Шх15 закалка и отпуск

Сталь ШХ15 для ножей: плюсы и минусы

Одна из решающих характеристик при выборе ножа — сталь, из которой он сделан. Именно состав сплава отвечает за то, насколько долго прослужит нож, как часто его придется точить. Популярность получили ножи из стали ШХ15. О ее качествах, достоинствах, недостатках и пойдет речь в статье.

Какие характеристики стали шх15?

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.

сталь шх 15 характеристики применение

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.

Сталь ШХ15: что это?

Сталь ШХ15 — углеродистая низколегированная хромовая сталь. В сплав входят основные и дополнительные компоненты. Причем последних в составе — не более 2,5% от общего количества.

Основные компоненты, влияющие на качество стали ШХ15, следующие:

  • углерод — его в сплаве содержится довольно много. Благодаря этому сталь приобретает дополнительную твердость;
  • кремний — способствует улучшению свойств других составляющих. Положительно влияет на твердость;
  • марганец — вспомогательное вещество, упрощающее процесс обработки стали;
  • хром — в больших количествах повышает устойчивость к ржавчине. Однако в данной разновидности сплава его содержание невелико. Потому сталь считается подверженной к коррозии.

Сочетание всех компонентов делает сталь ШХ15 очень твердой и износостойкой. Именно поэтому изначально она применялась только в производственной сфере. Ее использовали для изготовления шариков для подшипников (буква Ш в названии обозначает эту сферу применения).

Сейчас из нее делают разные виды ножей: от охотничьих до кухонных. Они долго держат заточку, отлично справляются с разделкой костей, мяса.

Нож «Рысь» 24 см — 6000 руб.

Расшифровка

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.

Кроме того, свои ГОСТы разработаны для каждого изделия, в производстве которого участвует этот сплав.

Химический состав и структура

Технические характеристики легированной стали хвг
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.

Есть ли аналоги стали ШХ15?

Основное назначение стали — производство из нее шариков для подшипников. А к ним везде предъявляются более или менее одинаковые требования. Поэтому аналогов у стали ШХ15 множество.

Среди российских: ШХ9, ШХ15, ШХ12СГ. Схожие сплавы изготавливаются в США, Японии, в Республике Корея, Китае и странах Европы. Правда, там главная сфера применения такой стали — лезвия ножей.

Состав и структура

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.

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

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.

нож из шх15

Плюсы и минусы

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.

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.

температура закалки стали

Характеристики

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.

Материал обладает флокеночувствительностью и хорошей шлифуемостью.

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.

сталь марки шх15

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.

Применение

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.

Помимо этого, сплав ШХ15 актуален для создания тактических, сапожных ножей и подарочных финок. Их исключительные качества делают и материал незаменимым для создания охотничьих ножей. Свою форму и структуру они будут сохранять даже при обработке толстых веток и костей животных.

Обработка

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.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий