Мы проконсультируем вас по любым вопросам!
Есть вопрос?
Наши услуги
Любому специалисту, имеющему дело с металлом, знакомо понятие «марки стали». Расшифровка маркировки стальных сплавов дает возможность получить представление об их химическом составе и физических характеристиках. Разобраться в данной маркировке, несмотря на ее кажущуюся сложность, достаточно просто – важно только знать, по какому принципу она составляется.
Редкое производство обходится без стали, поэтому разбираться в его марках крайне важно
Обозначают сплав буквами и цифрами, по которым можно точно определить, какие химические элементы в нем содержатся и в каком количестве. Зная это, а также то, как каждый из таких элементов может влиять на готовый сплав, можно с высокой степенью вероятности определить, какие именно технические характеристики свойственны определенной марке стали.
Химический состав
Основные добавки для легирования – металлы. Вариативность количественного состава и массовой доли дает возможность получать различные марки. Просто железо по своим техническим свойствам – низкое качество конечного продукта: низкая прочность и высокая коррозийность требуют добавления компонентов, которые будут улучшать качество. Однако на практике доказано, что, повышая одно свойство, понижаются другие. Так высоколегированная нержавейка имеет низкие показатели механической прочности, а высококачественные углеродистые стали с получением прочности, получают коррозийность.
Главные компоненты химического состава стали – углерод и железо, причем углерода должно быть не больше 2,14%, железа не меньше 50%. Количество углерода в составе определяет ее классификацию: низкоуглеродистые, среднеуглеродистые, высокоуглеродистые.
Если процент содержания углерода достаточно высок, то сплав получается с высокой твердостью, но прочность снижается.
Чтобы добиться нужных эксплуатационных свойств, вводятся химические легирующие элементы, которые разделяют сталь на три класса:
- с низким содержанием легирующих компонентов (до 2,5%);
- среднелегированные – до 10%;
- высоколегированные – до 50%.
Это указывается в маркировке числом процентного содержания для каждого элемента. Если нет числа, то это означает, что добавок меньше 1,5 %. Показатели углерода не отображаются, так как он присутствует во всех композициях. Содержание углерода стоит в начале маркировки. Такая же маркировка указывает на назначение сплава. Здесь также буквы, которые расположены в определенном порядке: начало, середина, конец.
Виды сталей и особенности их маркировки
Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, при этом содержание последнего в ней составляет не более 2,14%. Углерод придает сплаву твердость, но при его избытке металл становится слишком хрупким.
Одним из важнейших параметров, по которому стали делят на различные классы, является химический состав. Среди сталей по данному критерию выделяют легированные и углеродистые, последние подразделяются на мало- (углерода до 0,25%), средне- (0,25–0,6%) и высокоуглеродистые (в них содержится больше 0,6% углерода).
Разновидности сталей
Включая в состав стали легирующие элементы, ей можно придать требуемые характеристики. Именно таким образом, комбинируя вид и количественное содержание добавок, получают марки, обладающие улучшенными механическими свойствами, коррозионной устойчивостью, магнитными и электрическими характеристиками. Конечно, улучшать характеристики сталей можно и при помощи термообработки, но легирующие добавки позволяют делать это более эффективно.
По количественному составу легирующих элементов различают низко-, средне- и высоколегированные сплавы. В первых легирующих элементов не более 2,5%, в среднелегированных – 2,5–10%, в высоколегированных – более 10%.
Классификация сталей осуществляется и по их назначению. Так, выделяют инструментальные и конструкционные виды, марки, отличающиеся особыми физическими свойствами. Инструментальные виды используются для производства штамповых, мерительных, а также режущих инструментов, конструкционные – для выпуска продукции, применяемой в строительстве и сфере машиностроения. Из сплавов, отличающихся особыми физическими свойствами (также называемых прецизионными), изготавливают изделия, которые должны обладать особыми характеристиками (магнитными, прочностными и др.).
Классификация сталей по назначению
Стали противопоставляются друг другу и по особым химическим свойствам. К сплавам данной группы относятся нержавеющие, окалиностойкие, жаропрочные и др. Что характерно, нержавеющие стали могут быть коррозионностойкими и нержавеющими пищевыми – это разные категории.
Кроме полезных элементов, сталь включает и вредные примеси, к основным из которых относятся сера и фосфор. В ней также находятся газы в несвязанном состоянии (кислород и азот), что негативно отражается на ее характеристиках.
Если рассматривать основные вредные примеси, то фосфор увеличивает хрупкость сплава, особенно сильно проявляющуюся при низких температурах (так называемая хладноломкость), а сера вызывает появление трещин в металле, нагретом до высокой температуры (красноломкость). Фосфор, ко всему прочему, значительно уменьшает пластичность нагретого металла. По количественному содержанию этих двух элементов выделяют стали обыкновенного качества (не более 0,06–0,07% серы и фосфора), качественные (до 0,035%), высококачественные (до 0,025%) и особовысококачественные (сера – до 0,015%, фосфор – до 0,02%).
Маркировка сталей также указывает на то, в какой степени из их состава удален кислород. По уровню раскисления выделяют стали:
- спокойного типа, обозначаемые буквосочетанием «СП»;
- полуспокойные – «ПС»;
- кипящие – «КП».
Расшифровка маркировки сталей для всех видов и марок. Быстро и просто объясняем.
Несмотря на то, что общих правил классификации пока нет, обозначение стальных изделий не претерпело изменений и принцип остался прежним. Маркировка любого типа материала идет последовательно с указание составляющих его элементов и их процентного содержания.
При обозначении, формат расшифровки выглядит следующим образом:
Буквенные обозначения имеют 11 групп, каждая из которых соответствует своему материалу:
- С – кремний.
- Г – марганец.
- Н – никель.
- М – молибден.
- П – фосфор.
- Х – хром.
- К – кобальт.
- Т – титан.
- Ю – алюминий.
- Д – медь.
- В – вольфрам.
- Ф – ванадий.
- Р – бор.
- А – азот.
- Н- ниобий.
- Ц – цирконий.
На примере это выглядит куда проще. Допустим у нас имеется сталь – 12Х18Н10Т. Расшифровка маркировки обозначает то, что:
- В данном стальном образце 0.12% углерода.
- При производстве были также использованы: 18% Хрома.
- 10% Ниобия.
- Титана использовалось менее 1.5%.
Дополнительные обозначения физических свойств
Помимо указанного ранее порядка расшифровки, существует также дополнительная классификация, обозначающая физические и механические свойства стальных изделий. Их применяют повсеместно, характеризуя те или иные свойства материала, например когда у изделия одной и той же марки, требуется выбрать ту, которая более упругая или может выдержать куда большие нагрузки.
Обозначение | Применение | Единица измерения |
Указывается в тех случаях, когда требуется указать предельные значения заготовки при растяжении | МПа | |
Когда необходимо показать предельные значения по упругости | МПа | |
Тот же параметр, но уже по текучести | МПа | |
Указывается относительное удлинение стали после ее разрыва | % | |
Показатель сужения | % | |
KCU и KCV | Ударные показатели вязкости. | Дж/с^2 |
Указывается предельное значение текучести при сжатии стали | МПа | |
Те же значения при сжатии | МПа | |
Показатель осадки до момента появления первых трещин | % | |
Предельные величины прочности при кручении | МПа | |
Показатели сдвига | % | |
Допустимые прочностные пределы при изгибании заготовки | МПа | |
Допустимые нагрузки и пределы выносливости при изгибе | МПа | |
Тот же показатель, но только для кручения | МПа | |
n | Циклы нагружения | |
Предельный показатель ползучести за отведенное время и при заданном температурном режиме | % | |
Показывает насколько длительны прочностные характеристики стали | МПа | |
HRCэ | Твердость изделия по Роквеллу | Шкала обозначений С |
HRB | Твердость по шкале В | В |
HB | Твердость по Бринеллю | |
HV | Твердость по Виккерсу | |
HSD | Твердость по Шору | |
Показатель возможной обработки и дальнейшей резки специальными резцами | ||
E | Модульное значение упругости изделия | ГПа |
G | То же самое значение, но для сдвига кручением | ГПа |
Плотность | кг/м^3 | |
Показатели теплопроводности | Вт/м(градусов цельсия) | |
Значения удельного сопротивления материала | Ом*М | |
С | Удельная теплоемкость | Дж (кг*градусов цельсия) |
Далее мы познакомимся с конкретными примерами производства и маркировки стали. Для этого отберем наиболее популярные в нашей стране образцы из различных групп материалов и постараемся объяснить их на примерах.
О чем говорит маркировка сталей
Расшифровать марку стали довольно просто, необходимо только владеть определенными сведениями. Конструкционные стали, обладающие обыкновенным качеством и не содержащие легирующих элементов, маркируют буквосочетанием «Ст». По цифре, идущей после букв в названии марки, можно определить, сколько в таком сплаве углерода (исчисляется в десятых долях процента). За цифрами могут идти буквы «КП»: по ним становится ясно, что данный сплав не до конца прошел процесс раскисления в печи, соответственно, он относится к категории кипящего. Если название марки не содержит таких букв, то сталь соответствует категории спокойной.
Химический состав углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества
Конструкционная нелегированная сталь, относящаяся к категории качественных, имеет в своем обозначении две цифры, по ним определяют среднее содержание в ней углерода (исчисляется в сотых долях процента).
Прежде чем приступить к рассмотрению марок тех сталей, которые включают легирующие добавки, следует разобраться в том, как данные добавки обозначаются. Маркировка легированных сталей может включать такие буквенные обозначения:
Список используемых легирующих добавок
Обозначение сталей с легирующими элементами
Как сказано выше, классификация сталей с легирующими элементами включает несколько категорий. Маркировка легированных сталей составляется по определенным правилам, знание которых позволяет достаточно просто определить категорию конкретного сплава и основную область его применения. В начальной части названий таких марок находятся цифры (две или одна), показывающие содержание углерода. Две цифры указывают на его среднее содержание в сплаве в сотых долях процента, а одна – в десятых. Есть и стали, не имеющие в начале названия марки цифр. Это означает, что углерод в этих сплавах содержится в пределах 1%.
Пример маркировки легированной стали
Буквы, которые можно увидеть за первыми цифрами названия марки, указывают на то, из чего состоит данный сплав. За буквами, дающими информацию о том или ином элементе в его составе, могут стоять или не стоять цифры. Если цифра есть, то по ней определяется (в целых процентах) среднее содержание указанного буквой элемента в составе сплава, а если цифры нет, значит, данный элемент содержится в пределах от 1 до 1,5%.
В конце маркировки отдельных видов сталей может стоять буква «А». Это говорит о том, что перед нами высококачественная сталь. К таким маркам могут относиться и углеродистые стали, и сплавы с легирующими добавками в своем составе. Согласно классификации, к данной категории сталей причисляются те, в которых сера и фосфор составляют не более 0,03%.
Классификация стали.
Несмотря на существование множества современных высокотехнологичных материалов, сталь остаётся одним из самых широко применяемых материалов. Относится это и к производству приводных механизмов. Каким бы ни был редуктор, в нём обязательно присутствуют стальные детали. Справедливо это утверждение и по отношению к приводным цепям.
Итак, рассмотрим основные варианты классификации стали.
По назначению.
По своему назначению сталь подразделяется на следующие категории – строительная, машиностроительная и инструментальная.
Строительная сталь.
Основным требованием, предъявляемым к строительной стали, является хорошая свариваемость. Это возможно при содержании углерода до 0,25%. Справедливым будет утверждение, что к строительным относятся низкоуглеродистые стали. Типовые марки – Ст1, Ст2 и Ст3.
Применение строительной стали.
Химический состав строительной стали определяет её применение в различных строительных конструкциях или оборудовании при необходимости соединения сборочных единиц путём проведения сварочных работ. Некоторые модели цилиндрических редукторов компонуются в корпусах из строительной стали.
Машиностроительная сталь.
К машиностроительным сталям относится сплав железа и углерода с содержанием последнего в пределах от 0,3 до 0,7%. Данный тип имеет худшую, по сравнению со строительной сталью, свариваемость, но при этом лучше воспринимает процесс закалки и отпуска. Типовые марки – Сталь 40Х или Сталь 45.
Применение машиностроительной стали.
Среднеуглеродистые машиностроительные стали применяются при производстве самого широкого спектра деталей в общем машиностроении. Как правило, производственный процесс подразумевает наличие термических или химико-термических операций. Пример продукции, представленной в каталоге, – запасные части редукторов и звенья приводных роликовых цепей.
Инструментальная сталь.
Название инструментальной стали говорит за себя. Основным требованием, предъявляемым к любому стальному инструменту, является твёрдость. Эта характеристика достигается путём достижения доли содержания углерода в сплаве свыше 0,7%. Наиболее распространённые марки – от У7 до У13.
Применение инструментальной стали.
Помимо своего прямого назначения, инструментальная сталь применяется при производстве различных пружин. В частности, плоские пружины используются при сборке электродвигателей и соединительных замков цепей.
По содержанию углерода.
Показатель процентного содержания углерода в химическом составе стали определяет её отношение к одной из трёх групп:
- низкоуглеродистые – содержание углерода менее 0,25%;
- среднеуглеродистые – углерода содержится от 0,3 до 0,7%;
- высокоуглеродистые – доля углерода превышает 0,7%.
Низкоуглеродистые стали.
Низкоуглеродистая сталь может иметь множество различных обозначений. Всё зависит от массовой доли углерода и наличия в сплаве дополнительных химических элементов. Пример – Ст 08пс, Сталь 10 или 25ХГЛ. Общее в обозначении – первое число не более 25. Самый характерный признак данной категории – прекрасная свариваемость
Применение низкоуглеродистой стали в редукторах.
Из низкоуглеродистых сталей производятся различные штампованные элементы корпусов редукторов – различные смотровые люки и крышки. Сталь с содержанием углерода 0,2-0,25% применяется при изготовлении зубчатых колёс мотор-редукторов типа МЦ2С и цилиндрических редукторов типа Ц2У. Для повышения прочностных характеристик шестерни после механической обработки подвергаются цементации.
Среднеуглеродистая сталь.
Среднеуглеродистые стали имеют в своей маркировке начальные числа от 30 до 50, что означает сотые доли процента содержания углерода. Свариваемость плохая – всем знакома ситуация, когда шов трескается. Пример марок среднеуглеродистых сталей – Сталь 40Х, Сталь 45 или 50Г2.
Применение среднеуглеродистой стали.
До недавних пор среднеуглеродистые стали являлись основным материалом для изготовления валов-шестерен и колёс зубчатых редукторов. Например, так производились редукторы типа РМ или РЦД. В настоящее время из данной категории металла изготавливают различные валы и муфты, работающие под нагрузкой или при повышенной вибрации.
В высокоуглеродистых сталях фактическое содержание углерода превышает 0,55%. Чем выше в стали содержится углерода, тем больше её физические свойства приближаются к чугуну. Это же можно сказать и относительно прочности. Пример марок – У7А, У9А или У13А. Производство высокоуглеродистых сталей принято считать более затратным.
Примеры маркировки сталей различных видов
Определение марки стали и причисление сплава к определенному виду – это задача, которая не должна вызывать никаких проблем у специалиста. Не всегда под рукой есть таблица, в которой дается расшифровка названий марок, но разобраться с этим помогут примеры, которые приведены ниже.
Содержание элементов в распространенных марках стали (нажмите для увеличения)
Конструкционные стали, не содержащие легирующих элементов, обозначаются буквосочетанием «Ст». Цифры, стоящие следом, – это содержание углерода, исчисляемое в сотых долях процента. Несколько иначе маркируются низколегированные конструкционные стали. К примеру, в стали марки 09Г2С 0,09% углерода, а легирующие добавки (марганец, кремний и др.) содержатся в ней в пределах 2,5%. Очень похожие по своей маркировке 10ХСНД и 15ХСНД отличаются разным количеством углерода, а доля каждого легирующего элемента в них составляет не больше 1%. Именно поэтому после букв, обозначающих каждый легирующий элемент в таком сплаве, не стоит никаких цифр.
20Х, 30Х, 40Х и др. – так маркируются конструкционные легированные стали, преобладающим легирующим элементом в них является хром. Цифра в начале такой марки – это содержание углерода в рассматриваемом сплаве, исчисляемое в сотых долях процента. За буквенным обозначением каждого легирующего элемента может быть проставлена цифра, по которой и определяют его количественное содержание в сплаве. Если ее нет, то указанного элемента в стали содержится не больше 1,5%.
Можно рассмотреть пример обозначения хромокремнемарганцевой стали 30ХГСА. Она, согласно маркировке, состоит из углерода (0,3%), марганца, кремния, а также хрома. Каждого из данных элементов в ней содержится в границах 0,8–1,1%.
Расшифровка сталей и чугунов
Для чугунов, называемых серыми, характерной формой графита является пластинчатая. Они маркируются буквами СЧ, цифры после буквенного обозначения говорят о минимальном значении величины предела прочности при растяжении.
Пример 1: ЧС20 – чугун серый, имеет предел прочности при растяжении до 200МПа. Для серых чугунов характерны высокие литейные свойства. Он хорошо подвергается обработке резанием, обладает антифрикционными характеристиками. Изделия из серого чугуна способны хорошо гасить вибрации.
В то же время они недостаточно устойчивы к растягивающим нагрузкам, не имеют ударной стойкости.
Пример 2: ВЧ50 – чугун высокой стойкости с сопротивлением при растяжении до 500МПа. Обладая структурой в виде шаровидного графита, он имеет прочностные характеристики более высокие по сравнению с серыми чугунами. Они обладают некой пластичностью и более высокой ударной вязкостью. Наряду с серыми, высокопрочным чугунам свойственны хорошие литейные характеристики, антифрикционные и демпфирующие свойства.
Эти чугуны применяются при производстве тяжелых деталей, таких как станины прессового оборудования или прокатные валки, коленвалы ДВС и прочее.
Пример 3: КЧ35-10 – чугун ковкий, обладающий пределом прочности до 350 МПа и допускающий относительное удлинение до 10%.
Чугуны ковкие, в сравнении с серыми, обладают большей прочностью и пластичностью. Их применяют для производства тонкостенных деталей, испытывающих ударные и вибрационные нагрузки: ступицы, фланцы, картеры двигателей и станков, вилки карданных валов и так далее.
Как расшифровать маркировку сталей?
Чтобы расшифровка обозначения различных видов сталей не вызывала затруднений, следует хорошо знать, какими они бывают. Отдельные категории сталей имеют особенную маркировку. Их принято обозначать определенными буквами, что позволяет сразу понять и назначение рассматриваемого металла, и его ориентировочный состав. Рассмотрим некоторые из таких марок и разберемся в их обозначении.
Свойства и назначение конструкционных легированных сталей
Конструкционные стали, специально предназначенные для изготовления подшипников, можно узнать по букве «Ш», данная литера ставится в самом начале их маркировки. После нее в названии марки идет буквенное обозначение соответствующих легирующих добавок, а также цифры, по которым узнают количественное содержание этих добавок. Так, в сталях марок ШХ4 и ШХ15, кроме железа с углеродом, содержится хром в количестве 0,4 и 1,5%, соответственно.
Буквой «К», которая стоит после первых цифр в названии марки, сообщающих о количественном содержании углерода, обозначают конструкционные нелегированные стали, используемые для производства сосудов и паровых котлов, работающих под высоким давлением (20К, 22К и др.).
Качественные легированные стали, которые обладают улучшенными литейными свойствами, можно узнать по букве «Л», стоящей в самом конце маркировки (35ХМЛ, 40ХЛ и др.).
Некоторую сложность, если не знать особенностей маркировки, может вызвать расшифровка марок строительной стали. Сплавы данной категории обозначают буквой «С», которую ставят в самом начале. Цифры, следующие за ней, указывают на минимальный предел текучести. В таких марках также используются дополнительные буквенные обозначения:
- литера Т – термоупрочненный прокат;
- буква К – сталь, отличающаяся повышенной коррозионной устойчивостью;
- литера Д – сплав, характеризующийся повышенным содержанием меди (С345Т, С390К и др.).
Нелегированные стали, относящиеся к категории инструментальных, обозначают буквой «У», она проставляется в начале их маркировки. Цифра, идущая за данной буквой, выражает количественное содержание углерода в рассматриваемом сплаве. Стали данной категории могут быть качественными и высококачественными (их можно определить по букве «А», она проставляется в конце названия марки). В их маркировке может содержаться буква «Г», что означает повышенное содержание марганца (У7, У8, У8А, У8ГА и др.).
Инструментальные стали, содержащие легирующие элементы в своем составе, маркируются аналогично с легированными конструкционными (ХВГ, 9ХВГ и др.).
Состав легированных инструментальных сталей (%)
Маркировка тех сталей, которые входят в категорию быстрорежущих, начинается с буквы «Р», за которой идут цифры, указывающие на количественное содержание вольфрама. В остальном марки таких сплавов называются по стандартному принципу: буквы, обозначающие элемент, и, соответственно, цифры, отражающие его количественное содержание. В обозначении таких сталей не указывается хром, так как его стандартное содержание в них составляет около 4%, а также углерод, количество которого пропорционально содержанию ванадия. Если количество ванадия превышает 2,5%, то его буквенное обозначение и количественное содержание проставляют в самом конце маркировки (З9, Р18, Р6М5Ф3 и др.).
Влияние некоторых добавок на свойства стали
По-особому маркируются нелегированные стали, относящиеся к категории электротехнических (их еще часто называют чистым техническим железом). Невысокое электрическое сопротивление таких металлов обеспечивается за счет того, что их состав характеризуется минимальным содержанием углерода – менее 0,04%. В обозначении марок таких сталей нет букв, только цифры: 10880, 20880 и др. Первая цифра указывает на классификацию по типу обработки: горячекатаная или кованная – 1, калиброванная – 2. Вторая цифра связана с категорией коэффициента старения: 0 – ненормируемый, 1 – нормируемый. Третья цифра указывает на группу, к которой данная сталь относится по нормируемой характеристике, принятой за основную. По четвертой и пятой цифрам определяется само значение нормируемой характеристики.
Принципы, по которым осуществляется обозначение стальных сплавов, были разработаны еще в советский период, но и по сей день успешно используются не только в России, но также в странах СНГ. Обладая сведениями о той или иной марке стали, можно не только определять ее химический состав, но и эффективно подбирать металлы с требуемыми характеристиками.
Разбираться в данном вопросе важно как специалистам, разрабатывающим и проектирующим различные конструкции из металла, так и тем, кто часто работает с различными сталями и занимается изготовлением из них деталей разного назначения.
Сталь У12, У12А инструментальная углеродистая
Расшифровка
- Согласно ГОСТ 1435-99 буква У в обозначении марки стали означает, что сталь углеродистая.
- Следующая за буквой У цифра 12 указывает среднюю массовую долю углерода в десятых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 12 около 1,2%
- Наличие буквы А в конце маркировки означает, что сталь высококачественная, т.е. с повышенными требованиями к химическому составу.
Заменитель
Стали У10А, У11А, У10, У11.
Иностранные аналоги [1]
Марка стали | Стандарт |
N12 (Польша) | PN/H 85020 |
N 12 E (Польша) | PN/H 85020 |
S122 (Венгрия) | MSZ 4354 |
U12 (Болгария) | BDS 6751 |
И 12 А (Болгария) | BDS 6751 (83) |
SK2 (Япония) | JIS G4401 (83) |
19221 (Чехия/Словакия) | CSN 419221 |
BW1C (Великобритания) | B.S. 4659 (89) |
C120 KU (Италия) | UNI 2955-82 Part 2 |
C 120E3U (Франция) | AFNOR NF NF A 35-590 (92) |
C 120 (Испания) | UNE 36071 (75) |
Вид поставки
- Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1435-90, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88.
- Калиброванный пруток ГОСТ 1435-90, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.
- Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 1435-90, ГОСТ 14955-77. Лента ГОСТ 2283-79, ГОСТ 21997-76.
- Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76.
- Поковка и кованая заготовка ГОСТ 1435-90, ГОСТ 4405-75, ГОСТ 1133-71.
Характеристики и применение
Инструментальная сталь У12 (У12А) относится к группе сталей пониженной прокаливаемостии. Стали данной группы должны закаливаться в воде, а инструмент из этой стали имеет, как правило, незакаленную сердцевину. Закалка в воде требует принятия мер против сильного коробления, т.е. при конструировании инструмента следует избегать острых углов и резких переходов сечений [2].
Опыт показывает, что прокаливаемость стали У12, У12А весьма непостоянна. Отдельные плавки одной и той же марки могут прокаливаться на разную глубину [3].
При выборе данной марки стали следует иметь в виду, что чем выше твердость (допустим больше углерода, более низкий отпуск), тем выше износоустойчивость, но меньше прочность. Следовательно, если работа инструмента не сопровождается ударными нагрузками, лезвийная кромка имеет достаточное сечение — желательно иметь высокую туердость (62 HRC и выше) и, следовательно, следует применять высокоуглеродистую сталь У12 и давать низкий отпуск (150-200 °C), в противном случае используют стали с меньшим содержание углерода, например У7-У8, после отпуска при 250-300 °C и ˂60 HRC [3]xxxxxxxxx.
Сталь У12 применяется для изготовления инструмента с максимальной износостойкостью при наивысшей твердости, например:
- резцы,
- различный металлорежущий и мерительный инструмент,
- напильники,
- зубила для насечки напильников,
- граверный инструмент,
- волочильные доски и т.д.
Режущий инструмент, работающий в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки:
- метчики ручные,
- метчики машинные мелкоразмерные,
- плашки для круппов,
- развертки мелкоразмерные,
- надфили,
- измерительный инструмент простой формы: гладкие калибры, скобы,
- штативы для холодной шлифовки обрезных и вырубных небольших размеров и без переходов по сечению,
- холодновысадочные штампы и штемпели мелких размеров,
- калибры простой формы и пониженных классов точности.
Химический состав, % (ГОСТ 1435-99)
Марка стали | Массовая доля элемента, % | ||||
углерода | кремния | марганца | серы | фосфора | |
не более | |||||
У12 | 1,10-1,29 | 0,17-0,33 | 0,17-0,33 | 0,028 | 0,030 |
У12А | 1,10-1,29 | 0,17-0,33 | 0,17-0,28 | 0,018 | 0,025 |
Фазовый состав, % по массе
Феррит | Карбиды | Тип карбида |
81-83,5 | 18,5-17 | Fe3C |
Температура критических точек, °C [2]
Ас1 | Ас3 | Аr1 | Мн |
730 | 820 | 700 | 200 |
Закалка [3]
Температура закалки заэвтектойдной стали У12А лежит в интервале между Ac3 и Ac1. Структура стали в закаленном состоянии состоит из мартенсита и избыточных (вторичных) карбидов. Оптимальная температура закалки 790 °C.
В закаленной стали тетрагональность мартенсита и внутренние напряжения создают значительную хрупкость, поэтому после закалки отпуск является обязательной операцией. [3]
Рекомендуемые режимы закалки [4]
Вариант | Температура, °C | Охлаждение | Охлаждение до 20 °C | HRC | Структура или балл мартенсита по шкале №3 ГОСТ 8233-56 | ||
Среда | Температура, °C | Выдержка | |||||
I | 770-790 | Вода | 20-40 | До 200-250 °C | В масле | 62-64 | 1 |
II | 5%-ный водный раствор поваренной соли | 62-65 | |||||
III | 5-10%-ный водный раствор щелочи | 62 — 64 | |||||
IV | 790 — 810 | Масло индустриальное 12 | До 20 — 40 °C | — | 62-64 | 1-3 Для изделий диаметром или толщиной менее 6-8 мм | |
40 — 50 | Сорбит-троостит В зависимости от диаметра или толщины изделия | ||||||
V | 790-810 | Расплав селитры, щелочи | 150 — 180 | Выдержка в расплаве равна выдержке при нагреве под закалку | На воздухе | 62-64 | 1-3 Для изделий диаметром или толщиной менее 6-8 мм |
VI | Температуру расплава и продолжительность изотермической выдержки выбирают по диаграмме на рис.1 в зависимости от требуемой твердости. Охлаждение до 20 °C на воздухе | Сорбит-троостит |
ПРИМЕЧАНИЯ:
- Продолжительность выдержки при нагреве под закалку рекомендуется рассчитывать по методике ВНИИ [5].
- Вариант III применяют для предотвращения образования мягких пятен при закалке.
- При добавлении в расплав щелочи 4 — 6% воды вариант V применяют для изделий диаметров или толщиной до 10-12 мм.
Обработка холодом [4]
Вариант закалки | Температура охлаждения, °С | Назначение | Повышение твердости ΔHRC |
I-V | -50 | Стабилизация размеров инструментов повышенной точности | 1-2 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Обработку холодом производить не позднее 1 ч после закалки.
Рекомендуемые режимы отпуска [4]
Вариант | Назначение отпуска | Температура нагрева, °С | Среда нагрева | HRC |
I | Снятие напряжений, стабилизация структуры и размеров | 140-160 | Масло, расплав селитры, щелочи | 62-64 |
160-180 | 61-63 | |||
180-200 | 60 — 62 | |||
200-250 | 56-61 | |||
II | Снятие напряжений и понижение твердости | См. примечание 2 | Расплав селитры, щелочи, печь с воздушной атмосферой | — |
ПРИМЕЧАНИЕ:
- Изделия высокой точности (1-2 мкм) после предварительного шлифования подвергают повторному отпуску (старению).
- Режим отпуска для получения твердости ниже HRC 56 выбирают по графику в соответствии с требуемой твердостью.
- Отпуск при температурах выше 250 С обеспечивает стабилизацию размеров изделий.
- Нормы нагрева и продолжительность выдержки при отпуске см. табл. 3 Приложения.
Температура отпуска различного инструмента из стали У12 [3]
Виды инструмента | Сталь | Температура отпуска, °C | Приемочная твердость рабочей части HRC |
Метчики | У12 | 180-200 | 60-62 |
Развертки | У12 | 160-180 | 62-64 |
Твердость углеродистой стали У12 после отпуска [7]
Марка стали | Режим акалки | Твердость после закалки HRC | Твердость HRC после отпуска при температуре в °С | |||||
температура в °С | среда охлаждения | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | ||
У12 | 770-790 | Через воду в масло | 62-64 | 61-63 | 54-58 | 48-52 | — | — |
Ориентировочная температура термической обработки и твердость стали У10 в отожженном состоянии [6]
Температура отжига °C | Тведость после отжига HB (не более) | Температура закалки °C |
760-780 °C | 207 | 760-790 °C |
Технологический процесс изотермического отжига стали У12, У12А [6]
Марка стали | Первый нагрев | Изотермическая выдержка | Твёрдость HВ | ||
Температура, °C | Выдержка в час | Температура, °C | Выдержка в час | ||
У12, У12А | 750-770 | 1,5-2,5 | 640-680 | 1-2 | 187-207 |
Температура рекристаллизационного отжига стали [7]
Обработка давлением, после которой выполняется отжиг | Марка стали | Температура отжига в °С |
Холодная протяжка (калибровка) прутков | У12 | 700 |
Ориентировочные режимы отжига инструментальных сталей У12, У12А для улучшения обрабатываемости при резании [7]
Температура нагрева в °С | Охлаждение | Диаметр отпечатка по Бринелю в мм |
760-780 | С печью по 50° в час до температуры 500 °С, а затем на воздухе | ≥4,2 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Для улучшения обрабатываемости инструментальных сталей применяется также высокий отпуск при температуре 650-680 °С.
Твердость [4]
Без °Cотжига | После °Cотжига | После °Cзакалки | |||
dотп, мм | НВ | dотп, мм | НВ | Температура °Cзакалки, °С, °Cи охлаждающая среда | HRC |
3,7-3,3 | 269-341 | ≥4,2 | ≤207 | 760-780, вода | ≥62 |
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска [8]
tотп., °C | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | КСU, Дж/см2 | Твердость HRCэ |
400 | 1370 | 1570 | 9 | 24 | 20 | 52 |
500 | 880 | 1040 | 11 | 30 | 29 | 40 |
600 | 650 | 760 | 18 | 52 | 44 | 26 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Образцы размером 32x32x42 мм. Закалка с 760-790 °C.
Твердость стали в зависимости от температуры отпуска [8]
tотп., °C | Твердость HRCэ |
160-180 | 62-64 |
180-220 | 59-63 |
200-270 | 55-61 |
450-500 | 37-47 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Образцы сечением 21-30 мм. Закалка с 810-830 °C в воде.
Механические свойства в зависимости от температуры испытания
tисп., °C | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | КСU, Дж/см2 |
Отжиг при 20 °C; твердость НВ 207 [4, 9] | |||||
20 | 325 | 590-690 | 28 | 45-55 | 27 |
200 | — | 570 | 23 | 47 | 73 |
400 | 310 | 450 | 41 | 60 | 69 |
600 | 110 | 140 | 56 | 74 | 62 |
700 | 59 | 76 | 56 | 82 | 356 |
800 | 53 | 72 | 59 | 85 | 323 |
900 | 34 | 40 | 52 | 91 | 225 |
1000 | 20 | 28 | 55 | 98 | 157 |
Образец диаметром 5 мм и длиной 25 мм, °Cдеформированный и отожженный. Скорость деформирования 10 мм/мин; °Cскорость деформации 0,007 1/с [10] | |||||
700 | — | 105 | 60 | 68 | — |
800 | — | 100 | 52 | 96 | — |
900 | — | 60 | 40 | 100 | — |
1000 | — | 34 | 65 | 100 | — |
1100 | — | 18 | 74 | 100 | — |
1200 | — | 15 | 92 | 100 | — |
Истинные обобщеные механические характеристики отожженной стали при 20 °C [4]
Растяжение | Сжатие | Кручение | |||
sk, кгс/мм2 | q, % | sсж, кгс/мм2 | q, % | τк, кгс/мм2 | q, % |
50-60 | 100-110 | 50-60 | 150-160 | 50-60 | 85-95 |
- sk — истинное сопротивление разрыву
- sсж — истинное сопротивление сжатию
- q, % — истиный сдвиг
- τк — истинный предел прочности при кручении
ПРИМЕЧАНИЕ. При всех видах деформации разрушение вязкое.
Технологические свойства [10]
- Температура ковки, °C: начала 1100, конца 750. Охлаждение замедленное на воздухе.
- Свариваемость — не применяется для сварных конструкций. Способ сварки — КТС.
- Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл. = 1,0 и Kv σ.ст = 0,9 в отожженном состоянии при НВ 207.
- Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.
- Флокеночувствительность — не чувствительна.
Теплостойкость [10]
Температура, °C | Время, ч | Твердость HRCэ |
150-160 | 1 | 63 |
200-220 | 1 | 59 |
Прокаливаемость [9, 11]
Термообработка | Критическая твердость HRCэ | Критический диаметр, мм, после закалки | |
в воде | в масле | ||
Закалка | 61 | 10-20 | 4-6 |
Закалка с 760 °C | 42-66 | 20 | — |
ПРИМЕЧАНИЕ. Шлифуемость — хорошая.
Физические свойства при 20 °C [12]
Термическая обработка | Hc, A/cм | μmax x 10-6, Г/м | 4πJs, T | ρ, Ом*мм2/м | γ, г/см3 |
Отжиг | 6-8* | 85 | — | 1,9 | 7,81 |
Закалка от 780-810 °C | 41-50 | 11-12,5 | 0,7-0,8 | 1,7-1,8 | — |
Закалка от 780-810 °C, отпуск при 150-200 °C | 40-32 | 14-17,5 | 0,75-0,8 | 1,75-1,85 | — |
- Hc — коэрцитивная сила;
- μmax — максимальная магнитная проницаемость;
- 4πJs — магнитное насыщение;
- ρ — удельное сопротивление;
- γ — плотность;
*Нижний предел значений Hc соответсвует структуре зернистого перлита, верхний — пластинчатого перлита.
Коэффициент линейного расширения α*106, К-1
Марка стали | α*106, К-1 при температуре испытаний, °С | |||||||||
20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 | |
У12, У12А | 10,5 | 11,8 | 12,6 | 13,4 | 14,1 | 14.8 | 15.3 | 15,0 | 16,3 | 16,8 |
Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)
Марка Стали | λ Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С | |||||||||
20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | |
У12, У12А | — | 45 | 43 | 40 | 37 | 35 | 32 | 28 | 24 | 25 |
Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К)
Марка стали | c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С | |||||||||
20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 | |
У12, У12А | 469 | 503 | 519 | 536 | 553 | 720 | 611 | 712 | 703 | 699 |
Модуль Юнга (нормальной упругости) Е, ГПа
Марка Стали | При температуре испытаний, °С | |||||||||
20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | ||||
У12 | 209 | 205 | 200 | 193 | 185 | 178 | 166 | |||
У12А | 209 | 205 | 200 | 193 | 185 | 178 | 166 |
Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа
Марка стали | При температуре испытаний, °С | ||||||
20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | |
У12, У12А | 82 | 80 | 78 | 75 | 72 | 69 | 63 |
Библиографический список
- Шишков М.М. Марочник сталей и сплавов. 2000 г.
- Позняк Л.А. Инструментальные стали: Справочник. -М.: Металлургия. 1977 г.
- Гуляев А.П. Металловедение. 1977 г.
- Гуляев А.П. Инструментальные стали. Справочник. 1975 г.
- Смольников Е.А. Как расчитать время нагрева при закалке. «Металловедение и термическая обработка металлов». 1970 г. №12
- Каменичный И.С. Практика термической обработки инструмента. 1952 г.
- Филинов С.А., Фиргер И. В. Справочник термиста. 1969 г.
- Тылкин М.А. Прочность и износостойкость деталей металлургического оборудования. 1965 г.
- Марочник стали и сплавов, 3-е изд. Под ред. Крянина И.Р. 1977 г.
- Марочник стали и сплавов. Под ред. Сорокина В.Г. 1989 г.
- Марочник сталей. — М.: ЦБТИ, 1961 г.
- Марочник стали для машиностроения. НИИМАШ. 1965 г.
Узнать еще
Углеродистая сталь марки ст3сп — обыкновенно…
Сталь инструментальная быстрорежущая…
Сталь инструментальная легированная…
Сталь Х12МФ инструментальная штамповая…