Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная легированная 15ХФ

Сталь конструкционная легированная 15ХФ: описание, свойства, применение

Сталь 15ХФ – это конструкционная легированная сталь, обладающая повышенной прочностью и износостойкостью. Благодаря своему химическому составу и специальной термообработке, она находит широкое применение в различных отраслях промышленности, где требуется высокая надежность и долговечность деталей.

Свойства стали 15ХФ

Сталь 15ХФ сочетает в себе ряд ценных свойств, делающих ее востребованной в машиностроении и других отраслях:

• Высокая прочность: Обеспечивается легированием хромом и ванадием, что позволяет деталям выдерживать значительные нагрузки.
• Износостойкость: Устойчивость к истиранию и другим видам механического износа, что продлевает срок службы деталей.
• Улучшенная обрабатываемость: Хорошо поддается механической обработке, что облегчает изготовление деталей сложной формы.
• Свариваемость: Ограниченно свариваемая, требует предварительного подогрева и последующей термообработки.
• Термостойкость: Сохраняет свои свойства при повышенных температурах.
• Прокаливаемость: Легирующие элементы обеспечивают глубокую прокаливаемость, что позволяет получать изделия с высокой твердостью по всему сечению.
• Упругость: Обладает хорошими упругими свойствами, что важно для деталей, работающих под динамическими нагрузками.

Химический состав стали 15ХФ

Химический состав стали 15ХФ регламентируется ГОСТ 4543-71. Содержание элементов приведено в процентах по массе:

Элемент	Содержание (%)
Углерод (C)	0.12 - 0.18
Кремний (Si)	0.17 - 0.37
Марганец (Mn)	0.4 - 0.7
Хром (Cr)	0.8 - 1.1
Никель (Ni)	до 0.3
Медь (Cu)	до 0.3
Ванадий (V)	0.08 - 0.15
Сера (S)	до 0.025
Фосфор (P)	до 0.025

Расшифровка обозначения:

• 15: Указывает на содержание углерода в сотых долях процента (0.15%).
• Х: Обозначает наличие хрома, цифра после буквы указывает примерное содержание хрома в процентах (около 1%).
• Ф: Обозначает наличие ванадия, отсутствие цифры указывает на содержание ванадия около 1%.

Механические свойства стали 15ХФ

Механические свойства стали 15ХФ зависят от режима термообработки. Приведем типичные значения для различных состояний:

Свойство	Значение
Предел прочности (временное сопротивление) σв, МПа	780 - 980 (закалка + отпуск)
Предел текучести σт, МПа	640 - 780 (закалка + отпуск)
Относительное удлинение при разрыве δ5, %	12 - 18 (закалка + отпуск)
Относительное сужение ψ, %	40 - 50 (закалка + отпуск)
Ударная вязкость KCU, Дж/см2	50 - 80 (закалка + отпуск)
Твердость HRC	22 - 30 (закалка + отпуск)

Расшифровка обозначений:

• σ_в (Предел прочности): Максимальное напряжение, которое материал выдерживает до разрушения.
• σ_т (Предел текучести): Напряжение, при котором материал начинает деформироваться без заметного увеличения нагрузки.
• δ₅ (Относительное удлинение): Процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к его первоначальной длине.
• ψ (Относительное сужение): Процентное уменьшение площади поперечного сечения образца после разрыва по отношению к его первоначальной площади.
• KCU (Ударная вязкость): Мера сопротивления материала хрупкому разрушению при ударной нагрузке.
• HRC (Твердость по Роквеллу): Мера сопротивления материала вдавливанию индентора.

Физические свойства стали 15ХФ

Свойство	Значение
Плотность, кг/м3	7850
Модуль упругости первого рода (E), ГПа	200 - 210
Коэффициент линейного термического расширения (α), 10-6/°C	11.7 (20-100°C)
Теплопроводность (λ), Вт/(м·°C)	44
Удельная теплоемкость (c), Дж/(кг·°C)	480
Электрическое сопротивление (ρ), мкОм·м	0.24

Расшифровка обозначений:

• Плотность: Масса вещества в единице объема.
• Модуль упругости: Мера жесткости материала, характеризующая его способность сопротивляться упругой деформации.
• Коэффициент линейного термического расширения: Мера изменения размеров материала при изменении температуры.
• Теплопроводность: Мера способности материала проводить тепло.
• Удельная теплоемкость: Количество тепла, необходимое для нагрева единицы массы материала на один градус.
• Электрическое сопротивление: Мера сопротивления материала прохождению электрического тока.

Сферы применения стали 15ХФ

Благодаря своим свойствам, сталь 15ХФ нашла широкое применение в различных отраслях промышленности:

• Автомобилестроение: Изготовление деталей, подверженных высоким нагрузкам и износу, таких как:
  • Шестерни
  • Валы
  • Кулачки
  • Втулки
  • Пальцы
• Тракторостроение: Производство деталей трансмиссии и ходовой части.
• Станкостроение: Изготовление шпинделей, валов, шестерен и других деталей, работающих в условиях высоких скоростей и нагрузок.
• Авиационная промышленность: Изготовление деталей, требующих высокой прочности и надежности.
• Нефтегазовая промышленность: Производство бурового оборудования, деталей насосов и компрессоров.
• Энергетика: Изготовление деталей турбин и генераторов.
• Производство подшипников: Для изготовления колец и тел качения подшипников, работающих в условиях повышенных нагрузок и скоростей.
• Производство инструмента: Для изготовления штампов, пуансонов и других инструментов, требующих высокой износостойкости.

Виды металлопроката из стали 15ХФ

Сталь 15ХФ поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используется для изготовления деталей методом точения, фрезерования и других видов механической обработки.
• Квадрат: Используется для изготовления деталей, требующих высокой прочности и жесткости.
• Полоса: Используется для изготовления плоских деталей, таких как пластины, накладки и другие.
• Лист: Используется для изготовления корпусных деталей, обшивки и других конструкций.
• Трубы: Используются для транспортировки жидкостей и газов, а также для изготовления конструкций.
• Поковки: Используются для изготовления крупных деталей сложной формы.

ГОСТы, регламентирующие сталь 15ХФ и металлопрокат из нее

• ГОСТ 4543-71: Сталь легированная конструкционная. Марки. (Определяет химический состав и механические свойства стали 15ХФ).
• ГОСТ 2590-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. (Для круга из стали 15ХФ).
• ГОСТ 2591-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент. (Для квадрата из стали 15ХФ).
• ГОСТ 103-2006: Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент. (Для полосы из стали 15ХФ).
• ГОСТ 19903-2015: Прокат листовой горячекатаный. Общие технические условия. (Для листа из стали 15ХФ).
• ГОСТ 8734-75: Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент. (Для труб из стали 15ХФ).
• ГОСТ 8479-70: Поковки из конструкционной легированной и нелегированной стали. Общие технические условия. (Для поковок из стали 15ХФ).
• Возможно применение других ГОСТов в зависимости от конкретного вида продукции и требований заказчика. Необходимо уточнять в каждом конкретном случае.

Операции в цехах, использующие сталь 15ХФ

В цехах различных производств сталь 15ХФ используется в различных операциях:

• Механическая обработка:
  • Токарная обработка: Изготовление деталей вращения (валы, оси, втулки и т.д.) на токарных станках.
  • Фрезерная обработка: Изготовление деталей сложной формы (шестерни, кулачки и т.д.) на фрезерных станках.
  • Сверление: Создание отверстий в деталях.
  • Шлифование: Обеспечение высокой точности размеров и шероховатости поверхности деталей.
  • Зубонарезание: Изготовление зубьев шестерен.
• Термическая обработка:
  • Закалка: Нагрев стали до определенной температуры с последующим быстрым охлаждением для повышения твердости и прочности.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до более низкой температуры для снятия внутренних напряжений и повышения пластичности.
  • Отжиг: Нагрев стали до определенной температуры с последующим медленным охлаждением для снижения твердости и улучшения обрабатываемости.
  • Нормализация: Нагрев стали до определенной температуры с последующим охлаждением на воздухе для улучшения структуры и механических свойств.
• Сварочные работы: (Ограниченно)
  • Ручная дуговая сварка (РДС): Сварка с использованием покрытых электродов. Требует предварительного подогрева и последующей термообработки.
  • Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов (MIG/MAG): Сварка с использованием проволоки в среде защитных газов. Требует предварительного подогрева и последующей термообработки.
• Кузнечно-прессовое производство:
  • Ковка: Изготовление деталей путем пластической деформации металла под ударами молота или пресса.
  • Штамповка: Изготовление деталей путем пластической деформации металла в штампах.
• Литейное производство: (Менее распространено)
  • Литье: Изготовление деталей путем заливки расплавленного металла в форму.

Важно отметить: Применение стали 15ХФ и выбор технологических процессов зависят от конкретных требований к изготавливаемой детали и условий ее эксплуатации. Перед началом производства необходимо тщательно изучить техническую документацию и проконсультироваться со специалистами.