Инструментальная сталь У8А

Сталь У8А – высококачественная инструментальная углеродистая нелегированная сталь, которая относится к классу ножевых, так как из неё делают лезвия ножей и других режущих инструментов. Её отличает повышенная прочность, благодаря чему сплав используют для изготовления также ударных инструментов, инструментов для металлообработки и износостойких изделий.

Где применяется сталь У8А

Сталь У8А, как инструментальная, применяется для создания режущих инструментов, в том числе ножей и клинкового оружия. Также из этой стали изготавливают ударный инструмент, не нагревающийся в процессе эксплуатации, например:

• зубила
• топоры
• молотки
• стамески
• колуны
• отвёртки
• комбинированные плоскогубцы
• пилы продольные и дисковые.

Помимо инструментов, сталь широко используется при изготовлении износостойких изделий – пружин, роликов – а также измерительных лент, цанговых патронов и штамповочной продукции

Тип выпуска и вид поставки

Сталь У8А поставляется в виде листового проката горячекатаного и холоднокатаного, калиброванных и шлифованных прутков, кругов, полос, лент, заготовок для ковки.

• ленты, полосы, круги — ГОСТы 2283-79, 10234-77, 103-2006, 4405-75;
• горячекатаный и холоднокатаный листовой прокат — ГОСТы 1435-99, 2590-2006, 2591-2006, 2879-2006;
• прутки, которые могут быть калиброванными и шлифованными, — ГОСТы 1435-99, 14955-77, 1435-99, 7417-75, 8559-75, 8560-78.
• заготовки для ковки — ГОСТы 1435-99, 4405-75, 1133-71.

Расшифровка обозначения

Расшифровка марки стали включает в себя химический состав, концентрацию значимых элементов в сплаве и качество по концентрации вредных примесей.
Как читать маркировку стали У8А?

Буква У означает углерод, а цифра 8 – его содержание в десятых долях процента, то есть 0,8 %. Углерод – главный компонент в нелегированных углеродистых сталях, в зависимости от уровня его содержания меняется структура металла.
 

Буква А означает, что сталь высококачественная. Качество сплава определяется по концентрации фосфора и серы в его составе: чем выше процент содержания вредных примесей, тем ниже качество.

Кроме углерода и железа сталь У8А содержит кремний, марганец, медь, никель и хром. Их концентрация ниже значимой, поэтому в маркировке они не указываются. Перечислим их основные свойства: кремний придаёт сплаву коррозионные стойкость и упругость. Марганец способствует уменьшению пластичности и повышению твердости. Никель повышает устойчивость к окислению. Хром увеличивает прочностные характеристики, а также повышает стойкость к окислению. Медь противостоит ржавчине.

По совокупности составных элементов стали У8А можно сказать, что металл при правильной обработке, включая правильно проведённую закалку, способен демонстрировать хорошие показатели твёрдости (59-61 единица по Роквеллу), однако коррозионная стойкость практически отсутствует.

Массовая доля элементов в стали У8А согласно ГОСТ 1435-99

Элемент	Углерод	Кремний	Марганец	Фосфор	Сера	Хром	Никель	Медь
Массовая доля элемента, %	0,75 – 0,84	0,17 – 0,33	0,17 – 0,28	< 0,025	< 0,018	< 0,2	< 0,25	< 0,25

Физические свойства У8А

Физические свойства	Температура испытаний, °С
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, ГПа	209	205	199	192	185	175	166
Модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа	81	80	77	74	71	67	62
Плотность, кг/м3	7839	7817	7786	7752	7714	7676	7638	7600	7852
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)		49	46	42	38	35	33	30	24	25
Удельное электросопротивление, нОм*м		230	305	395	491	625	769	931	1129	1165
Температура испытаний, °С	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
Коэффициент линейного расширения, K-1	11.4	12.2	13.0	13.7	14.3	14.8	15.2	14.5	15.2	15.7
Удельная теплоемкость, Дж/(кг*К)	477	511	528	548	565	594	624	724	724	703

Механические свойства

Основные механические характеристики стали У8А:

1. Высокая твёрдость. Практически означает возможность длительной эксплуатации режущей кромки без заточки.
2. Невысокая теплостойкость. В результате даже небольшого перегрева перестраивается кристаллическая решётка сплава, изменяется его структура и утрачиваются эксплуатационные характеристики стали. 
3. Невосприимчивость к прилипанию. При интенсивной обработке металлы не слипаются, качество стали не меняется.
4. Стойкость к растрескиванию. Высокая переносимость ударных или вибрационных нагрузок, которые не приводят к образованию микротрещин или разрушению материала.
5. Большая ударная вязкость, из-за чего сталь У8А применяется при изготовлении ударных инструментов.

Технологические свойства У8А

Ковка	Температура начала 1180 градусов Цельсия, конца 800. Охлаждение заготовок сечением до 100 мм на воздухе, 101-300 мм — в яме.
Свариваемость	Не применяется для сварных конструкций
Шлифуемость	Хорошая

Достоинства стали У8А

1. Прочность. Лезвия из этой стали, из-за высокого содержания железа в сплаве, очень трудно сломать или повредить.
2. Твёрдость. В среднем показатель твёрдости для этого сплава – 58 по шкале Роквелла. Это значит, что сталь обладает хорошей твёрдостью, при этом не являясь хрупкой.
3. Острота лезвий. Из-за сбалансированного содержания углерода лезвия из стали У8А можно не затачивать очень долго, а для заточки подходят любые подручные средства.
4. Устойчивость к прилипанию. Сплав не сливается с другими сплавами при обработке и не меняет свои свойства. 
5. Отсутствие дефектов структуры, благодаря чему изделия не трескаются от ударов и вибраций.
6. Однородность структуры и пластичности, что особенно важно в оружейном деле. Из сплава У8А делают шпаги, а ещё она применяется для изготовления дамаска.
7. Невысокие затраты на производство, поскольку в составе сплава У8А отсутствуют дорогостоящие легирующие добавки.

Недостатки стали У8А

1. Как и прочие углеродистые стали, У8А подвержена коррозии и требует ухода за инструментом.
2. Для повышения эксплуатационных характеристик проводится термообработка, для которой требуются жёсткие ограничения на температурный режим. Превышение температуры на 10 градусов уже приводит к потере ударной вязкости материала.
3. Из-за невысокой теплопроводности не предназначена для эксплуатации при высоких температурах. Не применяется для изготовления сварных конструкций.

Аналоги и заменители

Аналоги – это марки, максимально совпадающие по составу, но маркированные по-разному в соответствии со стандартами разных стран. Заменители – российские марки стали, обладающие схожими эксплуатационными характеристиками. Как правило, это сплавы, близкие по составу к целевому.

Среди российских заменителей можно назвать инструментальные углеродистые стали У7, У7А, У10, У10А. Среди аналогов – C80W1 (Германия), W108 (США), 

19152 (Чехия), СТ 80 (ЕС), SKC3 (Япония).

Термообработка

Для стали У8А, как и для многих других видов стали, применяются процедуры отжига, закалки и отпуска. При их проведении очень важно соблюдать технологические требования, потому что от этого зависит качество конечного результата.

Отжиг

При проведении отжига очень важно выдерживать температуру обработки, прогревать металл определенным образом, учитывать размеры детали и правильно помещать ее в печь. В печи рекомендуется использовать асбестовую панель, на которой детали располагаются в один ряд с соблюдением необходимого промежутка между деталями. Важно и выдерживать длительность нагрева, в зависимости от размера заготовки.

При продолжительном температурном воздействии на поверхности стали скапливается значительный объем углерода. Поэтому термообработку листов инструментальных сплавов обычно производят в среде инертного газа (углекислоты и аргона) либо в рабочих печах с опцией регулировки давления. Наилучший результат достигается при ступенчатом нагреве.

При этом предварительно разогревают заготовки до 500-550 градусов. Если будет произведён неполный отпуск, качество стали заметно ухудшится.

После отжига легко механически обрабатывать металл и устранить внутреннее напряжение стали. Также отжиг способствует улучшению кристаллической решётки стали и снимает остаточные деформации структуры материала.

Закалка

Закалка позволяет повысить прочностные характеристики материала без снижения показателей вязкости и текучести. При проведении процедуры нужно учитывать следующее:

• температура закалки не ниже 800С и не выше 1720С.
• предварительный нагрев по длительности равен окончательному при 450-550С
• длительность процедуры определяется размером изделия.
• охлаждается деталь в воде и ни в коем случае не на открытом воздухе.

Отпуск

Отпуск сплава У8 – финишная стадия термообработки после закаливания. Она нужна для того, чтобы завершить мартенситную трансформацию, снять внутренние напряжения, а также повысить вязкости центральных элементов. Отпуск осуществляется в температурном режиме от 140 до 200 градусов в течение 2-4 минут: это обеспечивает максимальную твердость изделия. Если сталь нужна для производства измерительных инструментов, то необходимо снизить температуру до 95-170 градусов, а также повторить манипуляции после выполнения заточки и шлифования. 

Уход за изделиями из стали У8А

Чтобы минимизировать риск коррозии, нужно соблюдать несложные правила.

1. Протирать насухо после работы или мытья чистой сухой тряпкой. Желательно нанести машинное масло или защитное средство: оружейное масло или воск. В его отсутствие можно использовать растительное масло, гвоздичное или даже подсолнечное.
2. Не мыть ножи из быстрорежущей стали в посудомоечной машине. Это ускоряет разрушение режущей кромки.
3. Не использовать их для резки цитрусовых. При взаимодействии с кислотами на поверхности ножа появляется серый налёт, а пища приобретает металлический привкус.
4. Сталь У8А в целом не очень упруга, что в сочетании с твёрдостью приводит к сколам и царапинам на режущей кромке. Поэтому интенсивные ударные и боковые нагрузки такому ножу не рекомендуются.