Главная  >  Справочник  >  Сталь инструментальная углеродистая У9А

Сталь инструментальная углеродистая марки У9А: описание, свойства и применение

Сталь У9А – это высокоуглеродистая инструментальная сталь, отличающаяся высокой твердостью и износостойкостью после термообработки. Буква "У" в обозначении указывает на принадлежность стали к углеродистым инструментальным сталям, цифра "9" – на среднее содержание углерода в десятых долях процента (т.е., около 0.9%), а буква "А" означает, что сталь является высококачественной. Благодаря своим свойствам, У9А широко применяется для изготовления инструмента, работающего в условиях, требующих высокой режущей способности и износостойкости при невысоких температурах нагрева.

 

Ключевые характеристики стали У9А:

• Высокая твердость: Обеспечивается высоким содержанием углерода, что позволяет достигать высоких показателей твердости после закалки и отпуска.
• Высокая износостойкость: Способность сопротивляться абразивному износу и сохранять режущие свойства на протяжении длительного времени.
• Невысокая прокаливаемость: У9А прокаливается на небольшую глубину, поэтому применяется для изготовления небольших инструментов.
• Невысокая теплостойкость: Сталь не рекомендуется использовать для инструментов, работающих при высоких температурах нагрева, так как происходит снижение твердости и режущих свойств.
• Сравнительно низкая стоимость: Обусловлена отсутствием легирующих элементов.

 

Химический состав стали У9А (ГОСТ 1435-99):

Элемент	Содержание (%)
Углерод (C)	0.85 - 0.95
Кремний (Si)	0.15 - 0.35
Марганец (Mn)	0.15 - 0.40
Хром (Cr)	≤ 0.20
Никель (Ni)	≤ 0.25
Медь (Cu)	≤ 0.25
Сера (S)	≤ 0.020
Фосфор (P)	≤ 0.028
Мышьяк (As)	≤ 0.08

Расшифровка обозначений химических элементов:

• C (Углерод): Основной элемент, определяющий твердость и прочность стали. Чем выше содержание углерода, тем выше твердость.
• Si (Кремний): Раскисляет сталь, повышает прочность и упругость.
• Mn (Марганец): Раскисляет сталь, повышает прокаливаемость и износостойкость.
• Cr (Хром): Повышает прокаливаемость, твердость и коррозионную стойкость (в больших количествах).
• Ni (Никель): Повышает прочность, пластичность и коррозионную стойкость.
• Cu (Медь): Повышает коррозионную стойкость.
• S (Сера): Вредная примесь, ухудшает пластичность и свариваемость.
• P (Фосфор): Вредная примесь, повышает хрупкость стали.
• As (Мышьяк): Вредная примесь, снижает свариваемость.

 

Механические свойства стали У9А (после термообработки):

• Твердость (HRC): 61-65 (после закалки и низкого отпуска)
• Временное сопротивление разрыву (σв, МПа): Может варьироваться в зависимости от режима термообработки, обычно в пределах 600-800 МПа
• Предел текучести (σт, МПа): Значительно ниже временного сопротивления разрыву, точные значения зависят от термообработки.
• Относительное удлинение (δ, %): Небольшое, обычно до 5-10%
• Относительное сужение (ψ, %): Небольшое, обычно до 10-15%
• Ударная вязкость (KCU, Дж/см2): Низкая, из-за высокой твердости.

Важно: Механические свойства стали У9А сильно зависят от режима термообработки (закалка, отпуск). Указанные значения являются ориентировочными и могут отличаться в зависимости от конкретных условий.

 

Физические свойства стали У9А:

• Плотность (ρ, кг/м3): 7820 - 7850
• Модуль упругости первого рода (E, ГПа): 200 - 210
• Коэффициент теплопроводности (λ, Вт/(м·К)): 30 - 40 (при комнатной температуре)
• Удельная теплоемкость (c, Дж/(кг·К)): 460 - 480
• Коэффициент линейного расширения (α, 1/°С): ~ 11 - 12 x 10-6 (в диапазоне температур 20-100 °C)
• Магнитные свойства: Ферромагнитная.

Расшифровка обозначений физических свойств:

• ρ (Плотность): Масса вещества в единице объема.
• E (Модуль упругости первого рода): Мера сопротивления материала упругой деформации при растяжении или сжатии.
• λ (Коэффициент теплопроводности): Мера способности материала проводить тепло.
• c (Удельная теплоемкость): Количество тепла, необходимое для нагрева единицы массы вещества на один градус.
• α (Коэффициент линейного расширения): Относительное изменение длины материала при изменении температуры на один градус.

 

Сферы применения стали У9А:

Благодаря своим характеристикам, сталь У9А находит широкое применение в изготовлении режущего и мерительного инструмента, предназначенного для обработки мягких материалов, таких как дерево, пластмасса, и цветные металлы. Конкретные примеры:

• Инструмент для обработки дерева:
  • Метчики и плашки для нарезания резьбы по дереву: Обеспечивают чистый и точный профиль резьбы.
  • Развертки: Для точной обработки отверстий.
  • Зубила и стамески: Для ручной обработки древесины.
  • Ножи для рубанка и фуганка: Обеспечивают гладкую и ровную поверхность.
  • Пилы (тонкие полотна): Для точного пиления.
• Инструмент для обработки пластмасс:
  • Ножи для резки пластмасс: Обеспечивают чистый и ровный срез.
  • Формы для литья пластмасс (небольшие партии): Из-за невысокой теплостойкости сталь У9А не подходит для крупносерийного производства.
• Инструмент для обработки цветных металлов:
  • Метчики и плашки для нарезания резьбы по цветным металлам:
  • Клейма: Для нанесения маркировки.
• Мерительный инструмент:
  • Напильники (мелкие): Для доводки и шлифовки.
  • Шаблоны: Для контроля размеров и формы.
  • Калибры: Для точного измерения размеров.
• Прочий инструмент:
  • Иглы: Для швейных машин и других целей.
  • Пружины (небольшие, не подвергающиеся высоким нагрузкам):
  • Инструмент для гравировки:

 

Виды металлопроката из стали У9А:

Сталь У9А поставляется в различных видах металлопроката, в зависимости от назначения:

• Круг: Наиболее распространенный вид проката, используется для изготовления различных инструментов.
• Полоса: Используется для изготовления ножей, плашек и других плоских деталей.
• Лист: Менее распространен, используется для изготовления шаблонов и других деталей, требующих плоской поверхности.
• Проволока: Для изготовления пружин и других мелких деталей.

 

ГОСТы, регламентирующие сталь У9А и металлопрокат из нее:

• ГОСТ 1435-99 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия." - Определяет общие технические требования к инструментальной нелегированной стали, включая марку У9А.
• ГОСТ 5950-2000 "Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной и нелегированной стали для режущего инструмента. Общие технические условия." - Регламентирует технические условия для стали, предназначенной для режущего инструмента.
• 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 1051-73 "Прокат калиброванный. Общие технические условия." - Регламентирует требования к калиброванному прокату.
• ГОСТ 14959-2016 "Сталь инструментальная. Общие технические условия." - Общие технические условия на инструментальную сталь (не всегда применяется напрямую к У9А, но содержит общие положения).

 

Операции в цехах, производящиеся с использованием материалов из стали У9А:

Сталь У9А широко используется в различных операциях в машиностроительных, металлообрабатывающих и деревообрабатывающих цехах:

• Механическая обработка:
  • Токарная обработка: Изготовление деталей вращения (валы, оси и т.п.) на токарных станках. Используются резцы из стали У9А для обработки мягких материалов.
  • Фрезерная обработка: Изготовление деталей сложной формы на фрезерных станках. Используются фрезы из стали У9А для обработки цветных металлов и пластмасс.
  • Сверление: Создание отверстий в деталях. Используются сверла из стали У9А для сверления дерева и пластмасс.
  • Шлифование: Доводка поверхности деталей до требуемой шероховатости. Используются шлифовальные круги и абразивные материалы для обработки закаленных деталей из стали У9А.
  • Нарезание резьбы: Создание внутренней и внешней резьбы. Используются метчики и плашки из стали У9А для нарезания резьбы по дереву, пластмассам и цветным металлам.
• Термическая обработка:
  • Закалка: Нагрев стали до определенной температуры и быстрое охлаждение для повышения твердости. Сталь У9А подвергается закалке для достижения максимальной твердости.
  • Отпуск: Нагрев закаленной стали до определенной температуры для снятия внутренних напряжений и повышения пластичности. После закалки сталь У9А обычно подвергается низкому отпуску для достижения оптимального сочетания твердости и вязкости.
• Деревообработка:
  • Строгание: Обработка древесины для придания ей ровной поверхности. Используются ножи для рубанка и фуганка из стали У9А.
  • Пиление: Разделение древесины на части. Используются пилы из стали У9А (особенно тонкие полотна).
• Металлообработка:
  • Клеймение: Нанесение маркировки на детали. Используются клейма из стали У9А.
• Инструментальное производство:
  • Изготовление режущего инструмента: Производство резцов, фрез, сверл, метчиков, плашек и других инструментов.
  • Изготовление мерительного инструмента: Производство калибров, шаблонов и других мерительных инструментов.

 

 

Преимущества и недостатки стали У9А:

Преимущества:

• Высокая твердость и износостойкость.
• Относительно низкая стоимость.
• Хорошая обрабатываемость резанием (в отожженном состоянии).

Недостатки:

• Низкая прокаливаемость.
• Низкая теплостойкость.
• Низкая ударная вязкость (после закалки).
• Склонность к обезуглероживанию при нагреве.
• Склонность к образованию трещин при закалке.

 

Сталь У9А – это надежный и проверенный временем материал для изготовления инструментов, работающих в условиях, не требующих высокой теплостойкости и ударной вязкости. Правильный выбор режима термообработки позволяет получить оптимальные характеристики инструмента и обеспечить его длительный срок службы. Перед применением стали У9А рекомендуется учитывать все ее преимущества и недостатки, а также условия эксплуатации инструмента.