Металлопрокат » Статьи » Сталь У8А – применение, особенности обработки, химический состав и свойства

Сталь У8А – применение, особенности обработки, химический состав и свойства

Расшифровка

Применение

Плюсы и минусы

Типы выпуска и вид поставки

Обработка

Аналоги

Химический состав

Механические свойства

Технологические свойства

Физические свойства

Теплостойкость, красностойкость

Инструментальная углеродистая нелегированная высококачественная сталь У8А относится к ножевым. Ее характеристики идеально подходят для изготовления лезвий клинков и других режущих инструментов, а также ударных инструментов и износостойких изделий. Сталь подвержена к коррозии, т.к. не содержит в составе легирующих добавок, изделия требуют защитного покрытия или регулярного ухода. Лезвия из стали У8А сохраняет остроту дольше, чем другие ножевые стали, кроме того, ее очень легко затачивать. Производство стали У8А остается сравнительно простым, т.к. не требует добавления легирующих добавок, что способствует сохранению сравнительно невысокой стоимости.

Расшифровка

Расшифровка марки стали всегда указывает на химический состав, концентрацию наиболее значимых элементов в сплаве, качество по концентрации вредных примесей и степень раскисления. Маркировка стали У8А включает в себя:

Буква У означает углерод, а цифра 8 – его содержание в десятых долях процента. Сталь У8А содержит 0.8% углерода. Углерод является главным компонентом в нелегированных углеродистых сталях. В зависимости от уровня содержания углерода меняется структура металла. Стали с высоким содержанием углерода обладают повышенной твердостью, прочностью и упругостью. Такие стали идеально подходят для возведения жестких несущих конструкций, но не годятся для изготовления деталей, подвергающихся динамическим нагрузкам. Стали с низким содержанием углерода считаются мягкими благодаря высоким показателям текучести и ударной вязкости. Такие стали легко выдерживают ударные нагрузки.

Буква А означает, что сталь является высококачественной. Качество сплава определяется по концентрации фосфора и серы в его составе: чем выше процент содержания вредных примесей, тем ниже качество. По качеству стали бывают обыкновенного качества (ст), качественные (сталь), высококачественные (А) и особо высококачественные (Ш). Для каждой категории строго определена допустимая нома содержания серы и фосфора.

Кроме углерода и железа сталь У8А содержит кремний, марганец, медь, никель и хром. Их концентрация ниже значимой, поэтому в маркировке они не указываются.

Применение

Сталь У8А является инструментальной сталью и применяется для создания режущих инструментов, в частности ножей и клинкового оружия. Также из этой стали изготавливают ударный инструмент, не нагревающийся в процессе эксплуатации. К таковым относятся:

  • зубила;
  • топоры;
  • молотки;
  • стамески;
  • колуны.

Сталь пользуется популярностью у производителей слесарно-монтажного инструмента.Помимо инструментов, сталь широко используется при изготовлении износостойких изделий – пружин, роликов и т.д.

Плюсы и минусы

Каждая марка стали имеет сильные и слабые стороны, это нормально, т.к. никто не пытается удовлетворить все нужды всех производств за счет одной универсальной формулы. Разновидностей стали огромное множество, каждая из них применяется в той сфере, в которой ее показатели наиболее востребованы. Поэтому, говоря о достоинствах и недостатках, мы имеем в виду факторы, определяющие назначение стали и дающие понимание, как правильно с ней обращаться.

К достоинствам стали У8А можно отнести:

  1. Сбалансированная твердость. Твердость рассчитывается по шкале Роквелла, в среднем показатель находится в границах 42-61 HRC. Приближение к нижней границе означает, что материал становится нестойким. Верхняя граница означает угрозу ломкости и хрупкости. Твердость сплава У8А составляет 58 HRC, это сбалансированный показатель – сталь обладает хорошей твердостью, при этом не слишком подвержена хрупкости.
  2. Прочность. Из стали У8А получаются прочные лезвия, которые очень трудно сломать или повредить. Это следствие высокого содержания железа в сплаве (более 97%).
  3. Надолго сохраняющаяся острота. Лезвия из сплава У8А можно не точить очень долго, а если все же приходится это делать, можно воспользоваться любыми подручными средствами. В этом отношении сплав надежен и неприхотлив, так показывает себя углеродный баланс.
  4. Качество. Сплав не сливается с другими сплавами при обработке и не меняет свои свойства.
  5. Отсутствие дефектов структуры. Благодаря этому достоинству изделиям из стали У8А не страшны динамические нагрузки, сталь не трескается от ударов и вибраций.
  6. Отсутствие вторичных карбидов в составе. Благодаря этому материал демонстрирует высокие показатели однородности структуры и пластичности, что особенно важно в оружейном деле. Из сплава У8А делают шпаги, а это один из самых требовательных к металлу видов холодного оружия.
  7. Недорогое производство. Т.к. в составе сплава У8А отсутствуют дорогостоящие легирующие добавки, производство не требует высоких затрат.

Среди недостатков можно отметить:

  1. Неустойчивость к коррозии. Как и все углеродистые стали, У8А подвержена коррозии и требует специального ухода.
  2. Термообработку следует проводить осторожно. Отсутствие в сплаве вторичных карбидов накладывает жесткие ограничения на температурный диапазон обработки. Превышение температуры всего на 10 градусов уже может грозить потерей ударной вязкости материала.
  3. Не применяется для изготовления сварных конструкций и деталей, предназначенных для эксплуатации при высоких температурах в виду невысокой теплопроводности стали У8А.
  4. Необходима термообработка для повышения эксплуатационных характеристик. Без обработки углеродистые стали не отличаются высокими параметрами по умолчанию.

Типы выпуска и вид поставки

Сталь У8А поставляется в виде листового проката горячекатаного и холоднокатаного, калиброванных и шлифованных прутков, кругов, полос, лент, заготовок для ковки.

Обработка

Для обработки стали У8А применяются процедуры отжига, закалки и отпуска.

При проведении отжига очень важно соблюдать технологические требования - выдерживать температуру обработки, прогревать металл определенным образом, учитывать размеры детали и правильно помещать ее в печь. В печи рекомендуется использовать асбестовую панель, на которой детали располагаются в один ряд с соблюдением необходимого промежутка между деталями.

Отдельное внимание следует уделить длительности нагревания (в зависимости от сечения и при температурах 1000-1200С):

  • 30 мм – 9 минут;
  • 40 мм – 10 минут 30 секунд;
  • 50 мм – 13 минут 30 секунд;
  • 75 мм – 15 минут 30 секунд;
  • 100 мм – 22 минуты.

Термообработку листовой стали У8А необходимо проводить в инертной газовой среде, т.к. в ходе температурной обработке на поверхности металла будет скапливаться углерод в больших количествах. Если это невозможно, скорость прогрева должна быть снижена на 20%.

Закалка позволяет повысить прочностные характеристики материала до 61 HRC без снижения показателей вязкости и текучести, это важнейшая процедура обработки, которой рекомендуется в обязательном порядке подвергать изделия из стали У8А. При проведении процедуры необходимо учитывать следующие условия:

  1. Температура закалки не ниже 800С и не выше 1720С.
  2. Предварительный нагрев по длительности равен окончательному при 450-550С. Длительность определяется размером изделия.
  3. Охлаждать деталь необходимо в воде.

Аналоги

Аналоги – это марки, максимально совпадающие по составу, но маркированные по-разному в соответствии со стандартами разных стран. Заменители – любые марки стали, способные справиться с задачей целевой марки в каждом конкретном случае. Как правило, заменителями также являются сплавы, близкие по составу.

Марка металлопроката

Заменитель

У8А

У7

У10

Точные и ближайшие зарубежные аналоги

Германия

США

DIN, WNr

-

1.1525

C80W1


W108

Химический состав

Массовая доля элементов не более, %:

Кремний

Марганец

Медь

Никель

Сера

Углерод

Фосфор

Хром

0,17–0,33

0,17–0,28

0,25

0,25

0,018

0,75–0,84

0,025

0,2

Механические свойства

Для углеродистой высококачественной инструментальной стали У8А основными механическими характеристиками являются:

  • Высокая твердость. Для лезвий это возможность длительной эксплуатации без заточки.
  • Невысокая теплостойкость. В результате интенсивного трения температура изделия повышается, происходит перегрев, приводящий к изменению структуры и утрате эксплуатационных характеристик. Теплостойкость – это свойство стали, препятствующее изменениям структуры в случае перегрева. Сталь У8А теплостойкой не является.
  • Невосприимчивость к прилипанию. Разные металлы не слипаются при интенсивной обработке, качество стали не меняется.
  • Невосприимчивость к растрескиванию. При ударной или вибрационной нагрузке в структуре стали могут образовываться микротрещины, приводящие к разрушению материала. Сталь У8А не подвержена подобным повреждениям.
  • Высокий показатель ударной вязкости. Позволяет применять сталь У8А при изготовлении ударных инструментов.

Механические свойства в зависимости от температуры испытания

t испытания, °C

s0,2, МПа

sB, МПа

d5, %

y, %

HB

Отжиг или нормализация

100

 

710

17

24

195

200

 

640

15

15

205

300

   

17

16

205

400

   

19

23

190

500

 

500

23

29

170

600

 

370

28

39

150

700

 

255

33

50

120

Закалка 780 °С, масло. Отпуск 400 °С (образцы гладкие диаметром 6,3 мм)

20

1230

1420

10

37

 

-40

1270

1450

11

36

 

-70

1300

1470

12

35

 

Образец диаметром 5 мм и длиной 25 мм, деформированный и отожженный. Скорость деформирования 10 мм/мин. Скорость деформации 0,007 1/с.

700

 

105

58

91

 

800

 

91

58

100

 

900

 

55

62

100

 

1000

 

33

62

100

 

1100

 

21

80

100

 

1200

 

15

69

100

 

Механические свойства ленты

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

sB, МПа

d5, %

Лента отожженная холоднокатаная

 

0,1-1,5

650

15

 

1,5-4,0

750

10

Лента нагартованная холоднокатаная.

Класс прочности Н1

0,1-4,0

750-900

 

Класс прочности Н2

0,1-4,0

900-1050

 

Класс прочности Н3

0,1-4,0

1050-1200

 

Лента отожженная высшей категории качества

 

0,1-4,0

650

15

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1180, конца 800. Охлаждение заготовок сечением до 100 мм на воздухе, 101-300 мм — в яме.

Свариваемость

не применяется для сварных конструкций. Способ сварки — КТС.

Обрабатываемость резанием

при НВ 187-227 Kuтв.спл. = 1.2, Kuб.ст. = 1.1.

Склонность к отпускной способности

не склонна

Флокеночувствительность

не чувствительна

Шлифуемость

хорошая

Температура критических точек

Критическая точка

°С

Ac1

730

Ac3

765

Ar1

700

Mn

245

Твердость

Состояние поставки, режим термообработки

HRCэ поверхности

НВ

Сталь термообработанная. Закалка 780-800 С, вода.

 Св. 63

 187

Закалка 780-800 С, вода. Отпуск 160-200 С.

 61-65

 

Закалка 780-800 С, вода. Отпуск 200-300 С.

 56-61

 

Закалка 780-800 С, вода. Отпуск 300-400 С.

 47-56

 

Закалка 780-800 С, вода. Отпуск 400-500 С.

 37-47

 

Закалка 780-800 С, вода. Отпуск 500-600 С.

 29-37

 

Прокаливаемость

Закалка 790 °С.

Расстояние от торца, мм / HRC э

 2

 4

 6

 8

 10

 12

 14

 16

 18

 

 65,5-67

 63-65

 45,5-55

 42-43,5

 40,5-42,5

 39,5-41,5

 37-40,5

 39-40

 36-39,5

 

 

Крит.диам. в воде, мм

Крит.диам. в масле, мм

15-20

4-6

Физические свойства

Температура испытания, °С

20

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

209

205

199

192

185

175

166

     

Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа

81

80

77

74

71

67

62

     

Плотность, pn, кг/см3

7839

7817

7786

7752

7714

7676

7638

7600

7852

 

Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)

 

49

46

42

38

35

33

30

24

25

Уд.электросопротивление (p, НОм · м)

 

230

305

395

491

625

769

931

1129

1165

Температура испытания, °С

20- 100

20- 200

20- 300

20- 400

20- 500

20- 600

20- 700

20- 800

20- 900

20- 1000

Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)

11.4

12.2

13.0

13.7

14.3

14.8

15.2

14.5

15.2

15.7

Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С))

477

511

528

548

565

594

624

724

724

703

Теплостойкость, красностойкость

Температура, °С

Время, ч

Твердость, HRCэ

 150-160

 1

 63

 200-220

 1

 59

R

Ом·м

Удельное сопротивление

r

кг/м3

Плотность

C

Дж/(кг·град)

Удельная теплоемкость

l

Вт/(м·град)]

Коэффициент теплопроводности

a

1/Град

Коэффициент линейного расширения

E

МПа

Модуль упругости

T

Град.

Температура

Оформление заказа
Оставьте заявку и наши специалисты свяжутся с Вами в ближайше время
Форма заказа обратного звонка!
Оставьте заявку и наши специалисты свяжутся с Вами в ближайше время