Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная углеродистая У8ГА

Сталь инструментальная углеродистая марки У8ГА: описание, свойства и применение

Сталь У8ГА – это высококачественная инструментальная углеродистая сталь, предназначенная для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих значительного нагрева режущей кромки. Буква "У" в названии указывает на углеродистую сталь, цифра "8" - на среднее содержание углерода в десятых долях процента (то есть около 0.8%), "Г" – повышенное содержание марганца, а "А" - на высокую степень чистоты стали. Этот сплав обладает повышенной прокаливаемостью и износостойкостью по сравнению с другими углеродистыми сталями, что делает его востребованным в различных отраслях промышленности.

 

Основные свойства стали У8ГА:

• Высокая твердость и износостойкость: Благодаря высокому содержанию углерода, сталь У8ГА после закалки и отпуска приобретает высокую твердость, что позволяет инструментам сохранять режущие свойства в течение длительного времени.
• Повышенная прокаливаемость: Повышенное содержание марганца обеспечивает стали У8ГА более глубокую прокаливаемость по сравнению с другими углеродистыми инструментальными сталями. Это позволяет получать более однородную структуру и свойства в изделиях большего сечения.
• Хорошая обрабатываемость резанием: В отожженном состоянии сталь У8ГА хорошо поддается механической обработке, что облегчает изготовление сложных деталей.
• Ограниченная свариваемость: Свариваемость стали У8ГА ограничена из-за высокого содержания углерода. Сварка может привести к образованию трещин в зоне сварного шва и ухудшению механических свойств.
• Невысокая теплостойкость: При нагреве до высоких температур сталь У8ГА теряет свою твердость и износостойкость. Поэтому она не рекомендуется для инструментов, работающих в условиях интенсивного нагрева.
• Склонность к обезуглероживанию: При нагреве без защиты от окисления сталь У8ГА подвержена обезуглероживанию поверхности, что снижает ее твердость и износостойкость.

Расшифровка обозначений:

• У – Сталь углеродистая инструментальная.
• 8 – Содержание углерода около 0,8% (умножается на 10).
• Г – Повышенное содержание марганца (в пределах ГОСТа, более точно указано в таблице химического состава).
• А – Высокая степень чистоты стали (отсутствие значительного количества неметаллических включений).

 

Химический состав стали У8ГА (ГОСТ 1435-99):

Элемент	Содержание, %
Углерод (C)	0.75 - 0.84
Марганец (Mn)	0.30 - 0.60
Кремний (Si)	0.10 - 0.40
Хром (Cr)	До 0.20
Никель (Ni)	До 0.25
Медь (Cu)	До 0.25
Сера (S)	До 0.020
Фосфор (P)	До 0.030
Мышьяк (As)	До 0.08

 

Механические свойства стали У8ГА:

Механические свойства стали У8ГА сильно зависят от режима термообработки (закалки и отпуска). Приводятся ориентировочные значения для наиболее распространенных режимов:

• В отожженном состоянии:
  • Предел прочности (временное сопротивление разрыву), σ_в: 640-740 МПа
  • Предел текучести, σ_т: 350-450 МПа
  • Относительное удлинение, δ: 15-20 %
  • Относительное сужение, ψ: 40-50 %
  • Твердость по Бринеллю, HB: 179-229
• После закалки и низкого отпуска:
  • Твердость по Роквеллу, HRC: 61-65 (в зависимости от конкретного режима)
  • Предел прочности (временное сопротивление разрыву), σ_в: 2200-2500 МПа (оценочно, сложно определить из-за высокой хрупкости)

Важно: Точные значения механических свойств определяются на основе испытаний конкретной партии стали и после проведения необходимой термообработки. Приведенные значения являются ориентировочными.

 

Физические свойства стали У8ГА:

• Плотность: 7810 кг/м³
• Модуль упругости: 205 ГПа
• Коэффициент линейного теплового расширения (20-100°C): 11.7 x 10⁻⁶ /°C
• Теплопроводность: 43 Вт/(м·°C)
• Удельное электросопротивление: 190 Ом·мм²/м

 

Применение стали У8ГА:

Сталь У8ГА широко используется для изготовления:

• Инструмент:
  • Метчики и плашки для нарезания резьбы (для работы по мягким материалам)
  • Развертки
  • Напильники
  • Шаберы
  • Ножи для бумаги и резки картона
  • Деревообрабатывающий инструмент (стамески, долота, ножи рубанков)
  • Клейма
  • Штампы для холодной штамповки (небольших размеров и простой формы)
  • Пружины
  • Измерительный инструмент (калибры, щупы, лекала)
• Детали:
  • Валы
  • Оси
  • Шпиндели
  • Пружины и рессоры, работающие при небольших нагрузках
  • Иглы для швейных машин
  • Другие детали, требующие высокой твердости и износостойкости

 

Формы поставки металлопроката из стали У8ГА:

• Круг: Наиболее распространенная форма поставки. Используется для изготовления различных инструментов и деталей путем механической обработки.
• Полоса: Применяется для изготовления ножей, пружин, штампов и других плоских деталей.
• Лист: Используется для изготовления штампов, ножей, а также для футеровки износостойких поверхностей.
• Квадрат: Применяется реже круга, в основном для специфических конструктивных элементов.
• Проволока: Используется для изготовления пружин, сверл и другого мелкого инструмента.
• Поковки и штамповки: Для изготовления крупных деталей, требующих сложной формы.

 

ГОСТы, регламентирующие сталь У8ГА и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 1435-99 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия." (Основной ГОСТ на сталь, химический состав, механические свойства, приемка, маркировка)
• ГОСТ 5950-2000 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия." (Содержит информацию о требованиях к качеству поверхности и другим характеристикам проката из инструментальных сталей, в том числе рекомендации по термообработке, хоть и не является основным для У8ГА).
• ГОСТ 2590-2006 "Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент." (Геометрические размеры круга).
• ГОСТ 4405-75 "Полосы горячекатаные и кованые из инструментальной стали. Общие технические условия." (Геометрические размеры полосы и требования к качеству).
• ГОСТ 7417-75 "Сталь калиброванная круглая. Сортамент." (Геометрические размеры калиброванного круга).
• ГОСТ 1050-2013 "Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия." (Может применяться для пружин, хотя и не является основным для инструментальных сталей)
• ГОСТ 1577-93 "Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной качественной стали. Общие технические условия." (Для листового проката, если изготавливается из У8ГА)
• Различные ГОСТы на конкретные виды инструментов: Например, ГОСТы на метчики, плашки, напильники и т.д. Указывают марку стали, в том числе У8ГА, как материал для изготовления.

 

Технологические операции в цехах, использующих сталь У8ГА:

1. Заготовительный цех:
   • Резка: Резка проката (круга, полосы, листа) на заготовки необходимой длины и размеров. Используются отрезные станки (ленточнопильные, дисковые, абразивные).
   • Правка: Правка проката для устранения кривизны и обеспечения требуемой прямолинейности. Используются правильные станки и прессы.
   • Клеймение: Маркировка заготовок для идентификации материала и этапа производства.
2. Механический цех:
   • Токарная обработка: Обработка заготовок на токарных станках для придания им необходимой формы и размеров. Изготовление валов, осей, шпинделей и других деталей вращения.
   • Фрезерная обработка: Обработка заготовок на фрезерных станках для создания плоских поверхностей, пазов, канавок и сложных контуров.
   • Сверление: Создание отверстий различного диаметра.
   • Шлифование: Доводка поверхности деталей до требуемой точности и шероховатости.
   • Резьбонарезание: Нарезание резьбы на метчиках, плашках и других деталях.
   • Долбление/Строгание: Формирование шлицевых соединений, канавок.
3. Термический цех:
   • Отжиг: Проводится для снятия внутренних напряжений в заготовках и улучшения обрабатываемости резанием.
   • Закалка: Нагрев стали до температуры аустенизации с последующим быстрым охлаждением для получения высокой твердости. Часто проводится в масле или воде.
   • Отпуск: Нагрев закаленной стали до определенной температуры для снижения хрупкости и придания требуемой твердости и вязкости. Выбор температуры отпуска зависит от назначения детали. Низкий отпуск (150-200°C) для получения максимальной твердости, средний (300-400°C) для упругих элементов, высокий (500-600°C) для снижения хрупкости.
   • Отпуск с последующим старением: Для некоторых инструментов, например, для напильников.
   • Охлаждение: Контролируемое охлаждение после термообработки для предотвращения образования трещин.
   • Контроль твердости: Измерение твердости деталей после термообработки для подтверждения соответствия требованиям.
4. Инструментальный цех:
   • Изготовление инструмента: Полный цикл производства инструментов (метчиков, плашек, напильников, разверток и т.д.) из стали У8ГА, включающий все вышеперечисленные операции (заготовка, механическая обработка, термообработка, шлифование, заточка).
5. Контроль качества:
   • Входной контроль: Проверка соответствия поступающего проката требованиям ГОСТов по химическому составу, механическим свойствам и размерам.
   • Межоперационный контроль: Контроль качества деталей на различных этапах производства (после механической обработки, термообработки, шлифования).
   • Выходной контроль: Проверка готовых изделий на соответствие требованиям конструкторской документации и ГОСТов.
   • Неразрушающий контроль: Проведение дефектоскопии (например, ультразвуковой) для выявления внутренних дефектов в деталях.

 

Особенности работы со сталью У8ГА:

• Защита от обезуглероживания: При нагреве стали У8ГА во время термообработки необходимо обеспечить защиту от окисления, чтобы избежать обезуглероживания поверхности. Для этого используются специальные печи с защитной атмосферой или обмазки.
• Контроль температуры нагрева: Важно точно контролировать температуру нагрева при закалке, чтобы не допустить перегрева стали, что может привести к образованию крупнозернистой структуры и ухудшению механических свойств.
• Выбор режима отпуска: Правильный выбор режима отпуска имеет решающее значение для получения требуемого сочетания твердости и вязкости.
• Шлифование после закалки: Шлифование после закалки необходимо для удаления окалины и получения требуемой шероховатости поверхности.
• Соблюдение техники безопасности: При работе со сталью У8ГА необходимо соблюдать все правила техники безопасности, особенно при выполнении термообработки и шлифования.

Сталь У8ГА остается востребованным материалом для изготовления инструментов и деталей, работающих в условиях, не требующих высокой теплостойкости, благодаря своей высокой твердости, износостойкости и относительно невысокой стоимости. Правильный выбор режима термообработки и соблюдение технологических требований позволяют максимально реализовать ее потенциал.