Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная углеродистая У8

Сталь инструментальная углеродистая марки У8: описание, свойства и применение

Инструментальная углеродистая сталь У8 – это высококачественная сталь, широко используемая для изготовления инструментов, работающих в условиях, не связанных с сильным нагревом режущей кромки. Благодаря высокому содержанию углерода она обладает высокой твердостью и износостойкостью, что делает ее идеальным материалом для режущих инструментов, работающих по дереву, металлу и другим материалам. Однако, следует учитывать, что сталь У8 обладает низкой прокаливаемостью, что ограничивает размер изготавливаемых инструментов, а также склонна к обезуглероживанию при нагреве.

 

Химический состав стали У8

Химический состав стали У8 строго регламентируется ГОСТ 1435-99 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия". Он определяет процентное содержание элементов, обеспечивающих необходимые свойства материала.

Таблица химического состава стали У8 (ГОСТ 1435-99):

Элемент	% (массовая доля)
Углерод (C)	0.75 - 0.84
Кремний (Si)	≤ 0.35
Марганец (Mn)	≤ 0.35
Никель (Ni)	≤ 0.25
Медь (Cu)	≤ 0.25
Хром (Cr)	≤ 0.20
Сера (S)	≤ 0.028
Фосфор (P)	≤ 0.030
Мышьяк (As)	≤ 0.08

• Углерод (C): Основной элемент, определяющий твердость и износостойкость стали. Чем выше содержание углерода, тем выше твердость после закалки.
• Кремний (Si): Раскислитель, повышает прочность и упругость стали.
• Марганец (Mn): Улучшает прокаливаемость и снижает хрупкость.
• Никель (Ni) и Медь (Cu): Нежелательные примеси, их содержание ограничивается.
• Хром (Cr): Повышает прокаливаемость и износостойкость (в малых количествах).
• Сера (S) и Фосфор (P): Вредные примеси, снижают механические свойства стали (пластичность, ударную вязкость). Содержание серы и фосфора строго ограничивается, так как они способствуют красноломкости и хладноломкости.
• Мышьяк (As): Нежелательная примесь, снижает свариваемость.

 

Механические свойства стали У8

Механические свойства стали У8 зависят от режима термообработки (закалка и отпуск). Они определяют способность стали сопротивляться деформации и разрушению под воздействием внешних нагрузок.

Приблизительные механические свойства стали У8 (в зависимости от термообработки):

Свойство	Значение
Предел прочности при растяжении (σ<sub>в</sub>, МПа)	600 - 750 (в отожженном состоянии); > 2000 (после закалки и низкого отпуска, в зависимости от температуры отпуска)
Предел текучести (σ<sub>т</sub>, МПа)	300 - 400 (в отожженном состоянии); > 1500 (после закалки и низкого отпуска, в зависимости от температуры отпуска)
Относительное удлинение (δ, %)	10 - 20 (в отожженном состоянии); 1-5 (после закалки и низкого отпуска)
Относительное сужение (ψ, %)	25 - 40 (в отожженном состоянии); 2-10 (после закалки и низкого отпуска)
Твердость по Бринеллю (HB)	179 - 229 (в отожженном состоянии); > 60 HRC (после закалки и низкого отпуска, в зависимости от температуры отпуска, может достигать 62-64 HRC)
Ударная вязкость (KCU, Дж/см<sup>2</sup>)	15 - 30 (в отожженном состоянии); 5-15 (после закалки и низкого отпуска)

Расшифровка обозначений:

• σ_в (Предел прочности): Максимальное напряжение, которое материал может выдержать до начала разрушения при растяжении.
• σ_т (Предел текучести): Напряжение, при котором материал начинает деформироваться пластически (необратимо).
• δ (Относительное удлинение): Процентное изменение длины образца после разрушения по отношению к исходной длине. Характеризует пластичность материала.
• ψ (Относительное сужение): Процентное изменение площади поперечного сечения образца в месте разрыва после разрушения по отношению к исходной площади. Характеризует пластичность материала.
• HB (Твердость по Бринеллю): Мера сопротивления материала вдавливанию индентора (шарика) под определенной нагрузкой.
• HRC (Твердость по Роквеллу): Мера сопротивления материала вдавливанию индентора (конуса или шарика) под определенной нагрузкой, измеренная по шкале C.
• KCU (Ударная вязкость): Мера способности материала сопротивляться разрушению под действием ударной нагрузки.

 

Физические свойства стали У8

Физические свойства стали У8 важны для понимания ее поведения при различных температурах и условиях эксплуатации.

Приблизительные физические свойства стали У8:

Свойство	Значение
Плотность (ρ, кг/м<sup>3</sup>)	7820
Модуль упругости (E, ГПа)	200 - 210
Коэффициент линейного теплового расширения (α, 1/°C)	11.7 x 10<sup>-6</sup> (при 20-100°C)
Теплопроводность (λ, Вт/(м·°С))	34 - 40 (при 20°C)
Удельная теплоемкость (c, Дж/(кг·°С))	460 - 480
Электрическое сопротивление (ρ, Ом·мм<sup>2</sup>/м)	0.18 - 0.22 (при 20°C)
Магнитные свойства	Ферромагнитная (обладает способностью намагничиваться)

Расшифровка обозначений:

• ρ (Плотность): Масса вещества в единице объема.
• E (Модуль упругости): Мера жесткости материала, характеризующая его сопротивление упругой деформации.
• α (Коэффициент линейного теплового расширения): Относительное изменение длины материала при изменении температуры на один градус.
• λ (Теплопроводность): Способность материала проводить тепло.
• c (Удельная теплоемкость): Количество тепла, необходимое для нагрева единицы массы вещества на один градус.
• ρ (Электрическое сопротивление): Мера сопротивления материала прохождению электрического тока.

 

Области применения стали У8

Благодаря своим характеристикам, сталь У8 широко применяется для изготовления различных инструментов и деталей, работающих без сильного нагрева режущей кромки:

• Инструменты для обработки дерева:
  • Топоры
  • Стамески
  • Рубанки
  • Долота
  • Пилы (ручные пилы по дереву)
• Инструменты для ручной обработки металла:
  • Напильники
  • Зубила
  • Кернеры
  • Развертки
  • Метчики (для нарезания резьбы вручную)
  • Плашки (для нарезания резьбы вручную)
• Измерительный инструмент:
  • Штангенциркули
  • Кронциркули
  • Линейки
  • Щупы
• Штампы и матрицы (для холодной штамповки):
  • Простые штампы для вырубки
  • Штампы для гибки (с ограниченным сроком службы)
• Пружины и рессоры:
  • Пружины небольших размеров, работающие при небольших нагрузках
• Ножи:
  • Столовые ножи
  • Хозяйственные ножи
  • Ножи для рубанков и фуганков

Ограничения в применении:

Сталь У8 не рекомендуется использовать для изготовления инструментов, работающих с ударными нагрузками или при высоких температурах, так как она обладает низкой ударной вязкостью и прокаливаемостью. Также, не рекомендуется применять сталь У8 для сварных конструкций из-за ее склонности к образованию трещин в зоне сварки.

 

Виды металлопроката из стали У8

Сталь У8 поставляется в различных видах металлопроката, в зависимости от требований производства и конечного применения:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используется для изготовления осевых инструментов (например, кернеров, зубил) и пружин.
• Полоса: Используется для изготовления плоских инструментов (например, ножей, стамесок, рубанков) и штампов.
• Квадрат: Используется для изготовления различных деталей и заготовок.
• Лист: Используется для изготовления штампов, матриц и других плоских деталей.
• Проволока: Используется для изготовления пружин и других мелких деталей.

 

ГОСТы, регламентирующие сталь У8 и металлопрокат из нее

На сталь У8 и металлопрокат из нее распространяются следующие ГОСТы:

• ГОСТ 1435-99 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия": Основной ГОСТ, регламентирующий химический состав, механические свойства, методы испытаний и требования к качеству поверхности инструментальной углеродистой стали, включая У8.
• ГОСТ 5950-2000 "Прутки, полосы, мотки и кованые заготовки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия": Распространяется на кованые заготовки из стали У8.
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент": Регламентирует сортамент горячекатаного круглого проката из стали У8.
• ГОСТ 4405-75 "Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент": Регламентирует сортамент горячекатаных и кованых полос из стали У8.
• ГОСТ 1051-73 "Прокат калиброванный квадратный. Сортамент": Регламентирует сортамент калиброванного квадратного проката из стали У8.
• ГОСТ 7417-75 "Сталь калиброванная круглая. Сортамент": Регламентирует сортамент калиброванного круглого проката из стали У8.
• ГОСТ 8559-75 "Сталь калиброванная квадратная. Сортамент": Регламентирует сортамент калиброванной квадратной стали.

Кроме того, на отдельные виды изделий из стали У8 могут распространяться дополнительные ГОСТы, регламентирующие требования к конкретному изделию. Например, ГОСТы на зубила, напильники и другие инструменты.

 

Операции в цехах, производимые с использованием материалов из стали У8

Сталь У8 широко используется в различных цехах для производства инструментов и деталей. Основные операции, выполняемые с использованием материалов из этой стали:

1. Заготовительный цех:
   • Резка: Разрезание проката (круга, полосы, листа) на заготовки требуемой длины и формы. Используются ленточнопильные, абразивные отрезные и гильотинные станки.
   • Ковка (для кованых заготовок): Формирование заготовок путем деформации металла под ударами или давлением. Используются кузнечные молоты и прессы.
2. Механический цех:
   • Токарная обработка: Обработка заготовок на токарных станках для придания им необходимой формы и размеров. Например, изготовление осевых инструментов.
   • Фрезерная обработка: Обработка заготовок на фрезерных станках для создания плоских и профильных поверхностей. Например, изготовление корпусов инструментов.
   • Шлифование: Финишная обработка поверхностей для достижения высокой точности и гладкости.
   • Сверление: Создание отверстий в заготовках.
   • Нарезание резьбы: Нарезание резьбы на деталях с помощью метчиков и плашек (вручную) или на резьбонарезных станках.
   • Доводка и притирка: Обеспечение высокой точности и качества поверхности.
3. Термический цех:
   • Отжиг: Нагрев стали до определенной температуры с последующим медленным охлаждением для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости. Применяется для подготовки стали к дальнейшей обработке.
   • Закалка: Нагрев стали до температуры закалки с последующим быстрым охлаждением (обычно в воде или масле) для получения высокой твердости.
   • Отпуск: Нагрев закаленной стали до определенной температуры с последующим охлаждением для снижения хрупкости и повышения вязкости. Температура отпуска подбирается в зависимости от требуемых свойств инструмента. Низкий отпуск (150-200°C) используется для инструментов, требующих высокой твердости (например, зубила), средний отпуск (300-400°C) – для пружин, высокий отпуск (500-600°C) – для инструментов, требующих высокой ударной вязкости (например, топоров).
4. Инструментальный цех:
   • Изготовление инструментов: Сборка и доводка инструментов из отдельных деталей.
   • Заточка инструментов: Заточка режущих кромок инструментов.
   • Контроль качества: Проверка качества изготовленных инструментов на соответствие требованиям.
5. Штамповочный цех:
   • Холодная штамповка: Формирование деталей из листового металла без нагрева с использованием штампов и прессов. Сталь У8 используется для изготовления штампов и матриц для холодной штамповки.
6. Пружинный цех:
   • Навивка пружин: Изготовление пружин из проволоки.
   • Термообработка пружин: Закалка и отпуск пружин для придания им необходимых упругих свойств.

Таким образом, сталь У8 является универсальным материалом, широко используемым в различных отраслях промышленности для изготовления инструментов и деталей, требующих высокой твердости и износостойкости. Правильный выбор режима термообработки позволяет получить оптимальные свойства для конкретного применения.