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

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.

Точные и ближайшие зарубежные аналоги

Химический состав

Массовая доля элементов не более, %:

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

Механические свойства ленты

Технологические свойства

Температура критических точек

Твердость

Прокаливаемость

Закалка 790 °С.

Физические свойства

Теплостойкость, красностойкость