Закалка стали У8

Углеродистая инструментальная сталь У8 ГОСТ 1435 – распространенный материал для производства рабочих деталей штампов для холодной листовой штамповки высокопластичных металлов, упоров, фиксаторов, отрезных ножей холодновысадочных автоматов. Также, из этой стали делают определенные виды металлорежущей оснастки, например, метчики и плашки. Инструмент для ручной работы – напильники, зубила, крейцмейсели и т.п. – также делаются из стали У8.

Специфические особенности и свойства

Имея в собственном химическом составе 0,75…0,85% углерода, а еще небольшое кол-во других элементов – кремния, марганца, хрома, никеля и меди – сталь У8 считается эктектоидной. При пониженном содержании марганца и кремния опасная скорость охлаждения всегда возрастает. По этому фактически сталь У8 применяют лишь для производства металлообрабатывающего инструмента с маленькими габаритными размерами. Закалка стали данного типа позволяет использование очень жёстких охлаждающих сред (воды или растворов воды солей). Аналогичным образом, эта сталь не относится к прокаливаемым: сердцевина остаётся вязкой, а твёрдость, полученная в результате предварительного отжига заготовок, фактически аналогичный и остаётся.

Схема структурных превращений У8

Закалка в воду имеет и остальные негативные результаты – при росте скорости охлаждения структура стали остаётся крупнозернистой. При последующей отделке (к примеру, ковке) эта характерность может вызвать растрескивание поковки, тем более при существенных степенях деформации. Часто при закалке в воду изделие теряет собственные размеры и коробится, что принуждает дополнительно делать калибровку инструмента.

Стоит добавить, что эвтектика для стали У8 собой представляет уже при 723 ° С чистый аустенит без разных признаков феррита. Все это оказывает влияние на прекрасный выбор режимов термообработки.

Температура критических точек стали У8 составляет:

1. Начало аустенитного превращения, от начального перлитового песка при нагревании – 720 °С.
2. Завершение аустенитного превращения — 740 °С.
3. Температуры начала и завершения превращения аустенита в перлитовый песок при охлаждении совпадают, и находятся в границах 700 °С.
4. Мартенситное превращение, начинаясь при 810 °С, завершается при 245 °С.

Скачать ГОСТ 1435-99 «Прутья, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали»

Твердость стали после термической обработки

Общая характеристика прокаливаемости

Фактор прокаливаемости для нелегированных инструментальных сталей считается очень важным. Высокие скорости эксплуатации инструмента, начиная от пресс-автоматов, которые функционируют в непрерывном цикле, и завершая резьбонарезным инструментом, просят комбинирования высокой верхней твёрдости с достаточной вязкостью сердцевины. Иначе рабочие кромки инструментальной оснастки быстро выкрашиваются, а инструмент теряет собственную точность.

Интенсивность прокаливаемости зависит от всего числа примесей, которые для стали У8 не должны быть больше следующих граничных значений:

По этому при покупке больших партий стали У8 обращают всегда свое внимание на наличие и содержание сертификатов соответствия, в которых в первую очередь требуется привести данные по вредным примесям.

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагревании

В процентном отношении содержание углерода также оказывает большое воздействие на степень вязкости сердцевины нелегированной стали, и, поэтому, на устойчивость к износу слоя поверхности. С этой точки зрения сталь У8 относится к вязким. По этому специальных требований к точности выполнения режимов термообработки тут не требуется.

Изготовление инструментальной оснастки из стали У8 (даже малоразмерной) затрудняется с самого начала маленькой пластичностью материала.

В исходном состоянии сталь марки У8 может поставляться в следующих видах сортамента по ГОСТ 5210:

1. катаной широкой полосы. Ширина полосы составляет 12…48 мм, при толщине 3…10 мм;
2. круглого прутка диаметром 4…18 мм;
3. квадратного профиля с размерами стороны от 4?4 до 18?18 мм;
4. специализированных профилей.

Отжиг для металла из установленного выбора не выполняется. Для других видов поставки, а еще при горячей ковке слитков нужен отжиг.

Производственная технология отжига

Режим отжига стали У8 устанавливается следующими факторами:

• способом укладки заготовок на под термической печи;
• соотношением высоты и толщины заготовок;
• температурой нагрева;
• типом нагревательной печи.

Экспериментально установлено, что самым эффективным режимом отжига считается кладка заготовок в 1 слой на утеплительных подставках из асбеста, при расстоянии между соседними заготовками не менее 3D (под D необходимо понимать самый большой габаритный размер сечения в плане). Тогда для нагревания до необходимой 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;

Потому как с увеличением длительности нагрева появляется опасность поверхностного науглероживания, то отжиг в большинстве случаев ведут в печах с контролируемой атмосферой, либо в обстановке благородных газов (двуокиси углерода либо даже аргона).

При других способах укладки быстрота нагрева станет меньше на 15…20%.

Хорошее качество отжига выходит, если его проводить пошагово. Сначала делается подготовительный нагрев, для чего заготовки помещают в печь, которая уже имеет температуру в зоне работы до 500…550 °С, а потом понемногу греют изделия до необходимой температуры, не позволяя скорости нагрева большей, чем 100 ° С в час. По достижении необходимого температурного диапазона, отжигаемую продукцию могут выдержать в печи не менее 30% от всей длительности операции, а потом отключают печь.

Для снимания наклёпа холоднодеформированных стальных изделий У8 их подвергают рекристаллизационному отжигу с охлаждением в расплавах солей (для очень маленького инструмента), и в растворе воды поваренной соли – для более массивного. В результате становиться лучше механическая обрабатываемость, уменьшаются остаточные деформации (тем более для длинных и тонких прутьев и полос), а еще оптимизируется структура стали. Температура подобного варианта отжига составляет 670…700 ° С пр выдержке в печи не больше часа. При отжиге происходит полная перекристаллизация металла структура выходит мелкозернистой, при равномерном распределении зёрен перлитового песка. После отжига твёрдость стали У8 должна быть не больше 190 НВ.

Если технология закалки выдержана, то остаточная твёрдость изделий после термической обработки должна быть в пределах 59…62 HRC. Для выполнения такого условия, и сохранения нужной структуры (мартенсит+аустенит) следует придерживаться следующих советов:

1. Закалочные процессы протекают в полном объёме, если они начинаются при 800…820 °С.
2. Соотношение времени предварительного и окончательного подогрева инструмента под закалку должно быть одинаковым, и пребывать в диапазоне температур значений 400…500 °С.
3. Точное время нагрева в большинстве случаев рассчитывается в зависимости от поверхностной площади инструмента и его объёма. Тем более это важно при нагревании заготовок в расплавах солей: для расплавов это должно быть 8…14 мин, для растворов воды – 15…30 мин (увеличенные нормы используются для инструмента с резко отличающимися продольными и поперечными размерами).
4. Охлаждение инструмента после закалки проводят в водной массе, температура которой (независимо от периода года и температуры в термическом отделении) должна быть в пределах 18…25 °С. При более малых температурах увеличивается риск трещины изделий, а при очень больших твёрдость инструмента выходит неравномерной. Тот же дефект возможен на случай, когда закалочная среда загрязнена минеральными и органическими останками.
5. Закалка стали У8 на воздухе невозможна.

После закалки выполняется отпуск изделий. При этом мартенситное превращение происходит полностью, внутренне напряжения уменьшаются, а вязкость сердцевины увеличивается. Температура отпуска стали У8 после закалки составляет 140…200 °С: собственно после подобных температур остаточная продукция сбережет достаточную твёрдость, и будет владеть достаточно вязкой сердцевиной. Время выдержки принимают в границах 120…200 с, для инструмента для измерений температура может быть дополнительно снижена на 20…50 °С.

Порой после заточки и шлифовки инструмента из стали У8 (по большей части, мерительного) проводят дополнительный отпуск. При этом температура составляет 300…350 °С, а время выдержки — 1,5…2 часа, с дальнейшим охлаждением детали на воздухе.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.