Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная углеродистая У11

Сталь инструментальная углеродистая марки У11: описание, свойства и применение

Инструментальная углеродистая сталь У11 – это высокоуглеродистая сталь, предназначенная для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки. Она отличается высокой твердостью и износостойкостью, что делает ее незаменимой в определенных областях производства. Эта марка стали пользуется заслуженной популярностью благодаря своей доступности, простоте обработки и хорошим эксплуатационным характеристикам.

Основные свойства стали У11:

• Высокая твердость: Обеспечивается высоким содержанием углерода. После закалки и отпуска сталь достигает высокой твердости, необходимой для эффективной резки и обработки материалов.
• Износостойкость: Повышенная износостойкость гарантирует длительный срок службы инструмента, что особенно важно при серийном производстве и обработке твердых материалов.
• Невысокая теплостойкость: При нагреве режущей кромки твердость стали быстро снижается, поэтому ее не рекомендуется использовать для высокоскоростной обработки и в условиях повышенных температур.
• Простота обработки: Хорошо поддается механической обработке, ковке, штамповке и другим видам обработки, что упрощает процесс изготовления инструментов.
• Невысокая стоимость: Углеродистые стали, в том числе У11, отличаются относительно низкой стоимостью по сравнению с легированными инструментальными сталями.

 

Химический состав стали У11 (ГОСТ 1435-99):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	1.05 - 1.14
Марганец (Mn)	0.15 - 0.40
Кремний (Si)	0.15 - 0.35
Сера (S)	≤ 0.028
Фосфор (P)	≤ 0.030
Хром (Cr)	≤ 0.20
Никель (Ni)	≤ 0.25
Медь (Cu)	≤ 0.25
Ванадий (V)	≤ 0.15

Расшифровка обозначения:

• У – указывает на принадлежность к углеродистым инструментальным сталям.
• 11 – указывает на содержание углерода в сотых долях процента (в данном случае, около 1.1%).

 

Механические свойства стали У11 (ГОСТ 1435-99) после закалки и отпуска:

Механические свойства стали У11 сильно зависят от режима термической обработки (закалки и отпуска). Приведем примерные значения для оптимального режима:

Свойство	Значение
Предел прочности при растяжении (σв), МПа	690 - 880
Предел текучести (σт), МПа	490 - 690
Относительное удлинение (δ5), %	5 - 10
Относительное сужение (ψ), %	10 - 20
Твердость HRCэ	61-65 (после закалки и низкого отпуска)
Твердость HB	241-285 (после отжига)
Ударная вязкость KCU, Дж/см2	10-20 (в зависимости от режима термообработки)

• σв (Предел прочности при растяжении) – максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения при растяжении.
• σт (Предел текучести) – напряжение, при котором материал начинает деформироваться без 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.
• HRCэ (Твердость по Роквеллу, шкала C) – метод измерения твердости, основанный на вдавливании алмазного конуса в материал.
• HB (Твердость по Бринеллю) – метод измерения твердости, основанный на вдавливании стального шарика в материал.
• KCU (Ударная вязкость) - характеризует способность материала сопротивляться разрушению под воздействием ударных нагрузок.

 

Физические свойства стали У11:

Свойство	Значение
Плотность, кг/м³	7820
Модуль упругости, ГПа	200
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°C)	34.3 (при 20 °C)
Коэффициент линейного расширения, 1/°C	11.7·10-6 (при 20-100 °C)
Удельная теплоемкость, Дж/(кг·°C)	462
Электрическое сопротивление, мкОм·м	0.21 (при 20 °C)
Магнитные свойства	Ферромагнитная

• Плотность – масса вещества, содержащаяся в единице объема.
• Модуль упругости – мера жесткости материала, характеризующая его способность сопротивляться упругой деформации.
• Коэффициент теплопроводности – способность материала проводить тепло.
• Коэффициент линейного расширения – относительное изменение длины материала при изменении температуры на 1 градус Цельсия.
• Удельная теплоемкость – количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 градус Цельсия.
• Электрическое сопротивление – способность материала препятствовать прохождению электрического тока.
• Ферромагнитная - способность намагничиваться под воздействием внешнего магнитного поля и сохранять остаточную намагниченность после прекращения его действия.

 

Области применения стали У11:

Сталь У11 широко используется для изготовления инструментов, требующих высокой твердости и износостойкости, но не подвергающихся значительному нагреву в процессе работы. К ним относятся:

• Ручной инструмент:
  • Напильники
  • Шаберы
  • Развертки
  • Метчики и плашки для нарезания резьбы (малых размеров)
  • Клейма
  • Зубила, крейцмейсели
  • Стамески
  • Ножи для бумаги
  • Ножи для деревообрабатывающих станков (для мягких пород дерева)
• Измерительный инструмент:
  • Калибры
  • Щупы
  • Кернеры
• Штампы и матрицы:
  • Для холодной штамповки (небольшие партии)
  • Для вырубки и пробивки тонколистового металла
• Некоторые детали машин и механизмов:
  • Пружины (небольшие и не подвергающиеся высоким нагрузкам)
  • Иглы для швейных машин
• Хирургические инструменты: (требуется дополнительная обработка и соответствие медицинским стандартам)

 

Виды металлопроката из стали У11:

Сталь У11 поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используемый для изготовления различных инструментов и деталей.
• Полоса: Используется для изготовления ножей, шаберов, стамесок и других плоских инструментов.
• Квадрат: Применяется для изготовления зубил, крейцмейселей и других инструментов, требующих квадратного сечения.
• Лист: Используется для изготовления штампов, матриц и других плоских деталей.
• Проволока: Применяется для изготовления пружин и других мелких деталей.
• Поковки: Используются для изготовления деталей сложной формы, требующих высокой прочности.

 

ГОСТы, регламентирующие сталь У11 и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 1435-99 – Сталь инструментальная углеродистая. Общие технические условия. (Основной ГОСТ, определяющий химический состав, механические свойства, правила приемки и другие требования к стали У11).
• ГОСТ 5950-2000 – Прутки, полосы, кованые и катаные из инструментальной нелегированной и легированной стали. Общие технические условия. (Регламентирует требования к качеству поверхности, размерам и допускам металлопроката из стали У11).
• ГОСТ 2590-2006 – Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. (Определяет размеры и предельные отклонения для круглого проката).
• ГОСТ 4405-75 – Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент. (Определяет размеры и предельные отклонения для полосового проката).
• ГОСТ 1051-73 – Калиброванная сталь круглая. Сортамент. (Определяет размеры и предельные отклонения для калиброванного круглого проката).
• ГОСТ 7417-75 – Сталь калиброванная круглая шлифованная. Сортамент.
• ГОСТ 1050-2013 – Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия. (Может применяться к сортовому прокату из стали У11).

 

Операции в цехах, использующие материалы из стали У11:

Сталь У11 находит применение в различных цехах, где требуется изготовление и использование инструментов:

• Инструментальный цех: Основной потребитель стали У11. Здесь изготавливают напильники, шаберы, развертки, метчики, плашки, клейма, зубила, стамески и другие инструменты. Включает операции по:
  • Резке металла (ленточнопильные станки, отрезные круги).
  • Механической обработке (токарные, фрезерные, шлифовальные станки).
  • Термической обработке (закалка, отпуск, отжиг).
  • Слесарной обработке (доводка, полировка, заточка).
• Механический цех: Использует инструменты из стали У11 для обработки деталей на токарных, фрезерных и сверлильных станках.
• Штамповочный цех: Применяет штампы и матрицы из стали У11 для холодной штамповки листового металла.
• Деревообрабатывающий цех: Использует ножи и стамески из стали У11 для обработки древесины.
• Ремонтный цех: Применяет инструменты из стали У11 для ремонта оборудования и оснастки.
• Термический цех: Проводит термическую обработку заготовок из стали У11 (закалку, отпуск, отжиг) для придания им необходимых свойств.

 

Технологические процессы с применением стали У11:

• Резка: Заготовки из стали У11 режут на ленточнопильных станках, отрезных кругах и гильотинах.
• Токарная обработка: Обработка заготовок на токарных станках для придания им цилиндрической формы.
• Фрезерная обработка: Обработка заготовок на фрезерных станках для создания плоских поверхностей, пазов и канавок.
• Шлифовка: Окончательная обработка поверхностей для достижения высокой точности и гладкости.
• Закалка: Нагрев стали до высокой температуры (обычно 760-780°C) с последующим быстрым охлаждением в воде или масле для повышения твердости.
• Отпуск: Нагрев закаленной стали до более низкой температуры (обычно 180-250°C) для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости.
• Отжиг: Нагрев стали до высокой температуры с последующим медленным охлаждением для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости.
• Правка: Выправление деформаций, возникших в процессе обработки.
• Заточка: Формирование режущей кромки инструмента.

 

Важно учитывать:

При выборе стали У11 для изготовления инструмента необходимо учитывать условия его эксплуатации. Высокая твердость и износостойкость компенсируются невысокой теплостойкостью. Если инструмент будет работать при повышенных температурах, следует рассмотреть использование легированных инструментальных сталей. Также, для обеспечения долговечности инструмента, необходимо строго соблюдать режимы термической обработки.