Все о стали марки ШХ15

Основное требование, предъявляемое к подшипниковой стали — это повышенная твердость и плотность. Чтобы добиться подобного показателя, в сплав включают большой объём углерода, а в качестве основного легирующего компонента добавляют хром. С описанием стали марки ШХ15 мы и познакомимся в нашем обзоре.

У любого типа стали имеются уникальные физико-эксплуатационные параметры, плюсы и минусы. Сталь ШХ15 относится к группе низколегированных углеродистых сплавов с хромом. В нашей стране этот материал создавался как основа для изготовления подшипников — это было связано с высокой устойчивостью к окислению, твёрдостью и износоустойчивостью. В Европе сплав получил известность как ножевой, его нередко используют для создания режущего инструмента. Именно поэтому в обиход вошли оба определения — и подшипниковая, и ножевая сталь.

Этот материал способен удерживать структуру кристаллической решетки и свойства даже при продолжительной работе с твердыми материалами. Он не сыпется в крошку и не раскалывается. При этом характеризуется стойкостью к образованию окислов, а это особенно актуально для инструментов, эксплуатирующихся в контакте с водой и агрессивными средами. Производство этой стали регламентируется нормативом ГОСТ 801-78, в соответствии с ним и маркируется как «сталь ШХ15». На первый взгляд это может показаться набором буквенно-цифровых символов. Однако, это не так — каждое обозначение несет в себе определённую смысловую нагрузку:

• Ш — в соответствии с действующими нормативами, буква объединяет в себе маркировку подшипниковых сталей;
• Х — указывает на присутствие хрома в химическом составе материала;
• 15 — обозначает долю этого микроэлемента, она составляет 1,5%.

Действующий норматив прописывает все этапы производства стали ШХ15, ее физические, химические и эксплуатационные характеристики, в том числе допустимый предел элементов в структуре.

Сталь, маркированная как ШХ15, имеет довольно необычную структуру и состав, что во многом и определяет её физические и эксплуатационные параметры. Сплав относится к категории низколегированных хромистых составов. В его состав входят различные примеси, которые придают материалу стойкость к окислительным процессам, прочность и твёрдость. К числу легирующих элементов относят такие.

• Углерод — в концентрации от 0,95 до 1%. Это высокое содержание, обеспечивающее повышенную твердость сплава.
• Марганец — вводится в состав сталей всех типов, в данном случае его доля варьируется от 0,2 до 0,4%.
• Кремний — придает материалу повышенную твердость. В подшипниковом сплаве содержание этого микроэлемента составляет 0,18-0, 38%.
• Хром — обеспечивает высокую стойкость к ржавчине. Концентрация этого микроэлемента в стали марки ШХ15 составляет 1,35-1,65%. Малое содержание хрома не позволяет образовывать собственные карбиды, поэтому он остаётся в твердом растворе и при определенных технических условиях может включаться в цементитовый состав.

Как и любой другой сплав, сталь марки ШХ15 имеет свои преимущества и недостатки. К основным плюсам относят:

• повышенную контактную выносливость;
• повышенную твердость;
• стойкость к истиранию и износу;
• лёгкую обрабатываемость;
• структурную однородность;
• устойчивость к смятию;
• ударную вязкость;
• хорошую пластичность.

Также при заточке материал даёт тонкую кромку, именно это делает его незаменимым для выпуска ножей и лезвий.

Не обошлось и без недостатков. Впрочем, для сплава марки ШХ15 они немногочисленны:

• трудоемкая заточка режущих поверхностей;
• хрупкость на уровне выше среднего.

Очевидно, что достоинства материала явно перевешивают его недостатки и определяют сферу использования. На сегодняшний день эта сталь является одной из самых популярных марок. Активный спрос на нее объясняется её высокими эксплуатационными характеристиками в сочетании с демократичной ценой.

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%;
• ударная вязкость — 450 кДж/м2;
• 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.

В разных странах мира к подшипниковой стали предъявляются идентичные требования. Именно поэтому сталь марки ШХ5 имеет множество аналогов, которые отличаются схожестью структуры и химического состава, особенностями производственной технологии, технико-эксплуатационными и физическими характеристиками. В России качестве заменителей выступают сплавы ШХ9, ШХ12, а также ШХ15СГ.

Важно: свойства стали марок ШХ15 и аналогов, а также их цена не идентичны. Они только имеют множество схожих характеристик. Близкие по составу и структуре сплавы изготавливают на территории Евросоюза, в Америке, на территории Китая, Юж. Кореи, а также в Австралии. Наибольшее распространение имеют зарубежные стали 100CrMn6 (Германия, DIN) и 1.3520 (Европа, EN).

Сталь марки ШХ15 востребована для создания деталей и изделий, для которых основным требованием является контактная прочность, повышенная устойчивость к износу и исключительная твёрдость. К ним относят:

• шарики с сечением до 150 мм;
• ролики с сечением до 23 мм;
• корпуса распылителей;
• втулки для плунжеров и сами плунжеры;
• нагнетательные клапаны;
• кольца подшипников с толщиной стенок в пределах 14 мм.

Все перечисленные детали в процессе эксплуатации испытывают значительную нагрузку одновременно, при этом она распределяется по весьма малой плоскости. Это приводит к частому возникновению знакопеременных напряжений в участках на уровне 3-5 МН/м2 (300-500 кгс/см2). Подобная нагрузка диктует свои особенности закалки стали — её температура очень высока, только так можно придать материалу необходимый уровень прочности.

Также следует заметить, что такие воздействия не проходят для металла бесследно. Они всегда вызывают деформацию шариков и роликов подшипников в большей или меньшей степени. Со времени возникает «усталость металла», на подшипнике появляются в трещины. При прохождении такого участка возникает удар, он лишь усиливает деформацию, и в конечном счете подшипник будет выведен из строя. В наши дни сталь марки ШХ15, начавшая свою «жизнь» в качестве инструментального сплава, изменила свое назначение и превратилась в один из лучших материалов для изготовления ножей и лезвий. Этот сплав подвержен температурной обработке, потому ему можно с легкостью придавать любую желаемую форму, заодно повышая уровень прочности и твердости.

Лезвия, сделанные из этого материала, служат верой и правдой долгие годы. Устойчивость к истиранию позволяет сократить периодичность заточек режущего основания и при этом длительный период времени поддерживать оптимальную остроту клинка. Отличительной чертой таких ножей является биоинертность, нейтральная реакция на действие кислотно-щелочных сред и воды. При этом поверхность ножа не подвергается окислению и не покрывается ржавчиной. Такие инструменты проявляют высокую режущую способность. Они с легкостью справляются с нарезкой кусков мяса разной плотности и толщины. Их применяют для быстрой шинковки овощей, нарезки колбас, сыра, а также хлеба.

Важным технологическим процессом любого сплава является химическая обработка. Она призвана увеличить его основные эксплуатационные преимущества. Как правило, производят закалку уже готовых вещей — это позволяет придать особую прочность их поверхностному слою. В процессе закалки ШХ15 возникают определенные сложности. Дело в том, что структура металла изначально предполагает высокую твердость, а по завершении обработки она в несколько раз возрастает. Это существенно затрудняет заточку ножей и прочих режущих инструментов. В закаленном виде сталь почти не поддается резанию, поэтому все детали могут прокаливаться исключительно после того, как им будет придана окончательная конфигурация.

Отжиг подшипниковой стали производится при температурном режиме в 800 градусов. Термообработка устраняет внутреннее напряжение и тем самым сводит к минимуму риск появления сколов и растрескивания. Также следует иметь в виду, что сплав нельзя охлаждать в воде, так как это может вызвать структурные деформации. Ковку производят в термическом диапазоне: на входе 1150 градусов и на выходе 800 градусов. При этом сечения менее 250 мм охлаждаются на открытом воздухе, а величиной от 251 до 350 мм — в яме. Сталь подвержена варке, обычно используют контактно-точечную технику (КТС), в домашних условиях будет целесообразно сварить материал электросваркой.