Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная углеродистая У12

Сталь инструментальная углеродистая марки У12: описание, свойства и применение

Сталь марки У12 относится к группе инструментальных углеродистых сталей, предназначенных для изготовления инструментов, работающих в условиях, не связанных с нагревом режущей кромки. Она обладает высокой твердостью и износостойкостью после закалки, но имеет низкую прокаливаемость и склонность к обезуглероживанию. Эта сталь является отличным выбором для инструментов, где важна острота режущей кромки и высокая твердость, но при этом не требуется устойчивость к высоким температурам.

 

Ключевые характеристики стали У12:

• Высокая твердость: Обеспечивает длительный срок службы инструмента и возможность обработки твердых материалов.
• Высокая износостойкость: Сохраняет остроту режущей кромки при интенсивном использовании.
• Низкая прокаливаемость: Требует тщательного контроля температуры при термообработке.
• Склонность к обезуглероживанию: Необходима защита от окисления при нагреве.
• Ограниченная свариваемость: Сварка не рекомендуется из-за высокого содержания углерода.
• Хорошая обрабатываемость резанием в отожженном состоянии: Облегчает изготовление деталей.

 

Химический состав стали У12 (ГОСТ 1435-99):

Элемент	Массовая доля, %
Углерод (C)	1.10 - 1.30
Кремний (Si)	0.17 - 0.33
Марганец (Mn)	0.17 - 0.33
Никель (Ni)	до 0.25
Сера (S)	до 0.028
Фосфор (P)	до 0.030
Хром (Cr)	до 0.20
Медь (Cu)	до 0.25

Расшифровка обозначения:

• У - Углеродистая инструментальная сталь.
• 12 - Среднее содержание углерода в десятых долях процента (1.2%).

 

Механические свойства стали У12 (зависят от режима термообработки):

Механические свойства стали У12 существенно зависят от проведенной термической обработки. Ниже приведены типичные значения для различных состояний:

• После отжига (мягкое состояние):
  • Предел прочности при растяжении (σ_в): 640-740 МПа
  • Предел текучести (σ_т): 340-440 МПа
  • Относительное удлинение (δ): 10-15%
  • Относительное сужение (ψ): 30-40%
  • Твердость (HB): 197-229
• После закалки и низкого отпуска (высокая твердость):
  • Твердость (HRC): 62-66 (закалка при 780-800°C, отпуск при 150-200°C)
  • Предел прочности при изгибе (σ_изг): До 2500 МПа (ориентировочно)
• Примеры значений после различных режимов термообработки (данные из справочников):
  • Закалка 770-790°C + отпуск 150-170°C: HRC 63-65
  • Закалка 780-800°C + отпуск 180-200°C: HRC 61-63

Важно отметить: Эти значения являются ориентировочными и могут варьироваться в зависимости от конкретной технологии термообработки, размеров заготовки и других факторов. Для получения точных данных необходимо проводить испытания конкретной партии стали после термообработки.

 

Физические свойства стали У12:

Свойство	Значение
Плотность, кг/м³	7810
Модуль упругости, ГПа	200-210
Коэффициент линейного расширения, 1/°C	11.7 x 10<sup>-6</sup> (20-100°C)
Теплопроводность, Вт/(м·°C)	34.3
Удельная теплоемкость, Дж/(кг·°C)	462
Электрическое сопротивление, мкОм·м	0.20 - 0.22
Магнитные свойства	Ферромагнитная (в закаленном состоянии может быть слабомагнитной)

Расшифровка обозначений:

• Плотность (ρ): Масса вещества в единице объема.
• Модуль упругости (E): Характеризует способность материала сопротивляться деформации при растяжении или сжатии.
• Коэффициент линейного расширения (α): Относительное изменение размеров материала при изменении температуры на 1 градус.
• Теплопроводность (λ): Способность материала проводить тепло.
• Удельная теплоемкость (c): Количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг вещества на 1 градус.
• Электрическое сопротивление (ρ): Способность материала препятствовать прохождению электрического тока.

 

Сферы применения стали У12:

Сталь У12 широко применяется для изготовления инструментов, не подвергающихся значительному нагреву в процессе работы. К ним относятся:

• Ручные инструменты:
  • Напильники
  • Развертки
  • Метчики
  • Плашки
  • Шаберы
  • Клейма
  • Зубила
  • Стамески
  • Ножи для бумаги и картона
  • Бритвы
• Деревообрабатывающий инструмент:
  • Пилы по дереву
  • Сверла по дереву
  • Токарные резцы по дереву
• Штампы:
  • Небольшие штампы для холодной штамповки (при небольших нагрузках)
  • Чеканочные штампы
• Измерительный инструмент:
  • Калибры
  • Щупы
• Другие применения:
  • Пружины для измерительных приборов (малого сечения и не подвергающиеся нагреву)
  • Детали часовых механизмов (некоторые)
  • Иглы для швейных машин

Важно отметить: Сталь У12 не рекомендуется использовать для инструментов, подвергающихся ударным нагрузкам, вибрации или нагреву режущей кромки, так как она может быстро потерять свои свойства и разрушиться. Для таких применений следует выбирать легированные инструментальные стали.

 

Виды металлопроката из стали У12:

Сталь У12 поставляется в различных видах металлопроката, в зависимости от требований к конечному изделию:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используется для изготовления различных инструментов и деталей.
• Полоса: Применяется для изготовления ножей, стамесок и других плоских инструментов.
• Лист: Используется для изготовления небольших штампов и других плоских деталей.
• Проволока: Применяется для изготовления пружин и других мелких деталей.
• Квадрат: Используется для изготовления различных инструментов и деталей, требующих квадратного сечения.

 

ГОСТы, регламентирующие сталь У12 и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 1435-99 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия." - Основной ГОСТ, определяющий химический состав, механические свойства и общие требования к стали У12.
• ГОСТ 5950-2000 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия." - Хотя и описывает легированные стали, может содержать полезную информацию о методах контроля качества и термообработке, применимых и к углеродистым сталям.
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент." - Определяет размеры и сортамент круглого проката.
• ГОСТ 4405-75 "Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент." - Определяет размеры и сортамент полосового проката.
• ГОСТ 7417-75 "Сталь калиброванная круглая. Сортамент." - Определяет размеры и сортамент калиброванного круглого проката.
• ГОСТ 8559-75 "Сталь квадратная калиброванная. Сортамент." - Определяет размеры и сортамент калиброванного квадратного проката.
• ГОСТ 1051-73 "Сталь калиброванная. Общие технические условия." - Общие технические условия для калиброванного проката.
• ГОСТ 5210-73 "Инструмент шаберный. Технические условия." - Технические условия на шаберы, изготавливаемые в том числе из стали У12.
• ГОСТ 2839-80 "Метчики гаечные. Конструкция и размеры." - Хотя прямо и не указывает сталь У12, она традиционно использовалась для изготовления метчиков.
• ГОСТ 9378-93 "Образцы шероховатости поверхности (профилометры и профилографы). Общие технические условия." - Может применяться для контроля качества поверхности инструментов из стали У12.
• Различные ГОСТы на термообработку стали: (Например, ГОСТ 1762-75 "Сталь. Методы определения глубины обезуглероженного слоя.") Эти ГОСТы могут быть полезны для контроля качества термообработки стали У12.

 

Операции в цехах, производимые с использованием материалов из стали У12:

Сталь У12 широко используется в инструментальных, механических и ремонтных цехах для выполнения различных операций:

• Инструментальный цех:
  • Изготовление режущего инструмента: Фрезерование, шлифовка, заточка напильников, разверток, метчиков, плашек, шаберов, зубил, стамесок, ножей.
  • Изготовление штампов: Механическая обработка заготовок штампов, закалка и отпуск для придания необходимой твердости.
  • Изготовление измерительного инструмента: Шлифовка, доводка калибров, щупов и других измерительных инструментов.
  • Термическая обработка: Закалка и отпуск для придания необходимой твердости и износостойкости.
• Механический цех:
  • Токарная обработка: Изготовление деталей на токарных станках (в отожженном состоянии).
  • Фрезерная обработка: Изготовление деталей на фрезерных станках (в отожженном состоянии).
  • Шлифовка: Финишная обработка деталей для достижения необходимой точности и шероховатости поверхности.
  • Слесарные работы: Сборка, подгонка и доводка деталей.
• Ремонтный цех:
  • Изготовление запасных частей: Изготовление новых или ремонт старых деталей инструментов и оборудования.
  • Заточка инструмента: Заточка режущего инструмента (сверл, фрез, резцов и т.д.).
  • Ремонт штампов и пресс-форм: Восстановление изношенных или поврежденных штампов и пресс-форм.
• Термический цех:
  • Закалка: Нагрев стали до аустенитного состояния с последующим быстрым охлаждением для получения мартенситной структуры и высокой твердости. Важно контролировать температуру и время выдержки, чтобы избежать перегрева и трещин. Необходимо учитывать низкую прокаливаемость стали У12 и обеспечивать равномерный нагрев.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до определенной температуры для снижения внутренних напряжений и повышения пластичности, сохраняя при этом высокую твердость. Температура отпуска подбирается в зависимости от требуемых свойств инструмента. Обычно используется низкий отпуск (150-200°C) для максимальной твердости.
  • Отжиг: Нагрев стали до определенной температуры с последующим медленным охлаждением для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости. Используется для подготовки заготовок к механической обработке.
  • Нормализация: Нагрев стали до определенной температуры с последующим охлаждением на воздухе для улучшения структуры и механических свойств.
• Кузнечный цех:
  • Ковка заготовок: Формирование заготовок для инструментов и деталей методом ковки. Этот метод позволяет получить более прочную и однородную структуру металла.

 

Дополнительные рекомендации:

• При работе со сталью У12 необходимо учитывать ее склонность к обезуглероживанию при нагреве. Для защиты от окисления рекомендуется использовать защитные среды (например, инертные газы) или специальные покрытия.
• При закалке стали У12 необходимо обеспечить быстрое и равномерное охлаждение, чтобы избежать образования трещин. В качестве охлаждающей среды можно использовать воду или масло.
• Для повышения износостойкости инструментов из стали У12 можно использовать различные виды покрытий (например, нитрид титана).
• Перед использованием стали У12 необходимо ознакомиться с технической документацией и рекомендациями производителя.

В заключение, сталь У12 – это проверенный временем материал для изготовления инструментов, требующих высокой твердости и износостойкости. Правильный выбор режима термообработки и соблюдение технологических требований позволяют получить инструмент с оптимальными свойствами и длительным сроком службы.