Углеродистая инструментальная сталь У8 ГОСТ 1435 – популярный материал для изготовления рабочих деталей штампов для холодной листовой штамповки высокопластичных металлов, упоров, фиксаторов, отрезных ножей холодновысадочных автоматов. Кроме того, из данной стали производят некоторые виды металлорежущей оснастки, в частности, метчики и плашки. Ручной инструмент – напильники, зубила, крейцмейсели и т.п. – также могут изготавливаться из стали У8.
Закалка углеродистой стали У8
Содержание
- Характерные особенности и свойства
- Общая характеристика прокаливаемости
- Технология производства отжига
- Закалка
- Вам также могут быть интересны статьи:
Характерные особенности и свойства
Имея в своём химическом составе 0,75…0,85% углерода, а также незначительное количество иных элементов – кремния, марганца, хрома, никеля и меди – сталь У8 является эктектоидной. При пониженном содержании марганца и кремния критическая скорость охлаждения всегда увеличивается. Поэтому практически сталь У8 используют лишь для изготовления металлообрабатывающего инструмента с небольшими габаритными размерами. Закалка стали такого типа допускает применение весьма жёстких охлаждающих сред (воды или водных растворов солей). Таким образом, данная сталь не относится к прокаливаемым: сердцевина остаётся вязкой, а твёрдость, полученная в результате предварительного отжига заготовок, практически такой же и остаётся.
Схема структурных превращений У8
Закалка в воду имеет и другие отрицательные последствия – при росте скорости охлаждения структура стали остаётся крупнозернистой. При дальнейшей обработке (например, ковке) эта особенность может вызвать растрескивание поковки, особенно при значительных степенях деформации. Часто при закалке в воду изделие теряет свои размеры и коробится, что вынуждает дополнительно производить калибровку инструмента.
Необходимо отметить, что эвтектика для стали У8 представляет собой уже при 723 °С чистый аустенит без всяких признаков феррита. Все это влияет на оптимальный выбор режимов термической обработки.
Температура критических точек стали У8 составляет:
- Начало аустенитного превращения, от исходного перлита при нагреве – 720 °С.
- Окончание аустенитного превращения — 740 °С.
- Температуры начала и окончания превращения аустенита в перлит при охлаждении совпадают, и находятся в пределах 700 °С.
- Мартенситное превращение, начинаясь при 810 °С, заканчивается при 245 °С.
Скачать ГОСТ 1435-99 «Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали»
Твердость стали после термообработки
Общая характеристика прокаливаемости
Фактор прокаливаемости для нелегированных инструментальных сталей считается весьма важным. Большие скорости работы инструмента, начиная от пресс-автоматов, которые функционируют в непрерывном цикле, и заканчивая резьбонарезным инструментом, требуют сочетания высокой поверхностной твёрдости с достаточной вязкостью сердцевины. Иначе рабочие кромки инструментальной оснастки быстро выкрашиваются, а инструмент теряет свою точность.
Интенсивность прокаливаемости зависит от общего числа примесей, которые для стали У8 не должны превышать следующих граничных значений:
- по фосфору 0,25%;
- по сере – 0,03%;
- по меди 0,02%.
Поэтому при приобретении больших партий стали У8 всегда обращают внимание на наличие и содержание сертификатов соответствия, в которых обязательно требуется привести данные по вредным примесям.
Температура заготовки в зависимости от цвета при нагреве
Процентное содержание углерода также оказывает значительное влияние на степень вязкости сердцевины нелегированной стали, и, следовательно, на износостойкость поверхностного слоя. С этой точки зрения сталь У8 относится к вязким. Поэтому особых требований к точности соблюдения режимов термической обработки здесь не требуется.
Изготовление инструментальной оснастки из стали У8 (даже малоразмерной) затрудняется изначально небольшой пластичностью материала.
В исходном состоянии сталь марки У8 может поставляться в следующих видах сортамента по ГОСТ 5210:
- катаной широкой полосы. Ширина полосы составляет 12…48 мм, при толщине 3…10 мм;
- круглого прутка диаметром 4…18 мм;
- квадратного профиля с размером стороны от 4×4 до 18×18 мм;
- специальных профилей.
Отжиг для металла из указанного ассортимента не производится. Для остальных видов поставки, а также при горячей ковке слитков необходим отжиг.
Технология производства отжига
Режим отжига стали У8 определяется следующими факторами:
- способом укладки заготовок на под термической печи;
- соотношением высоты и толщины заготовок;
- температурой нагрева;
- типом нагревательной печи.
График отжига
Экспериментально установлено, что наиболее эффективным режимом отжига является укладка заготовок в один слой на теплоизоляционных подставках из асбеста, при расстоянии между смежными заготовками не менее 3D (под D следует понимать максимальный габаритный размер сечения в плане). Тогда для нагрева до нужной температуры (1000…1200 °С) потребуется:
- для сечения до 20 мм – 5…6 мин;
- для сечения до 30 мм – 8…10 мин;
- для сечения до 40 мм – 9…12 мин;
- для сечения до 50 мм – 12…15 мин;
- для сечения до 75 мм – 15…18 мин;
- для сечения до 100 мм – 19…25 мин;
Поскольку с увеличением продолжительности нагрева возникает опасность поверхностного науглероживания, то отжиг обычно ведут в печах с контролируемой атмосферой, либо в среде инертных газов (двуокиси углерода или даже аргона).
При иных способах укладки скорость нагрева уменьшается на 15…20%.
Лучшее качество отжига получается, если его проводить поэтапно. Вначале выполняется предварительный нагрев, для чего заготовки помещают в печь, которая уже имеет температуру в рабочей зоне до 500…550 °С, а потом постепенно нагревают изделия до требуемой температуры, не допуская скорости нагрева большей, чем 100 °С в час. По достижении требуемого температурного диапазона, отжигаемую продукцию выдерживают в печи не менее 30% от общей продолжительности операции, а потом отключают печь.
Для снятия наклёпа холоднодеформированных изделий из стали У8 их подвергают рекристаллизационному отжигу с охлаждением в расплавах солей (для мелкого инструмента), и в водном растворе поваренной соли – для более крупного. В результате улучшается механическая обрабатываемость, снижаются остаточные деформации (особенно для длинных и тонких прутков и полос), а также оптимизируется структура стали. Температура такого вида отжига составляет 670…700 °С пр выдержке в печи не более часа. При отжиге происходит полная перекристаллизация металла структура получается мелкозернистой, при равномерном распределении зёрен перлита. После отжига твёрдость стали У8 должна быть не более 190 НВ.
Закалка
Если технология закалки соблюдена, то конечная твёрдость изделий после термообработки должна находиться в пределах 59…62 HRC. Для выполнения такого условия, и сохранения необходимой структуры (мартенсит+аустенит) необходимо придерживаться следующих рекомендаций:
- Закалочные процессы протекают в полном объёме, если они начинаются при 800…820 °С.
- Соотношение времени предварительного и окончательного подогрева инструмента под закалку должно быть одинаковым, и находиться в температурном диапазоне значений 400…500 °С.
- Точное время нагрева обычно рассчитывается в зависимости от площади поверхности инструмента и его объёма. Особенно это важно при нагреве заготовок в расплавах солей: для расплавов это должно быть 8…14 мин, для водных растворов – 15…30 мин (увеличенные нормативы применяются для инструмента с резко отличающимися продольными и поперечными размерами).
- Охлаждение инструмента после закалки проводят в воде, температура которой (независимо от времени года и температуры в термическом отделении) должна находиться в пределах 18…25 °С. При более низких температурах возрастает риск растрескивания изделий, а при более высоких твёрдость инструмента получается неравномерной. Тот же дефект возможен в том случае, когда закалочная среда загрязнена минеральными и органическими остатками.
- Закалка стали У8 на воздухе невозможна.
После закалки производится отпуск изделий. При этом мартенситное превращение происходит в полной мере, внутренне напряжения снижаются, а вязкость сердцевины возрастает. Температура отпуска стали У8 после закалки составляет 140…200 °С: именно после таких температур конечная продукция сохранит достаточную твёрдость, и будет обладать достаточно вязкой сердцевиной. Время выдержки принимают в пределах 120…200 с, для измерительного инструмента температура может быть дополнительно снижена на 20…50 °С.
Иногда после заточки и шлифования инструмента из стали У8 (в основном, мерительного) проводят дополнительный отпуск. При этом температура составляет 300…350 °С, а время выдержки — 1,5…2 часа, с последующим охлаждением детали на воздухе.
Источник: