Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная углеродистая У7

Сталь инструментальная углеродистая марки У7: описание, свойства и применение

Инструментальная углеродистая сталь марки У7 – это сталь, предназначенная для изготовления инструментов, работающих в условиях, не связанных с сильным нагревом рабочей кромки. Благодаря своей высокой твердости и износостойкости, она нашла широкое применение в различных отраслях промышленности.

Обозначение и расшифровка:

Буква "У" в обозначении марки указывает на принадлежность стали к классу углеродистых инструментальных сталей. Цифра "7" обозначает среднее содержание углерода в стали, выраженное в десятых долях процента, т.е. около 0,7%. В данном случае, "У7" означает, что сталь содержит примерно 0,7% углерода. Отсутствие букв, обозначающих легирующие элементы, говорит о том, что сталь не содержит значительных добавок, кроме тех, что присутствуют в качестве неизбежных примесей.

 

Свойства стали У7:

• Высокая твердость: После закалки и отпуска сталь У7 приобретает высокую твердость, позволяющую ей эффективно обрабатывать различные материалы.
• Высокая износостойкость: Повышенное содержание углерода обеспечивает хорошую износостойкость, что особенно важно для режущего инструмента.
• Ограниченная прокаливаемость: Углеродистые инструментальные стали, такие как У7, обладают невысокой прокаливаемостью, что означает, что они прокаливаются на небольшую глубину. Это ограничивает их применение для изготовления крупногабаритных инструментов.
• Свариваемость: Сталь У7 практически не сваривается из-за высокого содержания углерода. Сварка может привести к образованию трещин и ухудшению механических свойств.
• Обрабатываемость резанием: В отожженном состоянии сталь У7 относительно хорошо обрабатывается резанием. После закалки обработка затруднена.
• Низкая красностойкость: Сталь У7 не обладает красностойкостью, то есть не сохраняет свою твердость и режущие свойства при высоких температурах. Поэтому она не рекомендуется для инструментов, работающих с интенсивным нагревом.
• Склонность к обезуглероживанию: При нагреве в окислительной среде (например, на воздухе) сталь У7 подвержена обезуглероживанию, т.е. потере углерода с поверхности, что снижает ее твердость и износостойкость. Для предотвращения обезуглероживания при термообработке применяют защитные среды или покрытия.
• Невысокая стоимость: Одним из преимуществ стали У7 является ее относительно невысокая стоимость по сравнению с легированными инструментальными сталями.

 

Химический состав стали У7 (ГОСТ 1435-99):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.65 - 0.74
Кремний (Si)	0.17 - 0.33
Марганец (Mn)	0.17 - 0.33
Хром (Cr)	до 0.20
Никель (Ni)	до 0.25
Медь (Cu)	до 0.25
Сера (S)	до 0.030
Фосфор (P)	до 0.030
Мышьяк (As)	до 0.08

 

Механические свойства стали У7:

Механические свойства стали У7 сильно зависят от режима термообработки. Приводятся типичные значения для различных состояний:

• После отжига:
  • Твердость HB: ≤ 207 МПа
• После закалки и низкого отпуска:
  • Твердость HRC: 62-65
• Примерные значения для различных температур отпуска (после закалки):

Температура отпуска, °C	Твердость HRC
150	64-65
200	62-64
300	58-60
400	54-56
500	48-52

• Внимание: Данные значения являются ориентировочными и могут отличаться в зависимости от конкретных условий закалки и отпуска.

 

Физические свойства стали У7:

• Плотность: 7820 кг/м³
• Температура ковки: Начало 1200 °С, конец 800 °С. Охлаждение медленное.
• Температура критических точек: Ac1 = 727 °С, Ac3 = 743 °С, Ar1 = 699 °С, Ar3 = 721 °С.
• Теплопроводность:
  • 27 Вт/(м·°C) при 20 °C
  • 29 Вт/(м·°C) при 100 °C
  • 31 Вт/(м·°C) при 200 °C
• Удельная теплоемкость: 465 Дж/(кг·°C)
• Модуль упругости: 210 ГПа
• Коэффициент линейного расширения:
  • 11.7 x 10-6 /°C (20-100°C)
  • 12.5 x 10-6 /°C (20-300°C)
  • 13.2 x 10-6 /°C (20-500°C)

Расшифровка обозначений:

• HB: Твердость по Бринеллю.
• HRC: Твердость по Роквеллу (шкала C).
• Ac1, Ac3, Ar1, Ar3: Температуры фазовых превращений при нагреве (Ac) и охлаждении (Ar). Индекс "1" соответствует началу превращения, индекс "3" – концу. Используются для определения оптимальных режимов термообработки.

 

Сферы применения стали У7:

Сталь У7 широко используется для изготовления различных инструментов, работающих без значительного нагрева режущей кромки. К основным областям применения относятся:

• Ручной инструмент:
  • Напильники
  • Рашпили
  • Шаберы
  • Зубила
  • Клейма
  • Стамески
  • Развертки ручные
  • Плашки и метчики ручные
• Деревообрабатывающий инструмент:
  • Пилы для дерева
  • Топоры
  • Рубанки
  • Фрезы по дереву
• Инструмент для обработки металлов:
  • Небольшие сверла (диаметром до 10 мм)
  • Развертки
  • Калибры
  • Кернеры
  • Бородки
  • Штампы для холодной штамповки (простые формы, небольшие партии)
  • Матрицы и пуансоны для пробивки отверстий
  • Инструмент для слесарных работ
• Другие применения:
  • Пружины и рессоры небольшого сечения (после соответствующей термообработки)
  • Ножи для бумаги
  • Медицинский инструмент

 

Виды металлопроката из стали У7:

Сталь У7 поставляется в различных видах металлопроката, в зависимости от требований к форме и размерам готового инструмента:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката. Используется для изготовления валов, осей, сверл, разверток и других осевых инструментов.
• Полоса: Применяется для изготовления ножей, пил, штампов и других плоских инструментов.
• Квадрат: Используется для изготовления зубил, кернеров, бородков и других инструментов с квадратным сечением.
• Лист: Применяется для изготовления штампов, матриц и других плоских деталей.
• Проволока: Используется для изготовления пружин и других мелких деталей.

 

ГОСТы, регламентирующие сталь У7 и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 1435-99 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия" - Основной стандарт, определяющий химический состав, механические свойства, маркировку, приемку, методы испытаний и другие требования к стали У7 и другим углеродистым инструментальным сталям.
• ГОСТ 5950-2000 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной и нелегированной стали для режущего инструмента. Общие технические условия" - Регламентирует требования к стали, предназначенной для изготовления режущего инструмента, включая У7.
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент" - Определяет сортамент круглого проката из стали, включая У7.
• ГОСТ 4405-75 "Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент" - Определяет сортамент полосового проката из инструментальной стали, включая У7.
• ГОСТ 2591-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент" - Определяет сортамент квадратного проката из стали, включая У7.
• ГОСТ 1050-2013 "Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия" - Хотя этот ГОСТ относится к конструкционным сталям, он может содержать общие требования к качеству стали, которые также могут быть применимы к стали У7. (В части требований к поверхности и дефектам)

 

Операции в цехах, производимые с использованием материалов из стали У7:

Использование стали У7 в различных цехах производственных предприятий предполагает следующие операции:

• Заготовительный цех:
  • Резка: Резка металлопроката из стали У7 на заготовки требуемой длины и размеров (ленточнопильные станки, отрезные круги).
  • Рубка: Рубка заготовок (для небольших размеров и простых форм).
• Механический цех:
  • Токарная обработка: Обработка заготовок на токарных станках для придания им необходимой формы и размеров (черновая и чистовая токарная обработка).
  • Фрезерная обработка: Обработка заготовок на фрезерных станках для получения сложных поверхностей и контуров.
  • Сверление: Сверление отверстий различного диаметра.
  • Шлифовка: Шлифовка поверхностей для достижения высокой точности и чистоты обработки.
  • Нарезание резьбы: Нарезание внутренней (метчиком) и внешней (плашкой) резьбы.
• Термический цех:
  • Отжиг: Проведение отжига для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости стали.
  • Закалка: Закалка стали для повышения твердости и износостойкости. Важно контролировать температуру закалки и время выдержки, чтобы избежать перегрева и трещинообразования. Часто применяют закалку в воде или масле.
  • Отпуск: Отпуск стали после закалки для снятия хрупкости и повышения вязкости. Выбор температуры отпуска зависит от требуемых свойств готового инструмента.
  • Контроль твердости: Контроль твердости после термообработки для подтверждения достижения требуемых свойств.
• Инструментальный цех:
  • Изготовление инструмента: Полный цикл изготовления инструмента из заготовок стали У7, включающий все вышеперечисленные операции.
  • Ремонт инструмента: Восстановление и переточка инструмента, изготовленного из стали У7.
• Штамповочный цех:
  • Изготовление штампов: Изготовление штампов для холодной штамповки из стали У7 (матрицы, пуансоны).
  • Штамповка: Использование штампов из стали У7 для холодной штамповки различных деталей.

Важно помнить:

• Правильный выбор режима термообработки является ключевым фактором для получения требуемых свойств инструмента из стали У7.
• Необходимо соблюдать технологическую дисциплину и контролировать качество выполняемых операций на всех этапах производства.
• При работе со сталью У7 необходимо учитывать ее склонность к обезуглероживанию и принимать меры для защиты от этого явления.
• При выборе стали У7 необходимо учитывать условия эксплуатации инструмента и выбирать ее только для случаев, когда не требуется высокая красностойкость.

Данная информация предоставляет общее представление о стали У7. Для конкретных применений рекомендуется обратиться к соответствующим ГОСТам и технической литературе, а также проконсультироваться со специалистами в области металлургии и термообработки.