Сталь ШХ15 для ножей: плюсы и минусы

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Стойкость к смятию. Точечное воздействие высокой нагрузки может привести к образованию вмятины, но рассматриваемый металл характеризуется высокой устойчивостью к подобному воздействию.
5. Пластичность и вязкость также учитываются при создании различных изделий.
6. 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.
7. Склонность к отпускной хрупкости определяет то, что после закалки могут появится структурные дефекты. Они могут повысить хрупкость получаемого изделия.
8. 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.

Скачать ГОСТ 801-78

Расшифровка стали

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

Сталь ШХ15 подшипниковая

Стали заменители

Сталь ШХ9, ШХ12, ШХ15СГ.

Иностранные аналоги

100CrMn6 (Германия, DIN), 1.3520 (Европа, EN)

Расшифровка стали ШХ15

По ГОСТ 801-78 подшипниковые стали обозначаются буквой «Ш» в начале маркировки стали, после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента, т.е. для стали ШХ15 содержание 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)

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

Температура критических точек, °С

Влияние азотирования на износостойкость стали ШХ15

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

Твердость стали ШХ15 после высокочастотной закалки

Температура нагрева стали ШХ15 для высокочастотной закалки

Механические свойства

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Механические свойства в зависимости от температуры испытаний

Предел выносливости при n=106

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

Термообработка

Скорость охлаждения при отжиге (10-30°С/ч) устанавливают с таким расчетом, чтобы распад аустенита завершился в верхней области превращений (примерно до 600°С). Это обеспечивает образование структуры равномерно распределенного мелкозернистого перлита и твердости НВ (по Бринеллю) 178-207 для сталей ШХ15.

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.

Закалку производят непосредственно с температуры процесса, но не ниже 820°С в масло. Твердость HRC нитроцементованных колец из стали ШХ15 после отпуска при различных температурах следующая: 160°С — 67-69; 200°С — 65-66; 250°С — 64-65; 300°С — 60-63; 350°С — 58-60.

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.

Плотность ρп кг/см3 при температуре испытаний, °С

Коэффициент линейного расширения α*106, К-1

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Модуль Юнга (нормальной упругости) Е, ГПа

Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа

Удельное электросопротивление ρ нОм*м

Узнать еще

Сталь 20ХН3А конструкционная легированная…

Сталь 09Г2С — конструкционная низколегирован…

Сталь 15ХСНД низколегированная конструкционная…

Сталь 38ХА конструкционная легированная…

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:

1. Большая концентрация углерода определяет повышенную твердость структуры. Показатель концентрации углерода составляет 0,95-1%.
2. Марганец включается в состав практически любой стали. В рассматриваемом случае концентрация 0,2-0,4%.
3. Кремний повышает прочность и другие характеристики материала. ШХ 15 имеет показатель в диапазоне от 0,17-0,37%.
4. 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.

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:

1. 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.
2. Устойчивость к износу, то есть поверхность из ШХ15 не подвержено стиранию, что позволяет ей долгое время сохранять первоначальные рабочие свойства.
3. 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.
4. Стойкость к высоким ударным и внешним механическим нагрузкам. На этом металле практически не образуются вмятины от точных воздействий.
5. Пластичность и вязкость в рассматриваемом сплаве находятся на среднем уровне из-за большой твёрдости.
6. Структура стали отлично поддаётся термообработке. Закалка и отжиг дают возможность улучшить прочность на молекулярном уровне.
7. 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.
8. 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.

Нож Беркут, сталь ШХ15, покрытие оксидированием.

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

Особенности обработки

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

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Плюсы и минусы стали ШХ15 для ножей

Сталь ШХ15 прекрасно зарекомендовала себя для создания различных видов ножей. Она хороша как в процессе изготовления режущего инструмента, так и в его эксплуатации.

Плюсы:

— Поддается температурной обработке, благодаря чему форма изделия улучшается, а его прочность повышается. — Структура сплава однородна, а это положительно сказывается на износостойкости ножа. — Небольшая примесь хрома задерживает процессы ржавления. — Повышенная твердость стали поддерживает остроту лезвия в течение долгого времени. — Нарезать можно как мясо, так и фрукты, овощи. Срезы получаются идеально ровными.

Вместе с тем у стали имеются существенные недостатки, которые для многих становятся решающими при выборе ножа.

Минусы:

— Закалка стали приводит к появлению отпускной хрупкости, что снижает показатели прочности. — Примесь хрома очень мала, потому без должного ухода через непродолжительное время на стальном лезвии появится ржавчина. — Высокая твердость стали делает трудной заточку ножа. Без специальных инструментов будет не обойтись.

Все же недостатков у стали гораздо меньше, чем достоинств. Поэтому нож из стали ШХ15 — выгодное приобретение.

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:

1. 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.
2. Роликов диаметром до 23 мм. Встречаются в продаже и роликовые подшипники, которые рассчитаны на большую нагрузку.
3. Плунжеров.
4. Нагнетательных клапанов. Они также подвержены существенному воздействию на момент эксплуатации.
5. 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.

Применение стали ШХ 15

Эта углеродистая хромистая малолегированная сталь известна технологам уже порядка 100 лет, за время которых она показала себя превосходным материалом для широкого ассортимента режущего и измерительного инструмента. Повышенная износостойкость этого металла всегда привлекала зарубежных производителей ножей, в то время как российские производители для этих целей длительное время использовали марганцевые сплавы наподобие У8 или 65Г. С начала 2000-х эти материалы постепенно вытеснялись более универсальной и недорогой в производстве сталью ШХ 15.

Такие популярные аналоги, как ШХ 6 или ШХ 9, чаще всего идут на производство роликов и шариков подшипников. В свою очередь, кольца подобных изделий, толщина стенок которых доходит до 15-20 мм, рекомендуется изготавливать из стали ШХ15. Причина в том, что для неё характерна гораздо большая износостойкость и твердость.

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:

1. Лезвие служит на протяжении длительного периода. Хорошая износостойкость определяет то, что не нужно часто выполнять заточку режущей кромки.
2. Режущая кромка долго держит свою заточку.
3. Поверхность не поддается заточке. Поэтому после ее потери ее восстановить достаточно сложно.
4. Режущая кромка не подвержена воздействию влаги и различных химических элементов. На протяжении длительного периода на поверхности не появляется ржавчина или окисления.
5. 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.

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.