Сталь у 12 а
Обновлено: 24.04.2024
Сталь Х12МФ является высоколегированной (высокохромистой) инструментальной полутеплостойкой сталью высокой твердости с повышенной износостойкостью. Данная сталь широко применяется для изготовления холодных штампов и других инструментов, деформирующих металл в холодном или относительно невысоко нагретом состоянии. Большинство высокохромистых штампованных сталей содержат в среднем 12% хрома (Cr) и высокий процент углерода. Это приводит к образованию большого количества хромистых карбидов (Cr7C3).
Именно большое количество карбидной фазы (при всех режимах термической обработки) и делает сталь высокоизносоустойчивой.
Сталь Х12МФ также обладает хорошей ковкостью и шлифуемостью [1].
Необходимую высокую твердость стали типа Х12 можно получить, закаливая
ее от высоких температур (1150 °C) в масле и получая, следовательно, большое количество остаточного аустенита, а затем путем обработки холодом и отпуска
добиваться разложения остаточного аустенита и получать высокую твердость (>60 HRC).
Но чаще сталь типа X12 закаливают с температур, дающих наибольшую твердость
после закалки (от 1050-1075 °C) и последующего низкого отпуска (при 150-180 °C).
Твердость в обоих случаях одинаковая (61-63 HRC), но в первом случае сталь
обладает более высокой красностойкостью, а во втором — большей прочностью.
Твердость стали Х12МФ достигает максимального значения (61-63 HRC) после закалки с 980-1020 °C; сталь сохраняет при этом зерно балла 10 и 15-20 % аустенита (что больше, чем у многих нетеплостойких сталей) [1].
При еще большем увеличении температуры закалки твердость снижается с 50-55 HRC и ниже из-за резкого повышения количества аустенита. С повышением температуры нагрева >1000-1020 °C прочность также снижается, вследствие роста зерен и влияния аустенита [1].
Предел упругости стали Х12МФ (для твердости 56-57 HRC) ~1300 МПа.
Сталь Х12МФ мало деформируются при закалке, а при применении термической доводки деформацию можно свести практически к нулю. Поэтому эту сталь следует рекомендовать для инструмента сложной формы, для которого деформация при закалке недопустима.
Молибден и ванадий в стали Х12МФ — необходимые добавки; они способствуют сохранению мелкого зерна и повышают прочность и вязкость [1].
Примерное назначение инструментальной легированной стали Х12МФ (ГОСТ 5950-2000)
- Для холодных штампов высокой устойчивости против истирания (преимущественно с рабочей частью округлой формы), не подвергающихся сильным ударам и толчкам;
- для волочильных досок и волок;
- глазки для калибрования пруткового металла под накатку резьбы;
- гибочные и формовочные штампы;
- сложные секций кузовных штампов, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению;
- матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов;
- штамповки активной части электрических машин и электромагнитных систем электрических аппаратов;
- для профилировочных роликов сложных форм;
- сложные дыропрошивочные матрицы при формовке листового металла;
- эталонные шестерени;
- накатные плашеки;
- волоки;
- матрицы и пуансоны вырубных, просечных штампов (в том числе совмещенных и последовательных) со сложной конфигурацией рабочих частей.
Температура критических точек, °C [4]
Химический состав, % (ГОСТ 5950-2000)
| Марка стали | Массовая доля элемента, % | |||||||
| углерода | кремния | марганца | хрома | вольфрама | наладим | молибдена | никеля | |
| Х12МФ | 1,45-1,65 | 0,10-0,40 | 0,15-0,45 | 11,00-12,50 | — | 0,15-0,30 | 0,40-0,60 | — |
Температура закалки стали Х12МФ [1]
| Закалка на первичную твердость | Закалка на вторичную твердость | |||||
| t, °C | твердость, HRC | t, °C | твердость, HRC | |||
| 990-1010 * | 62-63 | 1080-1100 | 54-56 | |||
Режимы термической обработки стали Х12МФ [4]
- I — обычный режим;
- II — применяют, если обработка по режиму I не обеспечивает необходимой вязкости:
- III -для режущих инструментов, когда требуется износостойкость;
- IV — используют тогда, когда требуется неизменность размеров.
Режимы окончательной термической обработки [4]
Обработка холодом [1]
Такая обработка с охлаждением до -70 °C повышает твердость на 1-3 HRC и сопротивление пластической деформации, но снижает вязкость. Возрастание износостойкости при этом незначительно. Обработка холодом используется сравнительно редко для повышения предела выносливости, но при условии выполнения длительного отпуска, в большей степени снимающего создающиеся дополнительные напряжения.
Сталь У10, У10А инструментальная углеродистая
Инструментальная сталь У10 (У10А) 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].
Сталь У10, У10А применяется при изготовлении инструмента, работающего в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки:
- метчики ручные,
- рашпили,
- надфили,
- пилы для обработки древесины,
- матрицы для холодной штамповки,
- гладкие калибры,
- топоры,
- для холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации, клапанов, щупов, берд, ламелей, двоильных ножей, конструкционных мелких деталей, в т.ч. для часов и т.д.
Сталь У10 не применяется для изготовления инструмента подвергающихся сильным ударам.
Примерное назначение инструментальной нелегированной стали У10, У10А (ГОСТ 1435-99)
- Для игольной проволоки.
- Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих
разогрева режущей кромки. - Для обработки дерева: ручных поперечных и столярных пил, машинных
столярных пил, спиральных сверл. - Для штампов холодной штамповки (вытяжных, высадочных, обрезных и
вырубных) небольших размеров и без резких переходов по сечению. - Для калибров простой формы и пониженных классов точности.
- Для накатных роликов, напильников, слесарных шаберов и др.
- Для напильников, шаберов.
- Для холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации, клапанов, щупов, берд, ламелей двоильных ножей, конструкционных мелких деталей, в том числе для часов, и т. д. (лента выпускается по ГОСТ 2283, ГОСТ 21996 и ряду специальных технических условий)
Согласно ГОСТ Р 51015-79 сталь У10А применяется для изготовления клинков ножей хозяйственного и специального назначения используемых в быту, промышленности и на предприятиях общественного питания. Однако следует учитывать, что для ножей используемых в пищевой промышлености предпочтительно использовать коррозионноустойчивые стали.
Для высадки мягких металлов, выполняемых с небольшими давлениями, применяют сталь У10 для штампов диаметром до 30 мм сохраняющих при закалке мягкую сердцевину.
Химический состав, % (ГОСТ 1435-99)
| Марка стали | C | Si | Mn | S | P |
| не более | |||||
| У10 | 0,95-1,09 | 0,17-0,33 | 0,17-0,33 | 0,028 | 0,030 |
| У10А | 0,95-1,09 | 0,17-0,33 | 0,17-0,28 | 0,018 | 0,025 |
Фазовый состав
Температура критических точек, °С [3]
| Ac1 | Acm | Ar1 | Mн |
| 730 | 800 | 700 | 210 |
Условия проведения предварительной термической обработки сталей У10А, У10 [4]
- Отжиг с непрерывным охлаждением и сфероидизацию рекомендуется производить в шахтных и камерных печах. Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 2-3 ч.
- Изотермический отжиг целесообразен для печей непрерывного действия (конвейерных и толкательных). В этом случае время нагрева до заданной температуры рассчитывают в зависимости от толщины нагреваемого слоя заготовок по допустимому удельному времени нагрева 1,0 мин/мм. Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 1-2 ч. Изотермическая выдержка при охлаждении 1-2 ч.
- Сфероидизация (маятниковый отжиг) применяют для получения структуры зернистого перлита. Продолжительность выдержки на каждой ступени 0,5-1,0 ч.
- Высокий отпуск следует применять: для снятия наклепа после холодной пластической деформации (так называемый рекристаллизационный отжиг); для снятия внутренних напряжений от обработки резанием, предшествующей закалке; перед повторной закалкой изделий, имеющих пониженную твердость после термообработки. Продолжительность выдержки при высоком отпуске 2-3 ч * .
- Нормализацию применяют для измельчения зерна перегретой стали и для устранения цементитной сетки. Нагрев при нормализации можно производить в печах и соляных ваннах. Продолжительность выдержки при нагреве в печах 20-30 мин * , при нагреве в соляных ваннах — равняется расчетной выдержке для нагрева под закалку [5].
- Улучшение применяют для получения повышенной чистоты поверхности при обработке резанием в тех случаях, когда сталь в отожженном состоянии имеет твердость ˂ НВ 183. Закалку и высокий отпуск при улучшении рекомендуется производить с нагревом в печах. Продолжительность выдержки при нагреве под закалку 20-30 мин * , при высоком отпуске 2-4 ч * .
* После прогрева всей садки до заданной температуры.
- a) Отжиг с непрерывным охлаждением
- б) Изотермический отжиг
- в) Сфероидизация (маятниковый отжиг)
- г) Высокий отпуск
- д) Нормализация
- е) Улучшение
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 | 197 | 770-800 °C |
Закалка [2]
Температура закалки заэвтектойдной стали У10А лежит в интервале между Ac3 и Ac1. Структура стали в закаленном состоянии состоит из мартенсита и избыточных (вторичных) карбидов. Оптимальная температура закалки около 800 °C.
В закаленной стали тетрагональность мартенсита и внутренние напряжения создают значительную хрупкость, поэтому после закалки отпуск является обязательной операцией
Рекомендуемые температуры нагрева (в °С) стали У10А для поверхностной закалки (охлаждение водяным душем) [7]
| Марка стали | Исходная структура | Предварительная термическая обработка | Температура нагрева в печи в °С | Скорость нагрева в град/сек | ||
| 30 — 60 | 100 — 200 | 400 — 500 | ||||
| Продолжительность нагрева в сек | ||||||
| 2 — 4 | 1,0 — 1,5 | 0,5 — 0,8 | ||||
| Температура нагрева т.в.ч. выше Ac1 | ||||||
| У10А | Пластинчатый перлит или сорбит (+ цементит) | Нормализация или улучшение | 760-780 | 780-820 | 800-860 | 820-900 |
Температура рекристаллизационного отжига стали [7]
| Обработка давлением, после которой выполняется отжиг | Марка стали | Температура отжига в °С |
| Холодная протяжка (калибровка) прутков | У10 | 700 |
Ориентировочные режимы отжига инструментальных сталей У10, У10А 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 | ≥4,3 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Для улучшения обрабатываемости инструментальных сталей применяется также высокий отпуск при температуре 650-680 °С.
Твердость углеродистых марок стали после отпуска [7]
Влияние обработки холодом на свойства стали У10 [7]
| Температура закалки в °С | Температура обработки холодом в °С | Приращение твердости HRC | Изменение длины в % |
| 780 | 0 | 1,5 | — |
Механические свойства проката сечением 0,1-4,0 мм (ГОСТ 2283-79)
| Состояние поставки | σ0,2, МПа, не более | δ5, %, не менее |
| Лента холоднокатаная: | ||
| отожженная | 750 | 10 |
| нагартованная | 750-1200 | — |
| нагартованная, класс прочности Н1 | 750-900 | — |
| нагартованная, класс прочности НЗ | 1050-1200 | — |
| Лента отожженная высшей категории качества | 700 | 13 |
Истинные обобщеные механические характеристики отожженной стали при 20 °C [8]
ПРИМЕЧАНИЕ. При всех видах деформации разрушение вязкое.
Твердость термически обработанной (после отжига или высокого отпуска)
металлопродукции из стали У10, У10А, кроме проката для сердечников, и твердость образцов после закалки (ГОСТ 1435-99)
| Марка стали | Твердость термически обработанной металлопродукции | Твердость образцов после закалки в воде | ||
| НВ, не более | Диаметр отпечатка, мм, не менее | Температура закалки, °С | HRC, (HRC), не менее | |
| У10, У10А | 212 | 4,15 | 770-800 | 63 (62) |
Твердость стали в зависимости от температуры отпуска [9]
| tотп, °С | Твердость HRCэ |
| 160-200 | 63-65 |
| 200-300 | 57-63 |
| 300-400 | 49-57 |
| 400-500 | 40-49 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 760-780 °С в воде.
Механические свойства в зависимости от температуры испытания [9]
| tисп, °C | σв, МПа | δ5, % | ψ % |
| 700 | 105 | 50 | 87 |
| 800 | 90 | 52 | 100 |
| 900 | 55 | 59 | 100 |
| 1000 | 29 | 70 | 100 |
| 1100 | 18 | 78 | 100 |
| 1200 | 16 | 86 | 100 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Образец диаметром 5 мм и длиной 25 мм деформированный и отожженный; скорость деформирования 10 мм/мин; скорость деформации 0,007 1/с
Все о стали А12
При изготовлении различных металлических изделий может использоваться конструкционная сталь марки А12. Она относится к металлам повышенной обрабатываемости. Сегодня речь пойдет об основных особенностях данного материала, его химическом составе и физических свойствах.
Описание и состав
Сталь А12 имеет следующую расшифровку: буква «А» означает, что она относится к автоматным металлам, а цифра «12» говорит о том, что в среднем материал содержит 1,2% углерода. Данная углеродистая сернистая сталь обладает высокой флокеночувствительностью. Она практически не склонна к отпускной хрупкости. Металл этой марки содержит в своем составе следующие компоненты:
- углерод;
- медь;
- железо;
- кремний;
- марганец;
- сера;
- фосфор.
Сталь А12 является конструкционной. Она была специально разработана для массового производства различных металлических деталей на оборудовании. Такой материал производится на основе железа и углерода. При этом содержание серы и фосфора в конструкционных металлах минимальное. Сера делает заготовки более хрупкими, фосфор может значительно снижать их прочность, поэтому в процессе обработки на них образуется большое количество мелких трещин и прочих дефектов. Такие компоненты считаются вредными примесями.
Но при этом сталь марки А12 относится к особой категории конструкционных автоматных материалов. Они отличаются тем, что содержание примесей в них может быть выше установленных пределов, потому что часто при изготовлении сложных небольших деталей на автоматических станках не требуется высокая прочность материала, но при этом необходима пластичность, благодаря чему он легко и быстро обрабатывается.
Кроме того, в автоматных сталях допустимы и различные дополнительные элементы, в том числе селен, свинец, никель.
Характеристика и свойства
Все основные качества и свойства стали марки А12 можно найти в различных стандартах: ГОСТ 1414-75, ГОСТ 2879-2006, 2591-2006. Твердость горячекатаного металла составляет 160 НВ. Предел текучести при температуре в 20 градусов достигает 290 МПа. Плотность металла составляет 7,84 г/см3.
Данный металл отличается наиболее высокой скоростью обработки. Он отлично поддается резке. Кроме того, сталь такого типа проста в выплавке, она имеет относительно хорошую прочность. Детали, сделанные из нее, отличаются максимально большим сроком годности. Готовые стальные элементы могут быть различной конфигурации и формы.
Аналоги
Существует большое количество аналогов стали А12.
- CF10S20. Этот итальянский заменитель также является конструкционным. Он считается достаточно прочным и твердым. Сталь данной марки имеет плотность в 7,83 г/см3.
- 10SPb20. Твердость стали может варьироваться от 107 до 156 НВ. Ее плотность составляет 7,84 г/см3.
- А10. Такая конструкционная углеродистая сталь характеризуется повышенными пластическими качествами. Чаще всего ее используют для изготовления деталей холодной штамповки. В процессе производства материал подвергается нормализации.
- Y12. Сталь этой марки относится к материалам пониженной прокаливаемости. Закалка заготовок производится в воде. Металл является углеродистым инструментальным. Изделия, сделанные из Y12, отличаются особой износостойкостью и долговечностью.
- AUT12. Сталь этой марки является конструкционной. Она имеет относительно высокую прочность. Металл хорошо поддается различных обработкам.
- 210M15. Материал английского производства также является конструкционным. Он характеризуется повышенными твердостью и прочностью.
Применение
Сталь марки А12 может использоваться при производстве самых разных изделий. Чаще всего ее приобретают для изготовления разнообразных втулок, валов, осей, зубчатых колес, винтов, болтов. Такой металл можно применять и для создания других элементов небольших размеров на станках-автоматах.
Такая сталь может применяться для изготовления различных мелких элементов для текстильного, швейного оборудования. Ее используют и для производства нагруженных элементов для автомобильной, тракторной промышленности.
Обработка и сварка
Сталь А12 подвергается особой обработке. Предварительно проводят специальный диффузионный отжиг. Для этого металлические заготовки нагревают до параметров, которые превышают показатель температуры для кристаллизации на 150-200 градусов. Все это выполняется в печном оборудовании. В таком состоянии материал выдерживают определенное время. После этого наступает стадия охлаждения.
Такая закалка позволяет получить в результате равновесную структуру, улучшить свойства металла. Кроме этого, автоматная сталь подобного типа может подвергаться цементации. В процессе такой процедуры происходит сильный нагрев заготовок, который вызывает перестройку атомной решетки. Также на этом этапе могут добавляться различные вещества для изменения свойств.
В процессе цементации сталь может обрабатываться в твердой, жидкой и газообразной среде. При плавном и равномерном нагреве поверхности будет происходить насыщение металла углеродом, в результате чего значительно повышается его прочность и износоустойчивость. Как правило, на такую процедуру отправляют те детали, которые в дальнейшем при эксплуатации будут подвергаться значительным нагрузкам (крепежные элементы). Цементация может производиться с различными температурными режимами. Это будет зависеть и от габаритов обрабатываемых заготовок.
Эта сталь также может подвергаться и цианированию. Данная процедура предполагает насыщение поверхности азотом и углеродом при температуре от 530 до 950 градусов. Обработка позволит значительно повысить твердость и прочность металла. Также она увеличит износостойкость и предел выносливости. Для конструкционной стали А12 может применяться и закалка с высоким отпуском. Свариваемость металла во многом определяется его химическим составом, так как одни химические элементы способны уменьшить ее, а другие – увеличить. Сварка стали без ограничений выполняется без предварительного прогрева и термообработки. Ограниченно свариваемые заготовки прогреваются, после чего проводится термическая обработка.
При работе с трудносвариваемыми заготовками прогрев делают при температуре в 250-300 градусов, после чего производят термообработку. Чаще всего это простой отжиг.
Все о стали У12 и У12А
Стали типа У12 и У12А изготавливаются не только на территории нашей страны, но и на Украине. Обладают высокой износоустойчивостью и твердостью, но низкой стойкостью к коррозии и отпускной хрупкостью. При всех этих качествах это идеальное решение для производства режущего и иного инструмента.
Состав и расшифровка
Сталь марки У12 углеродистая. Содержание углерода составляет в среднем 1,2%. Именно заглавная буква «У» указывает на наличие этого элемента в большом количестве. У12А имеет в составе такое же количество углерода, при этом «А» в маркировке указывает на то, что данный металл относится к группе высококачественных. Об этих сталях можно сказать, что они входят в группу металлов с пониженной прокаливаемостью. Это означает, что материалы, входящие в такую группу, закаливаются исключительно в воде, а у инструмента середина остается незакаленной. По этой причине в процессе закаливания предпринимают меры, чтобы не было сильного коробления, а именно избегают резкого перехода сечения и острых углов.
Было доказано опытом, что у сталей этого типа непостоянная прокаливаемость. Если взять для примера отдельные плавки, то они не прокаливаются на одну глубину. Когда в составе сталей У12 и У12А присутствует по химическому составу больший процент углерода, повышается износоустойчивость, но падает прочность. Инструмент, который изготавливается из такого материала и испытывает высокую ударную нагрузку, должен иметь на кромке достаточное сечение, а коэффициент твердости должен составлять не менее 62 и более. Если это условие не соблюдается, тогда инструмент советуют изготавливать из стали с меньшим количеством углерода.
Описываемые виды стали поставляются в нескольких видах:
- фасонный и сортовой прокат;
- прут калиброванный, шлифованный;
- серебрянка;
- полоса;
- кованая заготовка;
- поковка.
Можно легко расшифровать по буквам маркировку описываемых сталей. В соответствии с ГОСТ 1435-99 «У» означает наличие в сплаве углерода. Цифра «12» показывает, какова в среднем массовая доля углерода в сплаве. В данном случае имеется в виду десятая доля процента. Последняя «А» – указывает на повышенные требования к составу стали.
По описанному ГОСТу химический состав сталей следующий.
Массовая доля элемента,%
Есть еще так называемый фазовый состав.
Каждый из элементов в составе сталей У12 и У12А отвечает за те или иные физические и химические свойства материала. Углерод помогает удерживать кромку на инструменте и увеличивает коэффициент вязкости. Повышается и твердость, износоустойчивость, но снижается качество пластичности и коррозионная устойчивость.
Повышает коэффициент твердости и хром в составе сталей У12 и У12А. Он же отвечает за увеличение сопротивления к растяжению и плотность, устойчивость к коррозийным процессам. При его уровне в 11% сплав называют нержавейкой.
Прокаливаемость повышает магний, он же увеличивает вязкость и стойкость к износу. Применяется этот элемент в качестве раскислителя и дегазатора, который убирает из металла кислород в процессе плавки. Если магний добавляется в сплав в больших количествах, то увеличивается твердость, а вместе с ней и хрупкость. Вместе с магнием в качестве раскислителя применяется и кремний. Плотность, прокаливаемость увеличивает молибден, он же отвечает за твердость и хорошую обрабатываемость от коррозии. Никель в составе описываемых сталей отвечает за ударную вязкость и коррозийную устойчивость, но при этом он снижает прочность изделий. Вместо углерода может использоваться азот, его атомы функционируют таким же образом, но дают большую коррозийную стойкость. На увеличение оксидной пленки влияет ванадий, карбидные включения которого довольно прочные. Он же увеличивает плотность металла и вязкость.
Также в сталей У12 и У12А имеются вредные включения фосфора и серы. Первый повышает прочность сплава благодаря тому, что растворяется в феррите. Однако при этом уменьшается степень пластичности и возрастает хрупкость. Сера влияет на свариваемость и качество поверхности. В качественном сплаве ее содержание не должно превышать отметку 0.02-0.03%. Вольфрам отвечает за прокаливаемость, с его добавлением она становится лучше, а также сохраняется необходимая твердость при воздействии высокой температуры. Благодаря кобальту при высокой температуре становится возможна закалка металла. Он же усиливает эффект, который дают другие элементы в составе стали.
За счет такого элемента, как ниобий, ограничивается увеличение карбидов, создается необходимая прочность, но снижается обрабатываемость.
Читайте также:
- Стальной гигант 1 комикс
- Кровельщик по стальным кровлям вакансии
- Затвор стальной ду 100
- Подставка для стальной ванны
- Альфа фаза в нержавеющих сталях что это