Комплексная поставка металлопроката
  • Быстро!
  • Выгодно!
  • Надежно!

8 (863) 333-50-71

Заказать звонок

Сталь инструментальная углеродистая

Сталь инструментальная углеродистая
У10У10АУ11У11АУ12
У12АУ13У13АУ7У7А
У8У8АУ8ГУ8ГАУ9
У9А    

Сортамент углеродистых инструментальных сталей по ГОСТ 1133-71 (кованая круглая и квадратная); ГОСТ 2879-2006 (горячекатаная шестигранная); ГОСТ 4405-74 и ГОСТ 103-2006 (полосы кованые и горячекатаные); ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75 и ГОСТ 8560-78 (калиброванная), ГОСТ 14955-77 (со специальной отделкой).

Назначение углеродистых инструментальных сталей приведено в таблице ниже.

СтальНазначение
У7, У7АИнструменты для обработки дерева - топоры, колуны, стамески, долота; пневматические инструменты небольших размеров - зубила, обжимки, бойки. Слесарно-монтажные инструменты - кусачки, плоскогубцы, острогубцы, молотки, кувалды, отвертки, бородки и др.
У8, У8АИнструменты для обработки дерева - фрезы, зенковки, цековки, топоры, стамески, долота, продольные и дисковые пилы. Накатные ролики. Плиты и стержни для форм литья под давлением оловянно-свинцовых сплавов. Обжимки, кернеры, бородки, отвертки, плоскогубцы, острогубцы, боковые кусачки
У9, У9АИнструменты для обработки дерева, слесарно-монтажные инструменты, калибры простой формы и пониженных классов точности
У10, У10АСтолярные пилы ручные и машинные, ручные ножовки, спиральные сверла; слесарные шаберы, напильники, накатные ролики; штампы для холодной штамповки деталей небольших размеров и простой формы; калибры простой формы и пониженных классов точности
У11, У11АТо же, а также ручные метчики, холодновысадочные пуансоны и штампы мелких размеров, калибры простой формы и пониженных классов точности
У12, У12АТо же, а также небольшие пресс-формы для пластмасс
У13, У13АИнструменты повышенной износостойкости, работающие при умеренных и значительных давлениях без разогрева режущей кромки (напильники, бритвенные ножи, лезвия, острые хирургические инструменты, шаберы, гравировальные инструменты)

Химический состав углеродистых инструментальных сталей стандартизирован по ГОСТ 1435-99 .

Углеродистые стали применяют для изготовления режущих инструментов, работающих в условиях, не вызывающих нагрева рабочей кромки свыше 150-200 °С. Они используются также для штамповых и измерительных инструментов.

Основные достоинства углеродистых сталей - получение высокой твердости в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины. Это в ряде случаев обеспечивает минимальную поводку инструмента и повышение его механических свойств; низкую твердость в отожженном состоянии НВ 1800-2000 МПа, позволяющую использовать высокопроизводительные методы изготовления инструмента (накатку, насечку); закалку с низких температур (770-820 °С); получение после закалки малых количеств остаточного аустенита, что обеспечивает им повышенное сопротивление пластической деформации; сохранение чистой поверхности при закалке вследствие охлаждения в воде, что упрощает очистку инструментов; низкую стоимость.

Вместе с тем недостатки углеродистых сталей существенно ограничивают область их применения: вследствие низкой теплостойкости - способности сохранять твердость лишь при нагреве до температур, не превышающих 170-200 °С. Меньшая прочность по сравнению с быстрорежущими сталями связана с получением более крупного зерна (8-9 балл) при оптимальных температурах закалки. Склонность к росту зерна при незначительных перегревах при закалке приводит к понижению механических свойств. Ограниченная технологическая закаливаемость требует применения высоких скоростей охлаждения в перлитном интервале, что приводит к неоднородной твердости, особенно у инструментов небольшой толщины, а также к большой поводке и термическим трещинам. Стали нельзя применять для относительно крупных инструментов (диаметром или толщиной больше 30 мм), если они предназначены для работы при повышенных давлениях. Стали склонны к отпуску поверхностных слоев при нагреве во время шлифования и заточки.

Углеродистые стали используют для инструментов, не подвергаемых в процессе работы нагреву до температур свыше 150-200 °С и не требующих в процессе изготовления значительного шлифования (напильники, метчики, развертки, ножовки, топоры, колуны, стамески, слесарно-монтажные и хирургические инструменты, а также для некоторых штамповых и измерительных инструментов.

Высокая твердость углеродистых сталей (HRC 62-63) достигается уже при 0,6 % С в инструменте диаметром (толщиной) 1-5 мм.

В инструменте большей толщины такую твердость на поверхности можно получить лишь при 0,8-0,9 % С. С увеличением содержания углерода более 0,9-1,0 % твердость повышается до HRC 65.

Критические точки и режимы отжига углеродистых инструментальных сталей (t °С)
СтальАс1Ас3 (Асм)Аr3 (Arm)Аr1 MнMкТемпература отжига *
У7, У7А723765-700280-730-750
У8, У8А720740-700245-730-750
У9, У9А740760-700190-740-750
У10, У10А730800-700210-740-750
У11, У11А730810-700200-750-780
У12, У12А730820-700200-20750-780
У13, У13А730830-700190-750-780
* После выдержки при 730-780 °С охлаждение со скоростью 50°/ч до 620-660°С, далее на воздухе.

Оптимальное содержание углерода определяется особенностями работы инструмента, его формой и технологией изготовления. Если инструмент подвергается в основном ударным нагрузкам (деревообрабатывающий инструмент, зубила, некоторые штампы), целесообразно применять доэвтектоидные стали с 0,6-0,7 % С с трооститной структурой. Для остального режущего инструмента более целесообразна мартенситная структура с избыточными карбидами, образующаяся в заэвтектоидных сталях, содержащих 0,9- 1,3% С. Эти стали имеют высокую твердость и износостойкость и удовлетворительные механические свойства. Сталь эвтектоидного состава (0,8 % С) более склонна к росту зерна (перегреву), обладает меньшей стабильностью свойств и в связи с этим находит ограниченное применение.

Предварительная термическая обработка углеродистых инструментальных сталей. Неполный отжиг (нагрев 690-710 °С) с непрерывным охлаждением и сфероидизацию рекомендуется проводить в шахтных или камерных печах (стали У7, У7А, У8, У8А). Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 3-4 ч.

Изотермический отжиг целесообразен для печей непрерывного действия (конвейерных, толкательных). Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 1-2 ч. Изотермическая выдержка при охлаждении 1-2 ч. Отжиг с полной перекристаллизацией (стали У7, У7А, У8, У8А) проводят при необходимости одновременного измельчения структуры. Сфероидизацию (маятниковый отжиг) применяют для получения структуры зернистого перлита.

Высокий отпуск (650-700 °С) следует использовать для снятия наклепа после холодной пластической деформации (так называемый рекристаллизационный отжиг), а также для снятия внутренних напряжений от обработки резанием, предшествующей закалке, перед повторной закалкой изделий, имеющих пониженную твердость после термообработки. Продолжительность выдержки при высоком отпуске 2-3 ч после прогрева всей садки.

Нормализацию применяют для измельчения зерна перегретой стали и для получения небольших параметров шероховатости поверхности при обработке, резанием в тех случаях, когда сталь в отожженном состоянии имеет твердость меньше НВ 1830 МПа. Продолжительность выдержки при нагреве в печах 20-30 мин после прогрева всей садки; при нагреве в соляных ваннах - равняется расчетной выдержке для нагрева под закалку. Режимы отжига, механические и физические свойства углеродистых инструментальных сталей приведены в таблицах ниже.

Нагрев под закалку углеродистых инструментальных сталей осуществляется как в воздушных печах, так и в соляных ваннах. Для соляных ванн выдержка 20-25 с, для воздушных печей 60-80 с на 1 мм толщины.

Условия охлаждения при закалке определяются сечением инструмента.

Поскольку быстрое охлаждение в воде или водном растворе солей и щелочей нежелательно, инструмент небольшого сечения охлаждают в масле или расплавленных солях при 160- 200 oС. Для уменьшения возможности образования трещин и деформаций при закалке в ряде случаев целесообразно проводить охлаждение сначала в воде с последующим переносом в масло.

Механические свойства углеродистых инструментальных сталей после предварительной обработки (отжига)
СтальHB, МПа, не болееσв,МПаσ0,2,МПаδ, %ψ, %Феррит, %Карбиды, % *
У7, У7А1870630390213888-9010-12
У8, У8А1870600---87-8911-13
У9, У9А1920600-----
У10, У10А1970600-236084-8614-16
У11, У11А1970----83-8416-17
У12, У12А2070600-700350-4502845-5583-83,516,5-17
У13, У13А2170----80-81,518,5-20
* Карбидная фаза представляет собой цементит Fe3C.
Физические свойства углеродистых инструментальных сталей после отжига
СтальНс·10-2, А/мμmax·10-5, Гн/м4πJs, ТлР1·10-6, Ом·мР, т/м3
У7, У7А3-109420,137,83
У8, У8А4-109120,147,83
У9, У9А-----
УЮ, У10А5-13881,95-7,81
У11, У11А--1,8-7,81
У12, У12А6-8851,9-7,81
У13, У13А----7,80
Режимы отжига углеродистых сталей на зернистый перлит
СтальТемпература, oС нагреваТемпература, oС изотермической выдержки при охлаждении
У7, У7А
У8, У8А
У9, У9А
У10, У10А
У11, У11А
У12, У12А
У13, У13А
730-750
730-750
740-750
740-750
750-780
750-780
750-780
600-650
600-650
600-650
600-650
620-660
620-660
620-660

Отпуск для сохранения высокой твердости и получения оптимальной прочности и вязкости рекомендуется проводить при 150-160 °С для инструмента толщиной более 5 мм и при 170-180°С для инструмента меньшего сечения. Такой отпуск сохраняет твердость выше HRC 62 без разложения остаточного аустенита. Для деревообрабатывающего инструмента рекомендуется более высокий отпуск: 275-290 °С для HRC 55-58 (стамески) и 400-450°С для HRC 44-48 (пилы).

Отпуск проводят в воздушных печах или в жидкостных ваннах продолжительностью 1 ч с последующим охлаждением на воздухе. Для предотвращения трещинообразования отпуск должен быть осуществлен непосредственно после закалки. После шлифования и заточки для снятия напряжений полезен отпуск при 140-160 °С продолжительностью 30-45 мин,

Механические свойства и прокаливаемость углеродистых инструментальных сталей после закалки и отпуска приведены в таблице ниже.

СтальТ °С закалкиТ °С отпускаСодержание Fe3C, %HRCσи, МПаПрокаливаемость (критический диаметр d, мм)
У7, У7А800-820150-160 200-220061-63 57-59200015-20
У8, У8А780-800150-160 200-220-63-65 57-59195015-20
У9, У9А760-780150-160 200-220-62-63 58-59-15-20
У10, У10А760-780150-160 200-2502-462-63 58-59240015-20
У11, У11А760-780150-160 200-2504-662-63 58-59290015-20
У12, У12А760-780150-160 200-2505-762-63 58-59350010-20
У13, У13А760-780150-160 200-2506,5-862-63 58-59215010-20

Краткие обозначения:

σв- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа ε- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05- предел упругости, МПа Jк- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2- предел текучести условный, МПа σизг- предел прочности при изгибе, МПа
δ5410- относительное удлинение после разрыва, % σ-1- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 иσсж- предел текучести при сжатии, МПа J-1- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν- относительный сдвиг, % n- количество циклов нагружения
sв- предел кратковременной прочности, МПа R иρ- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ- относительное сужение, % E- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2 T- температура, при которой получены свойства, Град
sT- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и λ- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB- твердость по Бринеллю C- удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV- твердость по Виккерсу pn иr- плотность кг/м3
HRCэ- твердость по Роквеллу, шкала С а- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ), 1/°С
HRB- твердость по Роквеллу, шкала В σtТ- предел длительной прочности, МПа
HSD- твердость по Шору G- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа