е. ещё горячую поковочку переносим в печь с температурой 900-930 градусов и выдерживаем там час. После чего сразу, горячую, переносим в другую, заранее подготовленную печь с температурой 650 градусов. В этой печи заготовка должна провести примерно 5-7 часов, причём не просто просидеть, а постепенно остывать вместе с печью до температуры 560 - 570 градусов. Самое сложное в данном процессе - это контроль температуры в печи. Не желательно, чтоб она слишком быстро остыла, лучше чуть медленнее, чем чуть быстрее. После чего заготовку достаём из печи остужаем на воздухе. Такая процедура называется отжигом. После всех этих хитрых манипуляций наша поковка полностью готова к слесарным работам и имеет твёрдость около 10 - 14 HRC. Обрабатывается такая поковка чуть-ли не ногтем.

=Закалка и отпуск=
В идеале закалку клинка нужно производить ещё в бланке, т.е. в виде готовой поковки, без спусков, фальшлезвий и т.д., так как температура при закалке в таком бланке более равномерно распределена по всей поверхности, чем в готовом клинке, который имеет различные переходы по толщине. В результате мы получим хороший и равномерный мартенсит по всей длине и ширине будущего клинка. Но в связи с тем, что калёную пластину не каждый сможет обработать, можно закалить и после слесарки.
И так, что такое закалка? Закалка это нагрев стали до определённой температуры, выдержка при этой температуре и охлаждение в специальной закалочной среде, в случае с ШХ15, закалочной средой нам послужит масло. Небольшой лайфхак для закалки. Нагрев заготовки лучше производить в жидкой среде, а именно в соли, самой простой соли - натрия хлорид. Берём жароустойчивую ёмкость, это может быть кусок трубы с приваренным дном, в моём случае - тигель(Фото 3). Засыпаем его доверху солью и ставим в горн или печь. Соль начинает плавится при температуре 801 градус цельсия. По мере расплавления, досыпаем соль в тигель, пока не добьёмся требуемого нам уровня. после того, как соль полностью расплавилась, нам нужно удалить из её расплава весь кислород, который потом вступит в реакцию со сталью и обезуглеродит её поверхность. Для этого на один литр расплава мы кладём в соль примерно 30 граммов простого алюминия. После его растворения в расплаве соляная ванна готова. Плюсы такой "солянки" - огромные. Это и скорость прогрева, и равномерность прогрева заготовки, и чистая поверхность заготовки после закалки - пожалуй самый хороший плюс. Ни какой окалины!
Температура нагрева ШХ15 под закалку 800-810 гр. Не меньше! Да и больше тоже не рекомендуется. Если нет специальных контроллеров и термопар, то расплав соли нам поможет. Как только соль расплавилась - у нас 800 градусов есть, больше нам и не надо. Опускаем заготовку в расплав соли или просто прогреваем в печи.
ВНИМАНИЕ! Соляная ванна очень боится влаги! Заготовка должна быть сухой, при попадании маленькой капли воды произойдет мощный выброс расплава. Работать с солянкой обязательно в рукавицах и очках.
В солянке будущий нож полностью прогреется за пять - семь минут, в атмосферной печи или горне - около 15 мин. После чего достаём заготовку и максимально быстро опускаем её в масло. Не скупитесь на масло. Можно купить простую трансмиссионку за 700 рублей и вам её на долго хватит. Чтоб избежать коробления - поводков при закалке, нужно погружать раскалённую заготовку в масло строго вертикально, не болтать её из стороны в сторону до полного остывания. Отпуск проводить только в подвешенном, строго вертикальном состоянии.
Ну и завершающим этапом является отпуск. Загружаем наш клинок, повторюсь - в вертикально подвешенном состоянии, в печь, прогретую до температуры 180 - 200 градусов. Полутора часов будет в самый раз. На выходе мы получаем твёрдость в 60 - 62 единицы HRC(фото 4).

Многие подумают, что все эти "танцы с бубном" лишние и эта сталь того не стоит, но я осмелюсь заверить, что ШХ15 При соблюдении всех, вышеперечисленных требованиях ведёт себя вполне достойно. И режущую кромку держит хорошо, и не выкрашивается, и довольно упругие клинки с неё выходят. Все температурные режимы обработки ШХ15 можно найти в спец.литературе. В разных источниках они описаны по разному, но с небольшой разницей. Я описал вам тот режим которым пользуюсь я и который прописан для данной стали в технологическом процессе предприятия, на котором я работаю по профессии термист.
Дерзайте, господа и не забывайте - главный критерий при термообработке - это именно соблюдения всех режимов на всех этапах термообработки!

Сам лично много раз работал по вышеописанной схеме и неоднократно убеждался, что всё правильно делаю. После вертикальной закалки и вертикального отпуска проверял коробление. На клинке, длиной в 34 см от хвостовика до острия коробление не составило и одной десятой доли мм.

Был случай, как то, обрабатывая файлворк на обухе клинка, который был зажат за хвостовик в тиски и торчал вертикально, сантиметров на 18, я оступился и плечом сильно навалился на клинок. Каково было моё удивление когда я заметил прогиб, во время того как навалился на него, около одного сантиметра, после этого клинок принял свою форму обратно, не изогнулся и не сломался. Термообработку этому клинку проводил по тем режимам, что привёл в этой статье.

В общем желаю всем больших побед в нашем не лёгком, но таком любимом деле! Всем острых ножей и ни каких порезов! Спасибо, что дочитали до конца, всем удачи!

Сталь марки ШХ15

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 σ0,001 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:
σв - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа
ε - относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05 - предел упругости, МПа
Jк - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2 - предел текучести условный, МПа
σизг - предел прочности при изгибе, МПа
δ5410 - относительное удлинение после разрыва, %
σ-1 - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж - 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 pn и r - плотность кг/м 3
HRCэ
- 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

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

Шарикоподшипниковая сталь относится к конструкционным сталям.

Эти стали должны иметь высокую твердость, поэтому содержание углерода в них велико. Основным легирующим элементом этой стали, помимо углерода, является хром.

Таблица 1. Составы некоторых подшипниковых сталей

Состав подшипниковых сталей

Структура стали в состоянии поставки – феррито-карбидная смесь; как правило, пишут – отожженная на зернистый перлит. Про этот вид перлита на данном сайте есть статья. Почему такое состояние поставки, понятно. Поскольку детали из этой стали получают, в том числе, пластической деформацией, то структура должна иметь наилучшие пластические свойства. Структура стали ШХ15 в состоянии поставки показана на рис. 1 а. По ГОСТ балл этой структуры 3-5 по шкале №1.

Структура стали ШХ15 в состоянии поставки
Структура стали ШХ15 после закалки и отпуска
а б

Рисунок 1 . Структура стали ШХ15 в состоянии поставки (а) и после закалки и отпуска (б)

Термическая обработка подшипниковой стали – закалка от температуры 830-840 о С в масло и отпуск 150-160 о С 1-2 часа. После такой обработки структура стали – мелкодисперсный мартенсит отпуска (говорят – скрытоигольчатый мартенсит) и карбиды (рис. 1б). Снимок сделан при увеличении 3000 х , тем не менее, мартенсит не различается.

4
5
а б

Рисунок 2. Структура стали ШХ15 после закалки и отпуска

От карбидной фазы во многом зависят свойства стали. На рис.2 показаны структуры стали ШХ15, отличающиеся размером и пространственным распределением карбидов. На рис. 2а показана структура шарика диаметром 3/8 дюйма, показавшего при испытаниях усилие разрушения 140 кН. Этот шарик имеет однородную структуру матрицы и достаточно однородные карбиды (белые включения) как по размеру, так и по распределению в матрице. На рис. 2б показана структура шарика с усилием разрушения 68 кН. Структура этого шарика неоднородна. Это видно уже хотя бы из того, что участки мартенсита отличаются по цвету. Карбиды крупнее и неоднородны по размеру; для стали это существенно. Роль размера карбидов (неметаллических включений) иллюстрируется зависимостями на рис. 3.

Влияние размера карбидов на усталостную прочность

Рисунок 3. Влияние размера глобулярных включений на усталостную прочность стали для разных диаметров образца: 1-18,6 мм; 2- 15 мм; 3 – 13 мм.

Карбидная фаза вообще играет большую роль, и дефекты, связанные с карбидами, имеют существенное значение. Наиболее значимыми дефектами карбидной фазы являются:

Карбидная полосчатость. Карбидная полосчатость является следствием структурной неоднородности стали после закалки. В участках карбидных скоплений образуется мартенсито-трооститная структура, а в участках, обедненных карбидами - игольчатый мартенсит. Это приводит к повышению внутренних напряжений и неоднородности твердости по поверхности подшипника. Карбидная полосчатость затрудняет получение структуры зернистого перлита.

Полосчатость в стали 12ХН3МСГ

Рисунок 4. Пример полосчатости структуры, сталь 12ХН3МСГ

9
10
11
а б в

Рисунок 5. Карбидная полосчатость в стали

12
13

Рисунок 6. Полосчатость в закаленной стали

Карбидная ликвация. В подшипниковой стали встречаются крупные включения карбидов, ориентированные вдоль направления прокатки - карбидная ликвация. Они обладают высокой твердостью и хрупкостью, поэтому они часто выкрашиваются при выходе на рабочую поверхность с образованием очагов разрушения. Резко выраженная карбидная ликвация ухудшает изнашиваемость шарикоподшипниковой стали.

Карбидная ликвация в стали Р18

Рисунок 7. Пример карбидной ликвации (сталь Р18)

Карбидная сетка. Присутствие карбидной сетки ведет к ухудшению механической прочности подшипника.

Карбидная сетка в стали ШХ15

Рисунок 8. Участки карбидной сетки в стали ШХ15; закалка и отпуск

Другими дефектами подшипниковой стали являются:
Остаточный аустенит. С количеством остаточного аустенита связана размерная стабильность готовых подшипников в процессе эксплуатации. При нагреве до 150 о С в течение 100 часов увеличение размеров закаленной стали ШХ15 при исходной структуре пластинчатого перлита составляет 0,02%, а при исходной структуре зернистого перлита - 0,003%. Исходная структура зернистого перлита обеспечивает минимальное количество остаточного аустенита. Определение количества остаточного аустенита производится для подшипниковой стали только рентгеноструктурным анализом. Структура стали настолько мелкая (рис. 1,2), что различить зерна аустенита трудно.
Микропористость. Микропоры являются местами концентрации напряжений в металле и очагами возникновения усталостных трещин в готовых подшипниках при их эксплуатации.

Павел Пиданов

Мужики привет. По моему шх стала самой пумпулярной сталью все времён и народов. А кто как её калит? Просто интересно. Сталь по суте многое прощает в отличии от капризного напильника, но в целом она на высоте. Тут не преследуется цель выведать старинные дедовские рецепты, тут можно и поскупиться, но в целом сталь заслуживает самого глубокого уважения. Уверен беседа будет интересной.

Дмитрий Коротких

Самая простая "базовая" так сказать термичка: 840-850 на подогретое масло. Отпуск 200-210(по вкусу). Это по-сути по датащиту. Не плохо работает, не сильно сложно точится. То, с чего стоит начать.

Иван Капичников

Вячеслав Рыбкин

Закалка 850, масло синтетика, отпуск 200-250 два часа.после ковки всегда нормализация. стекло не царапает, но уголки металические рубит без заминов.

Уголь.
Обойма-отжиг-ковка(не сильно нагреваю-в районе 900-950град)
После ковки- остывает вместе с горном в углях.
Черновая слесарка(просто контур придаю и черноту снимаю)
Нормализация 2-3 раза
840-закалка
200- отпуск-2 часа
После слесарки (не всегда)- на 1 час на отпуск 150-170 град.
Сабельку сделал для тестов ШХ-15СГ
400*30*2.5
Результат
То порадовал
Гнул пока в тисках град на 50-60
Отшлифую дальше гнуть буду
Бутылку царапает

Евгений Юрьев

Иван Дмитриев

Михаил Лебедев

Павел, она стала такой сразу после начала индустриализации в стране, когда подшипники стали массовым товаром применяемым почти во всех отраслях хозяйства. Легко обрабатывается, прощает многие ошибки и выдаёт хороший результат. Сколько косяков было когда делал впервые из подшипника нож не со считать, а он всё равно отличный работяга вышел.

Евгений, я видимо что-то пропустил. Ну да ладно. Надеюсь всё таки дождаться от Ивана рецепта, который его устраивает. Было бы интересно конечно.

Я по ряду причин не готов выкладывать свои рецепты, но скажу одно - ни один рецепт из справочника не годится для рабочего ножа (для резцов по дереву подходит). Температуру можно снижать. Шх15 которую берет надфиль в несколько раз лучше чем с 65ед НРС. Вспомните что узбеки не закаливали пчаки из ШХ. Стеклорезы - не режут.
Но вопрос поставлен не корректно, нож для чего делается? Я занимаюсь охотничьими. Поэтому говорю с высоты своего полета.

Иван, ну почему разные технологии аля "так раньше делали" по умолчанию воспринимаются как нечто много лучшее чем современное?. "В те времена знали толк" говорят. Причем это относится к кому бы то ни было. Откуда такая уверенность. Может те же узбеки не могли нормально обрабатывать ШХ, калили на воду, ковали абы как и получали хрупкую хрень. Поэтому и не закаливали вовсе. Откуда пошли эти сказки про то что раньше умели делать супервещи, а теперь не умеют?? Где хоть одна такая вещь? Что-то на конкурсе булатов нечего такого не увидели. По поводу того что шх в той термичке не режет, это уж кроме улыбки ничего не вызывает. Много с чем сравнивал, в том числе углеродистые Мора, Опинель, 8х6нфт, vg10 и т.д. . Режет очень достойно и предсказуемо. Конечно она может резать много лучше. Но что бы говорить что "не режет вообще", да и вообще "фи" это знаете ли не соответствует действительности.

Я привык проверять каждый нож, отсюда уверенность. Для начала нужно добиться хотя бы прочности, чтобы не было сколов при 36 Гр при строгании твердого рога. Хотя сейчас начнется что это проще пареной репы. А твой режим для резца по металлу.

Читайте также: