Закалка стали у8: технология и температура

Инструментальная сталь У8А используется для изготовления клинков и ножей. Она обладает высокой твердостью и прочностью, что позволяет использовать ее для производства режущего инструмента, в том числе бытовых ножей (согласно ГОСТ Р 51015-97).

К преимуществам металла относится высокая прочность, которая обусловлена термообработкой сплава. Это гарантирует сохранение остроты режущей кромки на протяжении нескольких месяцев, а также устойчивость материала к механическим воздействиям. Заправить лезвие достаточно просто, в бытовых условиях для этого используют абразивные круги и бруски.

Недостатком стали У8А является низкая коррозионная стойкость, что приводит к необходимости постоянного ухода за изделием. После использования поверхность ножа протирают сухой тканью, в некоторых случаях – покрывают специальным маслом. Характеристики углеродистого сплава определяются на основании его химического состава. Нож остается пригодным к эксплуатации при отсутствии перегрева лезвия.

Вернуться к содержанию

Расшифровка

Расшифровка стали У8А содержит информацию:

• У8 – 0,8% углерода;
• А – повышенное качество стали, минимальное содержание фосфора и серы.

Вернуться к содержанию

Химический состав

Согласно нормативным документам в составе металла содержится менее 0,83% углерода и 97% железа, остальная часть представлена марганцем, никелем и т.д.

Материал относится к эвтектоидной группе, т.е. количество чистого углерода остается постоянным при переходе из состояния цементита перлита в конечную структуру, а вторичные карбиды не образуются. Термическая обработка инструментальной стали У8А осуществляется достаточно сложно.

Температура закалки отличается от показателя традиционного материала, что негативно сказывается на прочности и вязкости готового продукта. Перед закалкой происходит нагрев изделия, что улучшает структуру металла.

Последний характеризуется низкой прокаливаемостью, поэтому необходимо тщательно следить за временем проведения всех манипуляций при температурной обработке.

Аустенитное состояние сплава сохраняется при 740-720 С, перлитное – при 700 С, мартенситное превращение происходит при 810-245 С.

Марка стали У8А обладает однородной структурой и поддается ковке. Уникальной особенностью является присутствие данного сплава в составе дамасской стали.

Вернуться к содержанию

Применение

Металл используется для производства рабочих элементов штампов, необходимых для холодного штампования листов. Из него производят ножи холодновысадочных автоматов, фиксаторы, упоры, металлорежущее оборудование и инструменты (метчики, плашки и т.п.). Область применения позволяет использовать его для изготовления крейцмейселей, зубил, напильников.

Вернуться к содержанию

Технические характеристики

К основным техническим характеристикам стали У8А принадлежат:

температура закалки	780-800 С;
предел текучести	1230 МПа;
временное сопротивление	1420 МПа;
относительное удлинение/сужение при растяжении	10/37%;
удельный вес	7859 кг/м3.

Материал не становится хрупким после отпуска, не чувствителен к флокенам, не подвергается сварке.

Вернуться к содержанию

Цена

Цена килограмма составляет минимум 50 руб. в зависимости от качества стали У8А.

Вернуться к содержанию

Отжиг

Особенности отжига устанавливаются на основании:

• принципа нагрева;
• температуры обработки;
• размеров детали;
• принципа укладки деталей в печь.

Наибольшая эффективность термической обработки стали У8А обеспечивается при укладке заготовок в один слой на теплоизолированные асбестовые листы. Промежуток между деталями должен превышать тройной размер наибольшего параметра сечения. В таком случае продолжительность нагревания до 1000-1200 С составляет:

• 5,5 минут – для сечения 2 см;
• 9 минут – 3 см;
• 10,5 минут – 4 см;
• 13,5 минут – 5 см;
• 16,5 минут – 7,5 см;
• 22 минуты – 10 см.

При длительном нагревании на поверхности металла образуется большое количество углерода. Поэтому термообработка стали У8А традиционно осуществляется в печах с регулируемым давлением или в среде инертного газа (СО2 или Ar). В остальных случаях скорость нагрева снижается на 15-20%.

Максимальная эффективность температурной обработки достигается при ступенчатом проведении процедуры. Для этого осуществляется предварительный нагрев при 500-550 С, после чего каждый час температуру повышают на 100 С. Заготовка находится в печи минимум 30% требуемого времени отжига, после чего печь отключают.

Чтобы снять наклеп инструментальной стали У8 с изделия, полученного без температурной обработки, необходимо произвести рекристаллизационный отжиг с охлаждением в расплавах солей или соленой воде в зависимости от размера детали.

Это обеспечит простоту механической обработки, снизит остаточные деформации, улучшит структуру стали. В данном случае деталь нагревают до 670-700 С и выдерживают в печи на протяжении часа.

Это обеспечивает создание зерна небольшого размера, а также равномерно распределит его в перлитной структуре. Твердость сплава после отжига повышается до 190 НВ.

Вернуться к содержанию

Закалка

При соблюдении всех правил закалки стали У8А обеспечивается ее прочность 59-62 HRC и сохраняется мартенситно-аустенитная структура. Требования к процедуре:

1. Температура 800-820 С.
2. Предварительный и окончательный нагрев деталей одинаковый по продолжительности, осуществляется при 400-500 С.
3. Длительность нагрева зависит от габаритов и площади наружной поверхности изделия. В расплаве солей необходимо выдержать изделие 8-14 минут, в соленой воде – 15-30 минут. При закалке тонких предметов значительной длины данный показатель может изменяться.
4. Охлаждение продукта из марки стали У8А в воде при 18-25 С. При понижении данного значения появляется риск возникновения трещин, при повышении – неравномерного распределения твердости по объему металла. Аналогичные последствия могут проявиться при наличии минеральных и органических остатков в среде закалки.
5. Отсутствие процессов на воздухе.

Вернуться к содержанию

Отпуск

Отпуск стали У8А является следующей стадией после закалки. Данный процесс предназначен для завершения мартенситного превращения, уменьшения внутренних напряжений и увеличения вязкости центральной части детали.

Отпуск осуществляется при 140-200 С на протяжении 2-3 минут, что обеспечивает твердость. Для измерительного инструмента предусматривается снижение температуры до 90-180 С, а также проведение повторной процедуры после заточки и шлифовки (300-350 С на протяжении 1,5-2 часов) с остыванием в естественных условиях.

Вернуться к содержанию

Аналоги

Аналогами стали У8А являются:

• чешский металл 19152;
• европейский СТ80;
• японский SKC3;
• американский W1-7;
• российские У10А, У10, У7А и У7.

Источник: http://vse-postroim-sami.ru/materials/metal/10378_instrumentalnaya-stal-u8a/

Контрольная работа 1 Вариант 8

В чем сущность процесса модифицирования? Приведите пример использования модификаторов для повышения свойств литейных алюминиевых сплавов.

Модифицирование – использование специально вводимых в жидкий металл примесей (модификаторов) для получения мелкого зерна.

Эти примеси, практически не изменяя химического состава сплава, вызывают при кристаллизации измельчение зерна и в итоге улучшение механических свойств. Так, например, при модифицировании магниевых сплавов зерно уменьшается с 0,2-0,3 до 0,01-0,02 мм.

При литье слитков в фасонных отливках модифицирование чаще проводят введением в расплав добавок, которые образуют тугоплавкие соединения (карбиды, нитриды, оксиды), кристаллизирующиеся в первую очередь.

Иногда используют растворимые в жидком металле модификаторы (модификаторы II рода), избирательно адсорбирующиеся на кристаллическом зародыше, которые снижают межфазовое поверхностное натяжение и затрудняют рост кристаллитов. Для алюминиевых сплавов в качестве модификаторов второго рода используют Li, Na, K, для стали – редкоземельные элементы.

Для измельчения структуры эвтектики и устранения избыточных кристаллов кремния силумины модифицируют натрием (0,05-0,08%) путем присадки к расплаву смеси солей 67% NaF и 33% NaCl. В присутствии натрия происходит смещение линий диаграммы состояния и заэвтектический (эвтектический) сплав АЛ2 (11-13% Si) становится доэвтектическим. В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы α-твердого раствора. В процессе затвердевания кристаллы кремния обволакиваются пленкой силицида натрия Na2Si, которая затрудняет их рост. Такие изменения структуры улучшают механические свойства. Рисунок 1 – Диаграмма состояния Al-Si Рисунок 2 – Механические свойства сплава Al-Si (1 – после модифицирования; 2 – до модифицирования)

В чем различие между холодной и горячей пластической деформацией? Опишите особенности обоих видов деформации.

В зависимости от соотношения температуры деформации и температуры рекристаллизации различают холодную и горячую деформации. Холодной деформацией называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) металла. Деформацию называют горячей, если ее проводят при температуре выше температуры рекристаллизации для получения пол­ностью рекристаллизованной структуры. При этих температурах деформация также вызывает упрочнение «горячий наклеп», которое полностью или частично снимается рекристаллизацией, протекающей при температурах обработки и при последующем охлаждении. В отличие от статической полигонизации и рекристаллизации, процессы полигонизации и рекристаллизации, происходящие в период деформации, называют динамическими. При горячей обработке давлением (прокатке, прессовании, ковке, штамповке и т. д.) упрочнение в результате наклепа (повышение плотности дислокаций) непосредственно в процессе деформации непрерывно чередуется с процессом разупрочнения (уменьшением плотности дислокаций) при динамической полигонизации и рекристаллизации во время деформации и охлаждения. В этом основное отличие динамической полигонизации и рекристаллизации от статической. Горячую деформацию в зависимости от состава сплава и скорости деформации обычно проводят при температурах (0,7-0,75) Тпл. Когда металл после деформации имеет частично рекристаллизованную рекристаллизованную структуру, то такую обработку правильнее называть неполной горячей, или теплой, деформацией.

Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,0% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус). При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидко­го раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллиза­ции сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчи­вается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раст­вора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE. При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3 % до 6,67 % углерода, при темпера­турах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристал­лизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3 % образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР4,3Л[А2,14+Ц6,67]. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита. Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических — аустенит + ледебурит, эвтектических — ледебурит и заэвтектических — цементит (первичный)+ледебурит. Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ-железа в α-железо и распадом аустенита. Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита. Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом. В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8П[Ф0,03+Ц6,67]. Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом. Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точка Q), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит + цементит третичный и называются техническим железом. Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727ºС имеют структуру феррит + перлит и заэвтектоидные – перлит + цементит вторичный в виде сетки по границам зерен. В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147–727ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода (линия ES). По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит + цементит). Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного. Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением: C = K + 1 – Ф, где С – число степеней свободы системы; К – число компонентов, образующих систему; 1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях); Ф – число фаз, находящихся в равновесии. Сплав железа с углеродом, содержащий 5,0%С, называется заэвтектическим чугуном. Его структура при комнатной температуре – цементит (первичный) + ледебурит (перлит + цементит). а) б) Рисунок 1: а-диаграмма железо-цементит, б-кривая охлаждения для сплава, содержащего 5,0% углерода

Углеродистые стали 35 и У8 после закалки и отпуска имеют структуру мартенсит отпуска и твердость: первая 45 HRC, вторая – 60 HRC.

Используя диаграмму состояния железо – карбид железа и учитывая превращения, происходящие при отпуске, укажите температуру закалки и температуру отпуска для каждой стали.

Опишите превращения, происходящие в этих сталях в процессе закалки и отпуска, объясните, почему сталь У8 имеет большую твердость, чем сталь 45.

Закалка – термическая обработка – заключается в нагреве стали до температуры выше критической (А3 для доэвтектоидной и А1 – для заэвтектоидной сталей) или температуры растворения избыточных фаз, в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. В результате закалки из аустенита образуется неустойчивая, метастабильная структура мартенсит. Для стали 35 температура АС3 = 810°С, поэтому температуру закалки выбираем 850-870°С. Для стали У8 критическая точка АС1 = 720°С, поэтому температура закалки равна 770-790°С. Низкий отпуск снижает закалочные макронапряжения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. При отпуске уменьшается степень тетрагональности кристаллической решетки мартенсита вследствие выделения из нее углерода в виде ε-карбида. Низкий отпуск для обеих сталей проводим при температуре 160 – 200ºС. Более высокие температуры применять не следует, так как это приводит к снижению твердости, статической и усталостной прочности, из­носостойкости изделий. Структура стали 35 – отпущенный мартенсит, стали У8 – отпущенный мартенсит + карбиды. Рисунок 5 – Твердость мартенсита в зависимости от содержания углерода Из рисунка 5 видно, что сталь У8 (0,8-0,9%С) после закалки имеет большую твердость, чем сталь 35 (0,32-0,40%С).

Сталь 40 подвергалась закалке от температур 760 и 840°С. С помощью диаграммы состояния железо-цементит укажите, какие структуры образуются в каждом случае. Объясните причины образования разных структур и рекомендуйте оптимальный режим нагрева под закалку данной стали.

Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С. Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. При нагреве до температуры 760°С (ниже точки Ас3) структура стали 40 – аустенит + феррит, после охлаждения со скоростью выше критической структура стали – мартенсит + феррит. Аустенит неоднороден по химическому составу. В тех местах, где были пластинки цементита, аустенит богаче углеродом, а где пластинки феррита – беднее. Поэтому при термической обработке для выравнивания химического состава зерен аустенита сталь нагревают немного выше критической точки Ас3 (на 30-50°С) и выдерживают некоторое время при этой температуре. Процесс аустенизации идет тем быстрее, чем выше превышение фактической температуры нагрева под закалку относительно температуры Ас3. Доэвтектоидные стали для полной закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше Ас3. Температура нагрева стали 40 под полную закалку, таким образом, составляет 820-840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.

Если нагреть выше этой температуры мелкие зерна аустенита начинают соединяться между собой и чем выше температура нагрева, тем интенсивнее увеличиваются размеры. Крупнозернистая структура ухудшает механические свойства стали.

Источник: https://prepodvshoke.com/blog/matved/623.html

Технология закалки и отпуска стали

Термическая обработка сталей – одна из самых важных операций в машиностроении, от правильного проведения которой зависит качество выпускаемой продукции. Закалка и отпуск сталей являются одними из разнообразных видов термообработки металлов.

Тепловое воздействие на металл меняет его свойства и структуру. Это позволяет повысить механические свойства материала, долговечность и надежность изделий, а также уменьшить размеры и массу механизмов и машин. Кроме того, благодаря термообработке, для изготовления различных деталей можно применять более дешевые сплавы.

Также вам не помешает знать, как правильно варить полуавтоматом.

Как закалялась сталь

Термообработка стали заключается в тепловом воздействии на металл по определенным режимам ля изменения его структуры и свойств.

К операциям термообработки относятся:

• отжиг;
• нормализация;
• старение;
• закалка стали и отпуск стали (и пр.).

Термообработка стали: закалка отпуск – зависит от следующих факторов:

• температуры нагрева;
• времени (скорости) нагрева;
• продолжительности выдержки при заданной температуре;
• скорости охлаждения.

Закалка

Закалка стали – это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.

При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.

После закалки сталь становится хрупкой и твердой.

Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи.

Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки закалки стали зависят от ее состава и технических требований к изделию.

Охлаждать детали при закалке следует быстро, чтобы аустенит не успел превратиться в структуры промежуточные (сорбит или троостит). Необходимая скорость охлаждения обеспечивается посредством выбора охлаждающей среды.

При этом чрезмерно быстрое охлаждение приводит к появлению трещин или короблению изделия. Чтобы этого избежать, в интервале температур от 300 до 200 градусов скорость охлаждения надо замедлять, применяя для этого комбинированные методы закалки.

Большое значение для уменьшения коробления изделия имеет способ погружения детали в охлаждающую среду.

Нагрев металла

Все способы закалки стали состоят из:

• нагрева стали;
• последующей выдержки для достижения сквозного прогрева изделия и завершения структурных превращений;
• охлаждения с определенной скоростью.

Изделия из углеродистой стали нагревают в камерных печах. Предварительный подогрев в этом случае не требуется, так как эти марки сталей не подвергаются растрескиванию или короблению.

Сложные изделия (например, инструмент, имеющий выступающие тонкие грани или резкие переходы) предварительно подогревают:

• в соляных ваннах путем двух-или трехкратного погружения на 2 – 4 секунды;
• в отдельных печах до температуры 400 – 500 градусов по Цельсию.

Нагрев всех частей изделия должен протекать равномерно. Если это невозможно обеспечить за один прием (крупные поковки), то делаются две выдержки для сквозного прогрева.

Если в печь помещается только одна деталь, то время нагрева сокращается. Так, например, одна дисковая фреза толщиной 24 мм нагревается в течение 13 минут, а десять таких изделий – в течение 18 минут.

Защита изделия от окалины и обезуглероживания

Для изделий, поверхности которых после термообработки не шлифуются, выгорание углерода и образование окалины недопустимо.

Защищают поверхности от подобного брака применением защитных газов, подаваемых в полость электропечи. Разумеется, такой прием возможен только в специальных герметизированных печах.

Источником подаваемого в зону нагрева газа служат генераторы защитного газа. Они могут работать на метане, аммиаке и других углеводородных газах.

Если защитная атмосфера отсутствует, то изделия перед нагревом упаковывают в тару и засыпают отработанным карбюризатором, чугунной стружкой (термисту следует знать, что древесный уголь не защищает инструментальные стали от обезуглероживания). Чтобы в тару не попадал воздух, ее обмазывают глиной.

Для этого стакан, имеющий множество отверстий по всей поверхности, наполняют просушенным углем древесным, закрывают крышкой (чтобы уголь не всплыл) и после подогрева опускают на дно соляной ванны. Сначала появляется значительное количество языков пламени, затем оно уменьшается.

Если в течение смены таким способом трижды раскислять ванну, то нагреваемые изделия будут полностью защищены от обезуглероживания.

Степень раскисления соляных ванн проверяется очень просто: обычное лезвие, нагретое в ванне в течение 5 – 7 минут в качественно раскисленной ванне и закаленное в воде, будет ломаться, а не гнуться.

Охлаждающие жидкости

Основной охлаждающей жидкостью для стали является вода. Если в воду добавить небольшое количество солей или мыла, то скорость охлаждения изменится.

Поэтому ни в коем случае нельзя использовать закалочный бак для посторонних целей (например, для мытья рук). Для достижения одинаковой твердости на закаленной поверхности необходимо поддерживать температуру охлаждающей жидкости 20 – 30 градусов.

Не следует часто менять воду в баке. Совершенно недопустимо охлаждать изделие в проточной воде.

Недостатком водяной закалки является образование трещин и коробления. Поэтому таким методом закаливают изделия только несложной формы или цементированные.

• При закалке изделий сложной конфигурации из конструкционной стали применяется пятидесятипроцентный раствор соды каустической (холодный или подогретый до 50 – 60 градусов). Детали, нагретые в соляной ванне и закаленные в этом растворе, получаются светлыми. Нельзя допускать, чтобы температура раствора превышала 60 градусов.

Режимы

Пары, образующиеся при закалке в растворе каустика, вредны для человека, поэтому закалочную ванну обязательно оборудуют вытяжной вентиляцией.

• Закалку легированной стали производят в минеральных маслах. Кстати, тонкие изделия из углеродистой стали также проводят в масле. Главное преимущество масляных ванн заключается в том, что скорость охлаждения не зависит от температуры масла: при температуре 20 градусов и 150 градусов изделие будет охлаждаться с одинаковой скоростью.

Следует остерегаться попадания воды в масляную ванну, так как это может привести к растрескиванию изделия. Что интересно: в масле, разогретом до температуры выше 100 градусов, попадание воды не приводит к появлению трещин в металле.

Недостатком масляной ванны является:

1. выделение вредных газов при закалке;
2. образование налета на изделии;
3. склонность масла к воспламеняемости;
4. постепенное ухудшение закаливающей способности.

• Стали с устойчивым аустенитом (например, Х12М) можно охлаждать воздухом, который подают компрессором или вентилятором. При этом важно не допускать попадания в воздухопровод воды: это может привести к образованию трещин на изделии.
• Ступенчатая закалка выполняется в горячем масле, расплавленных щелочах, солях легкоплавких.
• Прерывистая закалка сталей в двух охлаждающих средах применяется для обработки сложных деталей, изготовленных из углеродистых сталей. Сначала их охлаждают в воде до температуры 250 – 200 градусов, а затем в масле. Изделие выдерживается в воде не более 1 – 2 секунд на каждые 5 – 6 мм толщины. Если время выдержки в воде увеличить, то на изделии неизбежно появятся трещины. Перенос детали из воды в масло следует выполнять очень быстро.

Процесс отпуска

Отпуску подвергаются все закаленные детали. Это делается для снятия внутренних напряжений. В результате отпуска несколько снижается твердость и повышается пластичность стали.

В зависимости от требуемой температуры отпуск производится :

• в масляных ваннах;
• в селитровых ваннах;
• в печах с принудительной воздушной циркуляцией;
• в ваннах с расплавленной щелочью.

Температура отпуска зависит от марки стали и требуемой твердости изделия, например, инструмент, для которого необходима твердость HRC 59 – 60, следует отпускать при температуре 150 – 200 градусов.

В этом случае внутренние напряжения уменьшаются, а твердость снижается незначительно.

Быстрорежущая сталь отпускается при температуре 540 – 580 градусов. Такой отпуск называют вторичным отвердением, так как в результате твердость изделия повышается.

Обычно после отпуска металл охлаждают на воздухе. Но хромоникелевые стали следует охлаждать в воде или масле, так как медленное охлаждение этих марок приводит к отпускной хрупкости.

Источник: https://elsvarkin.ru/texnologiya/texnologiya-zakalki-i-otpuska-stali

Сталь У8 , описание свойств и режим закалки , термообработка

Сталь У8 , описание свойств и режим закалки , термообработка

Марка: У8 ( заменители: У7А, У7, У10А, У10 ) Класс: Сталь инструментальная углеродистая Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1435-99 , ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006. Калиброванный пруток: ГОСТ 1435-99 , ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 1435-99, ГОСТ 14955-77. Полоса:ГОСТ 103-2006, ГОСТ 4405-75 . Поковки и кованные заготовки: ГОСТ 1435-99, ГОСТ 4405-75 , ГОСТ 1133-71. Лента: ГОСТ 2283-79 , ГОСТ 10234-77 .Использование в промышленности: для инструмента, работающего в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки: фрез, зенковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых, накатных роликов, кернеров, отверток, комбинированных плоскогубцев, боковых кусачек.

Химический состав в % стали У8
C	0,76 — 0,83
Si	0,17 — 0,33
Mn	0,17 — 0,33
Ni	до 0,25
S	до 0,028
P	до 0,03
Cr	до 0,2
Cu	до 0,25
Fe	~97

Свойства и полезная информация:

Удельный вес: 7839 кг/м3 Термообработка: Закалка 780oC, масло, Отпуск 400oC. Твердость материала: HB 10 -1 = 187 МПа Температура критических точек: Ac1 = 720 , Ar1 = 700 , Mn = 245 Температура ковки, °С: начала 1180, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-300 мм в яме. Обрабатываемость резанием: при HB 187-227, σв=620 МПа,  К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=1,1 Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций. Флокеночувствительность: не чувствительна.Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

Твердость стали У8 после термообработки (ГОСТ 1435-99)
Состояние поставки	Твердость
Сталь термообработанная Закалка 780-800 °С, вода	До НВ 187 Св. HRCЭ 63

Механические свойства ленты стали У8 (ГОСТ 2283-79)
Состояние поставки	Сечение, мм	σв(МПа)	δ5 (%)
Лента отожженая холоднокатаная	0,1-1,5 1,5-4,0	650 750	15 10
Лента нагартованная холоднокатаная, класс прочности : Н1 Н2Н3	0,1-4,0	750-900 900-10501050-1200
Лента отожженая высшей категории качества	0,1-4,0	650	15

Предел выносливости стали У8
σ-1, МПА	Термообработка
490	σв=1860 МПа, НВ 611

Твердость стали У8 в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С	Твердость, HRCЭ
Закалка 780-800 °С, вода
160-200 200-300 300-400 400-500500-600	61-65 56-61 47-56 37-4729-37

Механические свойства стали У8 в зависимости от температуры испытания
Температура испытаний, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	НВ
Отжиг или нормализация
100 200 300 400 500 600700	— — — — — —	710 640 — — 500 370255	17 15 17 19 23 2833	24 15 16 23 29 3950	195 205 205 190 170 150120
Закалка 780 °С, масло. Отпуск 400 °С (образцы гладкие диаметром 6,3 мм)
20 -40-70	1230 12701300	1420 14501470	10 1112	37 3635	— —
Образец диаметром 5 мм и длиной 25 мм, деформированный и отожженый. Скорость деформирования 10 мм/мин. Скорость деформации 0,007 1/с
700 800 900 1000 11001200	— — — — —	105 91 55 33 2115	58 58 62 62 8069	91 100 100 100 100100	— — — — —

Температура, °С	Время, ч	Твердость, HRCэ
150-160 200-220	1 1	63 59

Прокаливаемость стали  У8
Расстояние от торца, мм	Примечание
2	4	6	8	10	12	14	16	18	Закалка 790 °С
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	Твердость для полос прокаливаемости, HRC

Критический диаметр в воде	Критический диаметр в масле
15-20	4-6

Физические свойства стали У8
T (Град)	E 10- 5 (МПа)	a 10 6 (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))	R 10 9 (Ом·м)
20	2.09	7839
100	2.05	11.4	49	7817	477	230
200	1.99	12.2	46	7786	511	305
300	1.92	13	42	7752	528	395
400	1.85	13.7	38	7714	548	491
500	1.75	14.3	35	7676	565	625
600	1.66	14.8	33	7638	594	769
700	15.2	30	7600	624	931
800	14.5	24	7852	724	1129
900	1165

Расшифровка марки стали У8: буква У говорит о том, что перед нами инструментальная качественная нелегированная сталь, в которой присутствует углерод в среднем количестве 0,8%.

Инструмент из стали У8 и его термообработка: молотки слесарные изготовляют из сталей У7 и У8. Закалке подвергаются боёк и хвост. Нагрев лучше всего вести в соляной или свинцовой ванне.

При нагреве молотка в камерной печи сначала закаливают боёк, а потом хвост, после чего попеременно охлаждают до полного потемнения средней части. Для окончательного охлаждения молоток переносят в масло. Отпускают при 260-340° в течение 30-40 мин.

Твёрдость Rc = 49 -56. Проверяют твёрдость на приборе РВ.

Для изготовления пневматического инструмента применяют сталь У8 или У7. Закалке подвергают рабочую хвостовую часть. Следует избегать нагрева пневматического инструмента полностью, поэтому лучше всего производить нагрев в соляных или свинцовых ваннах.

Рабочую часть закаливают в воде с переносом в масло, а хвостовую часть в масле. После этого инструмент отпускают в зависимости от требуемой твёрдости рабочей части, а именно: зубила, крейцмейсели, пробойники, чеканы и насечки отпускают при 240-270° с выдержкой 30 — 40 мин.

Требуемая твёрдость Rc = 56-59.

Обжимки, поддержки, бойки и выколотки отпускают при 270-300° в течение 30-40 мин. Требуемая твёрдость Rc = 53-56. Определяют твёрдость тарированным напильником.

Нередки случаи, когда пневматический инструмент в месте перехода с меньшего диаметра на больший во время работы ломается, причём структура излома на глубину 5-8 мм по окружности весьма мелкозернистая, а глубже крупнозернистая.

Долота станочные изготовляют из сталей У8, У9, 65Х. Место перехода от тонкой части долота к толстой, а также стенки отверстия в полом долоте должны быть закалены на небольшую твёрдость. При несоблюдении этого возможно отгибание долота или поломка его во время работы.

Получение небольшой твёрдости переходной части достигается прерывистой закалкой в воде для сплошных долот из углеродистой стали или же полной закалкой с последующим отпуском в соляной ванне до серого цвета побежалости для всех других долот. Хвостовую часть не закаливают.

Долота сплошные отпускают при температуре 260-280°, а полые при 320-360°; выдерживают 20-30 мин. Требуемая твёрдость для оплошных долот Rc = 56-58, а для полых Rc = 50-52.

Стамески и долота плотничьи и столярные изготовляют из этих же сталей. Нагрев под закалку производят в печах-ваннах на длину 60-80 мм. При нагреве в камерных печах инструмент замачивают на длину 60-80 мм. Хвостовую часть не закаливают. Отпускают при температуре 250-300° в течение 20-40 мин. Требуемая твёрдость Rc = 53-58.

Комбинированные плоскогубцы и кусачки изготовляют из сталей У7 и У8.

Термической обработке их подвергают в собранном виде с раскрытыми губками, калят только рабочую часть — в кусачках губки на длину 8-10 мм, а в комбинированных плоскогубцах губки на длину, включая прорези у шарнира. Охлаждают в масле или керосине при энергичном помешивании.

Отпуск производят при температуре 220-300° в течение 30-40 мин. Твёрдость Rc = 52-60. Твёрдость контролируют на приборе РВ или тарированным напильником, а также путём откусывания стальной проволоки диаметром 2 мм.

Клейма изготовляют из вышеупомянутых сталей, закаливают с последующим отпуском при температуре 220-250°. Хвостовик отпускают путём нагрева в свинцовой ванне до серого цвета побежалости. Требуемая твёрдость рабочей части Rc =54-58.

Краткие обозначения:
σв	— временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	— относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05	— предел упругости, МПа	Jк	— предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2	— предел текучести условный, МПа	σизг	— предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10	— относительное удлинение после разрыва, %	σ-1	— предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 иσсж	— предел текучести при сжатии, МПа	J-1	— предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	— относительный сдвиг, %	n	— количество циклов нагружения
sв	— предел кратковременной прочности, МПа	R иρ	— удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	— относительное сужение, %	E	— модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	— ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2	T	— температура, при которой получены свойства, Град
sT	— предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	— коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	— твердость по Бринеллю	C	— удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
HV	— твердость по Виккерсу	pn иr	— плотность кг/м3
HRCэ	— твердость по Роквеллу, шкала С	а	— коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ), 1/°С
HRB	— твердость по Роквеллу, шкала В	σtТ	— предел длительной прочности, МПа
HSD	— твердость по Шору	G	— модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

Источник: http://www.artwood.ru/state/view/56.html

Закалка и отпуск стали

категорияДомашние технологииматериалы в категории

Термообработка необходима, когда деталям или инструменту нужно придать новые качества: повышенную твёрдость, устойчивость к большим ударным нагрузкам и т. п. Складывается она в основном из трёх процессов: закалки, отпуска и отжига.

Закалка металла

Чего, кажется, легче: нагрел деталь, опустил её быстро в воду — и она закалена. Процесс прост, если знаешь, до какой температуры нагреть, как определить её и в какой среде охлаждать деталь (в воде, масле и т. п.).

Правильность закалки углеродистых сталей контролируют по графику, изображённому на рисунке. При нагреве выше верхней границы зоны закалки (дана толстой линией) теряются все первоначальные свойства металла. Углеродистые стали, у которых содержание углерода ниже 0,30% (марки от Ст. 0 до Ст. 30), вообще не закаливаются.

Инструментальные и легированные стали имеют температуры закалки: для марок У7 — 800…820°C; для У8 — 730…800°С (закаливаются в воде); для У9-У13 от 760 до 780°С (закаливаются в воде).

Средой охлаждения могут быть вода и масло. В любительской практике для углеродистых сталей применяются вода, 10-процентный раствор поваренной соли; для легированных — вода и минеральное машинное масло. Температура среды — комнатная.

При небольшом навыке можно с нужной точностью определить температуру разогрева по цвету раскалённого металла:

тёмно-коричневый (заметен в темноте) — 530…580°Скоричнево-красный — 580…650°Стемно-красный — 650…730°Свишнёво-красный — 770…800°Ссветло-красный — 830…900°Соранжевый — 900…1050°Стемно-жёлтый — 1050…1150°Ссветло-жёлтый — 1150…1250°С

ярко-белый — 1250…1350°С

При закалке миниатюрных деталей, чтобы их не перекалить, деталь помещают на какую-нибудь болванку, которую и нагревают. Цвет определяют по цвету болванки.

Если деталь закаляется не полностью (полуоси, губки кусачек и т. д.), то производится «размывка» границы закалённого участка. Деталь опускается в охлаждающую среду до определённого уровня (только губки кусачек) и быстро покачивается вверх-вниз.

Отпуск металла

Закалённая стальная деталь хрупка из-за наличия больших внутренних напряжений. С помощью термического процесса — отпуска — можно снизить хрупкость; при этом сохранится твёрдость, полученная при закалке.

Отпуск производится при сравнительно небольших температурах. Нагретую для этого деталь охлаждают на открытом воздухе.

• Температуру для отпуска легко определить по так называемым цветам побежалости, которые представляют собой цветные окисные плёнки, образующиеся при различных температурах на хорошо зачищенной поверхности отпускаемой детали:
• светло-жёлтый (соломенный) — 220°Стёмно-жёлтый — 240°Скоричнево-жёлтый — 255°Скоричнево-красный — 265°Ссветло-синий — 285°Сфиолетовый — 295°Свасильковый — 330°С
• серый — 351°С

При отпуске небольших деталей пользуются нагревом на болванке. При этом цвета побежалости наблюдают на самой детали.

Температуры отпуска некоторых инструментов, приспособлений и деталей следующие: измерительный — 150…180°С; режущий по металлу из углеродистых сталей — 180…

330°С; рессоры — 400…500°С; детали и инструмент, работающий при больших нагрузках, — 500…650°С.

Отжиг металла

Процесс отжига стали необходим в том случае, когда надо из старого закалённого инструмента или детали сделать что-либо другое (закалённую деталь нельзя обработать из-за большой твёрдости).

При отжиге ранее закалённая деталь нагревается до нужной температуры (см. рисунок) и затем охлаждается на открытом воздухе. После отжига сталь приобретает все качества, которые у неё были до закалки, то есть она легко обрабатывается.

Л. ЕРЛЫКИНМоделист-конструктор 1967 №10

Источник: http://radio-uchebnik.ru/txt/16-tekhnicheskoe-tvorchestvo/187-zakalka-i-otpusk-stali

Сталь У8: характеристики, расшифровка, химический состав

Возможна кузнечная сварка – процесс неразъемного соединения нагретых кусков металла с применением внешнего давления.

Форма поставки стали У8

Поставляется в виде кованых полос, горячекатаного круга, квадратов и кругов кованых, листов.

Область применения

Используется в основном для производства инструментов, эксплуатация которых не требует разогревания режущего края: фрезы, топоры и стамески, зенковки, пилы и долота, кернеры, отвёртки, кусачки, плоскогубцы и пр.

Применение стали У8 с учётом характеристик и свойств

Данную сталь применяют, как незаменимое сырьё для изготовления инструментов, эксплуатация которых не требует нагрева. Это пневматические, деревообрабатывающие, слесарно-монтажные инструменты — кернеры, кусачки и отвертки, ролики, плоскогубцы, фрезы, детали часовых механизмов и пружины, пр. Все эти изделия требуют специальной термообработки, чаще всего по индивидуальной технологии.

Аналоги стали У8

США	Россия	Германия	Япония	Франция	Англия	Евросоюз	Италия	Китай	Польша	Чехия	Австрия
ASTM/AISI	ГОСТ	DIN,WNr	JIS	AFNOR	BS	EN	UNI	GB	PN	CSN	ONORM
W1-7	У7	1.1625	SK5	C90E2U	BW1A	CT80	C80KU	T8	N8	19152	K980
—	У10	C80W1	SK6	Y1-70	BW1B	—	—	—	—	—	—
—	—	C80W2	SKC3	Y1-80	—	—	—	—	—	—	—
—	—	—	—	Y180	—	—	—	—	—	—	—
—	—	—	—	Y90	—	—	—	—	—	—	—

Инструменты из стали У8 и виды их термообработки

Данная сталь очень чувствительна к виду проведения обработки, поэтому единые рекомендации отсутствуют. Молотки слесарные из стали У8 подвергают закалке в области бойка и хвоста. Нагревание осуществляют в ванне — соляной или свинцовой. Отпуск при 260-340 °С 30-40 мин.

При производстве пневматических инструментов закалке подвергается рабочую часть – хвост, а нагревание всего инструмента противопоказано. Отпуск выполняют в зависимости от необходимой твёрдости рабочего сектора (индивидуально для разных инструментов).

Для зубил, крейцмейселей, пробойников отпуск ведут в режиме 240 °С -270 °С при выдержке до 40 мин. А для бойков, выколотков – 270 °С -300 °С.

При закалке долота для станков из У8, У9, 65Х участки перехода от тонкой области к толстой, и стенки отверстия выполняют на малую степень твёрдости. Этого достигают, ведя прерывистую закалку в водной среде. Хвостовой участок закалке не подвергают.

Стамески и долота плотничьи и столярные нагревают под закалку в печах-ваннах на длину 60-80 мм. Хвостовой участок закалке не подлежит.

Источник: https://metal.place/ru/wiki/u8/