Stal łożyskowa ŁH15 (oznaczenie wg PN) to jedna z najczęściej stosowanych stali stopowych do produkcji elementów tocznych łożysk – takich jak kulki, wałeczki, bieżnie i pierścienie. Charakteryzuje się wysoką czystością metalurgiczną, bardzo dobrą twardością po obróbce cieplnej oraz odpornością na ścieranie, co czyni ją materiałem preferowanym w precyzyjnych układach tocznych i mechanizmach wymagających dużej trwałości eksploatacyjnej.

 

Skład chemiczny stali ŁH15

Stal ŁH15 należy do grupy wysokowęglowych stali chromowych.
Jej skład chemiczny wg norm PN / EN / GOST (w przybliżeniu) przedstawia się następująco:

Pierwiastek	Zawartość [%]	Funkcja dodatku stopowego
C	0,95 – 1,05	zapewnia wysoką twardość i odporność na ścieranie
Mn	0,25 – 0,45	poprawia hartowność i wytrzymałość zmęczeniową
Si	0,15 – 0,35	zwiększa sprężystość i odporność na utlenianie
Cr	1,35 – 1,65	podnosi odporność na korozję i hartowność, stabilizuje węgliki
P	≤ 0,027	domieszka niepożądana (zmniejsza udarność)
S	≤ 0,020	domieszka niepożądana (kruchość stali)

Odpowiedniki międzynarodowe:

Norma	Oznaczenie
PN	ŁH15
EN / DIN	100Cr6
ISO	SUJ2
GOST	ШХ15
AISI	52100
Chiny	GCr15

 

Właściwości mechaniczne stali ŁH15

Po prawidłowej obróbce cieplnej stal ŁH15 osiąga bardzo wysokie parametry wytrzymałościowe i odporność zmęczeniową.

Właściwość	Wartość typowa	Jednostka
Wytrzymałość na rozciąganie (Rm)	1950 – 2200	MPa
Granica plastyczności (Re)	ok. 1650	MPa
Twardość po hartowaniu i odpuszczaniu	60 – 64	HRC
Moduł sprężystości (E)	~210	GPa
Gęstość	7,83	g/cm³
Przewodność cieplna	46	W/m·K
Współczynnik rozszerzalności liniowej (20–100°C)	11,5 × 10⁻⁶	1/K

Wysoka zawartość węgla i chromu pozwala uzyskać strukturę drobnoziarnistą z równomiernym rozmieszczeniem węglików, co jest kluczowe dla uzyskania trwałości zmęczeniowej w pracy tocznej.

 

Obróbka cieplna

Proces obróbki cieplnej stali ŁH15 obejmuje trzy główne etapy:

1.      Hartowanie:

o    Temperatura austenityzowania: 820–840°C

o    Ośrodek chłodzenia: olej lub solanka

o    Uzyskana struktura: martenzyt + węgliki chromu

2.      Odpuszczanie niskie:

o    Temperatura: 150–200°C

o    Czas: 1–2 godziny

o    Celem jest usunięcie naprężeń wewnętrznych i stabilizacja struktury

3.      Ewentualne wyżarzanie wstępne:

o    Temperatura: 740–760°C

o    W celu zmiękczenia materiału przed obróbką skrawaniem

Po hartowaniu stal osiąga twardość 63–65 HRC, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej odporności na ścieranie i stabilności wymiarowej.

 

Struktura i mikrostruktura

W stanie ulepszonym cieplnie stal ŁH15 posiada strukturę martenzytyczno-węglikową z równomiernym rozkładem węglików typu (Fe,Cr)₃C.
Drobnoziarnista mikrostruktura sprzyja wysokiej odporności zmęczeniowej przy obciążeniach cyklicznych, które występują w pracy łożysk tocznych.

Wysoka czystość metalurgiczna (niski poziom wtrąceń niemetalicznych) jest szczególnie istotna – nawet niewielkie inkluzje mogą powodować inicjację mikropęknięć prowadzących do zniszczenia bieżni łożyska.

 

Obrabialność i spawalność

·         Obrabialność stali ŁH15 jest średnia do trudnej, ze względu na wysoką twardość po hartowaniu. Obróbka mechaniczna jest zalecana w stanie wyżarzonym do twardości ok. 200 HB.

·         Spawalność jest ograniczona – stal ma wysoką zawartość węgla i chromu, co sprzyja pęknięciom w strefie wpływu ciepła. W praktyce nie zaleca się spawania elementów z ŁH15.

·         Polerowalność i zdolność do obróbki wykańczającej są bardzo dobre – można uzyskać powierzchnię o wysokiej gładkości (Ra < 0,1 µm).

 

Zastosowania stali ŁH15

Stal ŁH15 stosowana jest wszędzie tam, gdzie wymagana jest wysoka odporność na zużycie ścierne, duża twardość powierzchniowa i trwałość zmęczeniowa.
Najczęstsze zastosowania obejmują:

·         elementy łożysk tocznych: kulki, wałeczki, bieżnie, pierścienie,

·         narzędzia pomiarowe i precyzyjne,

·         tuleje, prowadnice, rolki, trzpienie,

·         elementy zaworów hydraulicznych,

·         części mechanizmów zegarowych i przyrządów precyzyjnych.

W przemyśle łożyskowym ŁH15 jest materiałem standardowym – gwarantuje długotrwałą i stabilną pracę łożyska, nawet przy dużych prędkościach obrotowych.

 

Zalety i ograniczenia stali ŁH15

Zalety:

·         bardzo wysoka twardość i odporność na ścieranie,

·         dobra odporność zmęczeniowa,

·         stabilność wymiarowa po odpuszczaniu,

·         wysoka czystość metalurgiczna,

·         dobra polerowalność.

Ograniczenia:

·         niska odporność na korozję (konieczność stosowania smarów lub powłok ochronnych),

·         ograniczona spawalność,

·         umiarkowana udarność (kruchość w wysokich temperaturach).

 

Stal łożyskowa ŁH15 to materiał o wyjątkowej kombinacji twardości, odporności na zużycie i trwałości zmęczeniowej, który stanowi podstawę dla większości konstrukcji łożyskowych stosowanych w przemyśle.
Jej odpowiedniki (100Cr6, GCr15, 52100) są powszechnie stosowane w produkcji łożysk, kul, rolek i elementów tocznych wymagających wysokiej precyzji oraz niezawodności pracy w długim cyklu eksploatacyjnym.