Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная углеродистая У11А

Сталь инструментальная углеродистая марки У11А: описание, свойства и применение

Инструментальная углеродистая сталь марки У11А – это высокоуглеродистая сталь, предназначенная для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих значительного нагрева режущей кромки. Буква "У" в обозначении указывает на углеродистую сталь, а число "11" – на среднее содержание углерода в десятых долях процента (в данном случае, около 1,1%). Буква "А" обозначает высокое качество стали, что достигается более строгим контролем химического состава и технологии производства.

 

Свойства стали У11А:

• Высокая твердость и износостойкость: Благодаря высокому содержанию углерода сталь обладает отличной твердостью после закалки и отпуска, что обеспечивает хорошую износостойкость режущей кромки инструмента.
• Невысокая теплостойкость: Углеродистые стали, в том числе У11А, не предназначены для работы при высоких температурах. При нагреве свыше 200°C твердость и режущие свойства стали значительно снижаются.
• Ограниченная прокаливаемость: Сталь У11А прокаливается на небольшую глубину, что ограничивает размеры инструментов, изготавливаемых из нее.
• Хорошая обрабатываемость резанием в отожженном состоянии: В отожженном состоянии сталь хорошо поддается механической обработке резанием.
• Низкая свариваемость: Сварка стали У11А затруднена из-за высокого содержания углерода, что приводит к образованию трещин в сварном шве и околошовной зоне.
• Сравнительно невысокая стоимость: Углеродистые стали, как правило, дешевле легированных сталей, что делает их экономически привлекательными для изготовления инструментов, не требующих особых свойств.

 

Химический состав стали У11А (ГОСТ 1435-99):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	1.05 - 1.14
Кремний (Si)	0.15 - 0.35
Марганец (Mn)	0.15 - 0.40
Никель (Ni)	≤ 0.25
Сера (S)	≤ 0.020
Фосфор (P)	≤ 0.030
Хром (Cr)	≤ 0.20
Медь (Cu)	≤ 0.25
Мышьяк (As)	≤ 0.08

 

Механические свойства стали У11А (после закалки и отпуска):

Механические свойства стали У11А сильно зависят от режима термической обработки (закалки и отпуска). Приведенные ниже значения являются ориентировочными и могут варьироваться в зависимости от конкретных условий:

• Твердость (HRC): 62-66 HRC (после закалки и низкого отпуска)
• Предел прочности (σв, МПа): Зависит от режима термообработки, но обычно находится в диапазоне 700-900 МПа.
• Предел текучести (σт, МПа): Зависит от режима термообработки.
• Относительное удлинение (δ5, %): Невысокое, обычно менее 5%.
• Относительное сужение (ψ, %): Невысокое, обычно менее 10%.
• Ударная вязкость (KCU, Дж/см2): Низкая.

 

Физические свойства стали У11А:

• Плотность (ρ, кг/м3): 7810 кг/м3
• Модуль упругости (E, ГПа): 200-210 ГПа
• Коэффициент линейного теплового расширения (α, 10-6/°C): 11.7 (20-100°C)
• Теплопроводность (λ, Вт/(м·°C)): 33 Вт/(м·°C)
• Удельная теплоемкость (c, Дж/(кг·°C)): 462 Дж/(кг·°C)
• Электрическое сопротивление (ρ, мкОм·м): 0.22 мкОм·м

Расшифровка обозначений символов:

• HRC: Твердость по Роквеллу.
• σв: Предел прочности при растяжении.
• σт: Предел текучести.
• δ5: Относительное удлинение при разрыве на базе 5d (d - диаметр образца).
• ψ: Относительное сужение при разрыве.
• KCU: Ударная вязкость, определенная на образце с U-образным надрезом.
• ρ: Плотность.
• E: Модуль упругости (модуль Юнга).
• α: Коэффициент линейного теплового расширения.
• λ: Теплопроводность.
• c: Удельная теплоемкость.
• ρ: Электрическое сопротивление.

 

Сферы применения стали У11А:

Сталь У11А используется для изготовления широкого спектра инструментов, предназначенных для обработки различных материалов:

• Ручной инструмент:
  • Напильники
  • Метчики (небольших размеров)
  • Плашки (небольших размеров)
  • Развертки
  • Шаберы
  • Стамески
  • Клейма
  • Зубила
  • Отвертки (для работы с небольшим усилием)
• Инструмент для деревообработки:
  • Ножи для рубанка
  • Долота
  • Сверла по дереву
• Инструмент для полиграфии:
  • Ножи для резки бумаги
• Медицинский инструмент: (некоторые виды, не подвергающиеся автоклавированию)
• Детали, не требующие высокой прочности и работающие при невысоких температурах:
  • Пружины (небольших размеров)
  • Иглы
  • Щупы
  • Измерительный инструмент

 

Виды металлопроката из стали У11А:

Сталь У11А поставляется в различных видах металлопроката:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката для изготовления инструментов.
• Полоса: Используется для изготовления плоских инструментов, таких как ножи и шаберы.
• Квадрат: Применяется для изготовления некоторых видов ручного инструмента.
• Лист: Менее распространен, но может использоваться для изготовления штампов и других плоских деталей.
• Проволока: Используется для изготовления пружин и других мелких деталей.

 

ГОСТы, ссылающиеся на сталь У11А или металлопрокат из стали У11А:

• ГОСТ 1435-99 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия." Этот ГОСТ определяет общие технические требования к металлопрокату из инструментальной углеродистой стали, включая марку У11А. Содержит требования к химическому составу, механическим свойствам, качеству поверхности и другим параметрам.
• ГОСТ 5950-2000 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия." (Не относится напрямую, но полезно для сравнения свойств и требований к легированным инструментальным сталям).
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент." (Определяет сортамент круглого проката, который может быть изготовлен из стали У11А).
• ГОСТ 4405-75 "Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент." (Определяет сортамент полосового проката, который может быть изготовлен из стали У11А).
• ГОСТ 2591-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент." (Определяет сортамент квадратного проката, который может быть изготовлен из стали У11А).
• ГОСТ 1051-73 "Прокат калиброванный квадратный. Сортамент."
• ГОСТ 1050-2013 "Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия." (Не относится напрямую, так как сталь У11А инструментальная, а не конструкционная, но может содержать полезную информацию об общих требованиях к металлопродукции).

 

Операции в цехах, производимые с использованием материалов из стали У11А:

В различных цехах предприятий, изготавливающих инструмент и детали, сталь У11А подвергается следующим операциям:

• Инструментальный цех:
  • Заготовка: Резка проката (круг, полоса, квадрат) на заготовки нужной длины с помощью ленточнопильных станков, абразивной резки или гильотины.
  • Механическая обработка: Обработка заготовок на токарных, фрезерных, шлифовальных и других металлорежущих станках для придания им окончательной формы и размеров. Включает в себя точение, фрезерование, сверление, растачивание, нарезание резьбы (на метчиках и плашках).
  • Термическая обработка: Закалка и отпуск для придания стали необходимой твердости и износостойкости. Закалка производится путем нагрева до температуры выше критической точки (обычно 760-780°C) и быстрого охлаждения в воде или масле. Отпуск производится путем нагрева закаленной стали до более низкой температуры (150-200°C) для снятия внутренних напряжений и повышения ударной вязкости.
  • Шлифовка и полировка: Финишная обработка поверхности инструмента для достижения необходимой шероховатости и точности размеров.
  • Контроль качества: Проверка размеров, твердости, структуры и других параметров инструмента на соответствие требованиям конструкторской документации.
• Деревообрабатывающий цех:
  • Изготовление ножей для рубанков и других инструментов для деревообработки. Операции аналогичны инструментальному цеху.
• Полиграфический цех:
  • Заточка и переточка ножей для резки бумаги, изготовленных из стали У11А.
• Медицинская промышленность:
  • Изготовление некоторых видов медицинского инструмента, не требующего стерилизации при высоких температурах.
• Механический цех:
  • Изготовление пружин, щупов и других мелких деталей, не требующих высокой прочности и работающих при невысоких температурах.

 

Важные факторы при работе со сталью У11А:

• Правильный выбор режима термической обработки: Режим закалки и отпуска играет решающую роль в достижении требуемых механических свойств инструмента. Необходимо строго соблюдать рекомендации по температуре нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения.
• Предотвращение перегрева при шлифовке: При шлифовке инструмента необходимо следить за тем, чтобы не допустить перегрева, который может привести к отпуску стали и снижению твердости режущей кромки. Использовать охлаждающие жидкости и не оказывать чрезмерное давление на шлифовальный круг.
• Соблюдение техники безопасности: При работе с инструментом из стали У11А необходимо соблюдать правила техники безопасности, чтобы избежать травм.

В заключение, сталь У11А является широко используемым материалом для изготовления режущего инструмента благодаря своей высокой твердости и износостойкости. Правильный выбор режима термической обработки и соблюдение технологии производства позволяют получить инструмент с оптимальными эксплуатационными характеристиками. При выборе стали У11А необходимо учитывать ее ограниченную теплостойкость и прокаливаемость.