Сталь ШХ15: характеристики, применение, свойства, расшифровка маркировки

Характеристики применения стали ШХ15, а также процесс ее производства привели к тому, что ее стали относить к группе конструкционных сталей.

Структура стали

Важнейшее требование, которое предъявляется к данному типу стали, - это высокая твердость. Для того чтобы достичь такого показателя, используют большое количество углерода в качестве легирующего элемента, а также добавляют некоторое количество хрома.

В момент поставки данной стали ее структура - это феррито-карбидная смесь. Чаще всего при поставке данного вида пишут, что она - отожженная на зернистый перлит. Также важно отметить, что к характеристикам применения стали ШХ15 относится и высокая пластичность, которая обязательно должна быть соблюдена, так как сырье этой марки часто используется для производства различных пластичных конструкций.

Температура закалки стали, при которой она проходит термическую обработку, - 830-840 градусов по Цельсию. Отпуск же сырья осуществляется в температуре от 150 до 160 градусов, а время, требуемое на завершение операции, составляет 1-2 часа.

Карбидная фаза

Дальнейшие характеристики применения стали ШХ15 во многом зависят от карбидной фазы и от ее успешного завершения. Если рассматривать ее протекание под микроскопом, то можно наблюдать, что при успешном ее завершении, усилие, которое требуется для разрушения матрицы - 140 кН.

Для того чтобы достичь такого показателя, шарик, являющийся основным элементом структуры, должен иметь однородную матрицу, а также достаточно однородные карбиды. Одинаковыми они должны быть как по размеру, так и по своему распределению в матрице. Если же во время обработки что-то пошло не так, то усилие, требуемое для разрушения структуры, может упасть до 68 кН. Если это происходит, значит, структура шарика получилась неоднородной. Карбиды в данном случае могут быть расположены неравномерно и/или иметь неодинаковый размер. Этот показатель очень существенный для стали.

Дефекты карбидной фазы

Так как характеристики применения стали ШХ15 во многом зависят от протекания карбидной фазы, то важно знать, какие могут быть дефекты этого процесса:

• Один из первых дефектов - это карбидная полосчатость. Он возникает из-за того, что присутствует неоднородность структуры стали после ее закалки. В тех участках, где присутствует большое количество карбидов, появляется мартенситно-трооститная структура, а в тех местах, где количество этого вещества мало, появляется игольчатый мартенсит.
• Еще один дефект, который может возникнуть, - это карбидная ликвация. В подшипниковом типе стали часто встречается крупное включение карбидов, которые располагаются вдоль направления прокатки - это и называется карбидной ликвацией. Дефект этого явления заключается в том, что эти элементы характеризуются высокой прочностью, но и высокой хрупкостью. Чаще всего такие элементы разрушаются при выходе стали на рабочую поверхность, из-за чего образуется очаг разрушения. Ярко выраженный дефект этого типа сильно увеличивает изнашиваемость шарикоподшипниковой стали.

Подшипники из стали

Из-за характеристик применения стали ШХ15 ее стали часто использовать для производства шариков, роликов и колец подшипников.

Стоит отметить, что при работе данных деталей они постоянно подвергаются высоким знакопеременным напряжениям. Также важно понимать, что ролик или шарик, а также дорожка из колец испытывают высокую нагрузку в единый момент времени, которая распределяется по очень малому участку плоскости. Из-за этого в таких участках попеременно возникают такие знакопеременные напряжения порядка 3-5 МН/м² (300-500 кгс/см²).

Именно из-за таких нагрузок температура закалки стали очень высока, чтобы придать высокую прочность материалу. Также важно отметить, что такие высокие нагрузки не проходят бесследно, они оставляют небольшую деформацию элементов подшипника. Из-за этого на подшипнике образуются усталостные трещины. Появление этих дефектов приводит к тому, что при прохождении этого участка происходит удар, из-за которого деформация лишь усиливается, а в конечном счете подшипник полностью выходит из строя.

Подшипниковая сталь: характеристики

Данная марка стали применяется для производства шариков диаметром до 150 мм, роликов диаметром до 23 мм, а также для производства колец подшипников, толщина стенки которых 14 мм. Также эта сталь может использоваться для изготовления втулок плунжеров, нагнетательных клапанов, а также других деталей, для которых главное требование - это высокая твердость, высокая стойкость к износу, а также контактная прочность.

Подшипниковая сталь данной марки также обладает рядом определенных характеристик, таких как: склонность к отпускной хрупкости или флокеночувствительность. Пределы кратковременной прочности данного материала находятся в районе от 590 до 750 МПа. Предел пропорциональности для данного материала - 370-410 МПа. Относительное удлинение материала при разрыве составляет 20%. Сталь марки ШХ15 обладает относительным сужением - 45%. Кроме этого, есть и характеристика ударной вязкости, показатель которой 440 кДж/м².

Свойства стали ШХ15

Если говорить о свойствах данной марки, то нужно обратить внимание на ее химический состав, который во многом влияет на образование этих свойств. Сталь ШХ15 содержит в своем составе такие химические элементы:

• С - 0,95 -1.0;
• Si - 0,17-0,37;
• Mn - 0,2-0,4;
• Cr - 1,35-1,65.

Также данная марка характеризуется еще одним параметром - критическая точка температуры. Для стали ШХ15 этот показатель находится в районе от 735 до 765 градусов по Цельсию.

Для того чтобы достичь нужной прочности, этот тип сплава подвергают сильному нагреву, температура которого превышает эвтектоидное превращение. Он обеспечивает нужную концентрацию такого элемента как С и Cr в составе стали в твердом виде, а также делает структуру мелкого однородного зерна.

Расшифровка стали ШХ15, которая получается в итоге проведения всех этих операций следующая: буква Ш обозначает, что материал принадлежит к группе подшипниковых сталей, а буква Х указывает на то, что в составе сырья имеется такой материал, как хром, являющийся одним из легированных элементов.

Углеродистая сталь

Сталь ШХ15 - углеродистая и малолегированная сталь, которая в изготовлении ножей приобрела название "углеродистой". Данный материал используется уже примерно в течение 100 лет. Основная область применения данного материала - это подшипниковые, износостойкие и режущие детали или элементы.

Также стоит отметить, что данная группа стали является классической для изготовления ножей и за рубежом. Нож из ШХ15 будет обладать огромной прочностью, а также значительной остротой. Такие изделия используют чаще всего для каких-либо режущих инструментов, однако из нее же можно изготавливать и обычные кухонные ножи.

Особенности использования

Расшифровка стали ШХ15 говорит сама за себя, однако стоит добавить, что 15 - это показатель количества хрома в материале, которого там содержится в количестве 1,5%.

При эксплуатации изделий из данной стали в метастабильной среде с высокими нагрузками вполне возможны геометрические изменения размеров детали. После проведения наблюдений за закаленными образцами и их изменений в размерах, а также после проведения рентгенографических исследований люди установили, что для стабилизации такого вещества, как мартенсит, необходима закалка сырья в течение 2-4 часов при температуре в 150 градусов по Цельсию. Если же необходимо стабилизировать мартенсит для дальнейшей эксплуатации вещества в повышенных температурных условиях, то процесс отпуска должен проходить при температурном пороге, который будет превышать рабочую температуру на 50-100 градусов по Цельсию.

Можно отметить, что основная причина, почему после закалки и отпуска сталь изменяет свои геометрические параметры - это влияние остаточного аустенита. Для того чтобы привести наглядный пример, можно представить такое утверждение: 1% аутенсита при превращении в мартенсит будет изменять размер детали на 1•10^-4. Для более понятного определения это означает, что изменение размера произойдет на 10 мкм на каждые 100 мм размера.