Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная углеродистая У8А

Сталь инструментальная углеродистая марки У8А: описание, свойства и применение

Сталь У8А – это высококачественная углеродистая инструментальная сталь, широко используемая в различных отраслях промышленности благодаря своей хорошей твердости, износостойкости и способности к закалке. Данная марка отличается простотой обработки, что делает ее привлекательной для изготовления инструментов и деталей, не требующих высокой прочности на изгиб или ударную вязкость.

 

Основные характеристики и свойства стали У8А:

Сталь У8А относится к группе углеродистых инструментальных сталей, которые характеризуются высоким содержанием углерода (в данном случае, около 0.8%) и минимальным содержанием легирующих элементов. Именно высокое содержание углерода обеспечивает стали высокую твердость после термической обработки.

Ключевые преимущества стали У8А:

• Высокая твердость: Обеспечивается высоким содержанием углерода и последующей закалкой.
• Хорошая износостойкость: Поверхность инструментов, изготовленных из стали У8А, долго сохраняет свои режущие свойства.
• Простота обработки: Легко поддается механической обработке в отожженном состоянии.
• Сравнительно низкая стоимость: По сравнению с легированными инструментальными сталями, У8А является более экономичным вариантом.

 

Обозначение стали У8А расшифровывается следующим образом:

• У - Углеродистая инструментальная сталь.
• 8 - Приблизительное содержание углерода в десятых долях процента (0.8%).
• А - Высококачественная сталь (повышенное содержание углерода, пониженное содержание вредных примесей).

 

Химический состав стали У8А (ГОСТ 1435-99):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.75 - 0.84
Кремний (Si)	0.10 - 0.35
Марганец (Mn)	0.15 - 0.40
Никель (Ni)	≤ 0.20
Медь (Cu)	≤ 0.25
Сера (S)	≤ 0.028
Фосфор (P)	≤ 0.030
Хром (Cr)	≤ 0.20

Важно: Точный химический состав может незначительно отличаться в зависимости от производителя и соответствия конкретному ГОСТу.

 

Механические свойства стали У8А (в различных состояниях):

Механические свойства стали У8А сильно зависят от термической обработки. Приведем примерные значения для разных состояний:

1. После отжига (мягкое состояние для обработки):

• Предел прочности (временное сопротивление разрыву) (σ_в, МПа): 600-700
• Предел текучести (σ_т, МПа): 300-400
• Относительное удлинение (δ, %): 20-30
• Относительное сужение (ψ, %): 40-50
• Твердость по Бринеллю (HB): 179-229

2. После закалки и низкого отпуска (максимальная твердость):

• Твердость по Роквеллу (HRC): 62-66

3. После закалки и среднего отпуска (оптимальный баланс твердости и прочности):

• Твердость по Роквеллу (HRC): 58-62

Обозначения:

• σ_в – Предел прочности (временное сопротивление разрыву) – максимальное напряжение, которое материал выдерживает до разрушения при растяжении.
• σ_т – Предел текучести – напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться (без увеличения нагрузки).
• δ – Относительное удлинение – процентное увеличение длины образца после разрыва по отношению к его первоначальной длине. Характеризует пластичность материала.
• ψ – Относительное сужение – процентное уменьшение площади поперечного сечения образца после разрыва по отношению к его первоначальной площади. Характеризует пластичность материала.
• HB – Твердость по Бринеллю – определяется путем вдавливания стального шарика определенного диаметра в материал под определенной нагрузкой.
• HRC – Твердость по Роквеллу (шкала C) – определяется путем вдавливания алмазного конуса в материал под определенной нагрузкой.

 

Физические свойства стали У8А:

• Плотность (ρ, кг/м³): 7820
• Модуль упругости первого рода (E, ГПа): 205
• Коэффициент линейного термического расширения (α, 10^-6/°C): 11.7 (в диапазоне температур 20-100°C)
• Теплопроводность (λ, Вт/(м·°C)): 43
• Удельная теплоемкость (c, Дж/(кг·°C)): 462
• Электрическое сопротивление (ρ, мкОм·м): 0.22

Обозначения:

• ρ – Плотность – масса вещества в единице объема.
• E – Модуль упругости – характеризует способность материала сопротивляться упругой деформации.
• α – Коэффициент линейного термического расширения – характеризует изменение размеров материала при изменении температуры.
• λ – Теплопроводность – характеризует способность материала проводить тепло.
• c – Удельная теплоемкость – количество теплоты, необходимое для нагрева 1 кг вещества на 1°C.
• ρ – Электрическое сопротивление – характеризует способность материала сопротивляться прохождению электрического тока.

 

Термическая обработка стали У8А:

Термическая обработка является ключевым этапом в производстве инструментов из стали У8А и включает следующие процессы:

• Отжиг: Снимает внутренние напряжения, улучшает обрабатываемость резанием.
• Закалка: Нагрев до температуры 770-800°C (в зависимости от конкретных требований) с последующим быстрым охлаждением в воде или масле. Этот процесс обеспечивает максимальную твердость.
• Отпуск: Нагрев закаленной стали до температуры 150-250°C для снижения хрупкости и снятия внутренних напряжений. Температура отпуска определяет окончательные механические свойства. Низкий отпуск применяется для достижения максимальной твердости, средний – для оптимального баланса твердости и прочности.

 

Сферы применения стали У8А:

Сталь У8А находит широкое применение в производстве различных инструментов и деталей, требующих высокой твердости и износостойкости:

• Ручной инструмент:
  • Напильники
  • Метчики
  • Плашки
  • Развертки
  • Шаберы
  • Зубила
  • Клейма
  • Ножи для деревообработки (строгальные ножи, стамески)
• Штампы:
  • Небольшие штампы для холодной штамповки (при небольших нагрузках)
  • Вырубные штампы
  • Гибочные штампы
• Режущий инструмент:
  • Фрезы (небольшие, для обработки мягких материалов)
  • Сверла (небольшие, для ручного инструмента)
• Мерительный инструмент:
  • Калибры
  • Плитки Иогансона
• Детали машин:
  • Пружины (небольшие, для работы при невысоких нагрузках)
  • Подшипники (только внутренние кольца и шарики/ролики небольших размеров)

 

Ограничения в применении:

Сталь У8А не рекомендуется использовать для изготовления инструментов, подвергающихся ударным нагрузкам, высоким температурам или работающих на высоких скоростях. В таких случаях следует выбирать легированные инструментальные стали.

 

Виды металлопроката из стали У8А:

Сталь У8А доступна в различных видах металлопроката:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используемый для изготовления широкого спектра инструментов и деталей.
• Полоса: Используется для изготовления ножей, лезвий и других плоских деталей.
• Квадрат: Применяется в качестве заготовки для различных деталей.
• Лист: Используется для изготовления штампов и других плоских изделий.
• Проволока: Применяется для изготовления небольших пружин и других деталей.

 

ГОСТы, регламентирующие сталь У8А и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 1435-99 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия." - Определяет общие технические условия для проката из нелегированной инструментальной стали, включая марку У8А. Содержит требования к качеству поверхности, размерам, допускам и химическому составу.
• ГОСТ 5950-2000 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали для холодного выдавливания и высадки. Технические условия." - Регламентирует требования к стали для изготовления деталей методом холодного выдавливания и высадки.
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент." - Определяет сортамент круглого проката.
• ГОСТ 4405-75 "Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Сортамент." - Определяет сортамент полосового проката.
• ГОСТ 2591-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент." - Определяет сортамент квадратного проката.
• ГОСТ 1051-73 "Прокат калиброванный квадратный. Сортамент." - Определяет сортамент калиброванного квадратного проката.
• ГОСТ 7417-75 "Сталь калиброванная круглая. Сортамент." - Определяет сортамент калиброванного круглого проката.
• ГОСТ 1050-2013 "Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия." - Содержит общие требования к качеству металлопродукции.
• Различные отраслевые стандарты (ОСТ) и технические условия (ТУ), разработанные конкретными предприятиями, могут устанавливать дополнительные требования к стали У8А и изделиям из нее.

 

Операции в цехах, выполняемые с использованием стали У8А:

Сталь У8А используется на различных этапах производства в различных цехах металлообрабатывающего предприятия:

• Заготовительный цех:
  • Резка металла: Резка проката (круг, полоса, квадрат, лист) на заготовки требуемой длины и размеров. Используются ленточнопильные станки, гильотины, абразивная резка.
• Механический цех:
  • Токарная обработка: Обработка заготовок на токарных станках для придания им нужной формы и размеров. Выполняются операции точения, подрезки торцов, сверления, нарезания резьбы.
  • Фрезерная обработка: Обработка заготовок на фрезерных станках для создания сложных профилей и поверхностей. Используется для изготовления штампов, фрез и других инструментов.
  • Шлифовальная обработка: Доводка поверхности деталей до высокой точности и шероховатости. Используется для обработки режущих кромок инструментов, калибров и других прецизионных деталей.
  • Сверление: Выполнение отверстий различного диаметра в заготовках.
  • Нарезание резьбы: Нарезание внутренней и внешней резьбы на деталях.
• Термический цех:
  • Отжиг: Снятие внутренних напряжений и улучшение обрабатываемости заготовок.
  • Закалка: Повышение твердости и износостойкости деталей.
  • Отпуск: Снижение хрупкости закаленной стали и получение требуемого уровня твердости и прочности.
• Инструментальный цех:
  • Изготовление инструментов: Производство различного ручного и режущего инструмента, штампов, калибров из заготовок, полученных из других цехов.
  • Заточка инструментов: Восстановление режущих свойств инструмента путем шлифования режущих кромок.
• Контрольно-измерительный цех (ОТК):
  • Контроль размеров: Проверка соответствия размеров деталей чертежам с использованием различных измерительных инструментов.
  • Контроль твердости: Измерение твердости деталей после термической обработки.
  • Контроль качества поверхности: Оценка качества поверхности деталей на наличие дефектов.

В каждом из этих цехов сталь У8А, в виде заготовок или уже готовых инструментов, подвергается различным операциям, направленным на получение конечного продукта с заданными свойствами и характеристиками. Выбор конкретных операций и режимов обработки зависит от типа изделия, его назначения и требуемых характеристик.