Особенности стали У10 и У10А

Среди многообразия стальных сплавов – а их в современном сталелитейном производстве насчитывается порядка двухсот – сталь У-10 не утратила своего изначального предназначения. Она используется как основа для более специфичных сплавов.

На основании норматива ГОСТ 1435-1999 литера «У» в маркировке образца У-10 указывает на углеродистость стального сплава, число 10 – процентное содержание состава, в данном случае – 1%. Все металлы с подобным значением относят к среднеуглеродистым. Разновидность состава У-10 с литерой «А» указывает на повышенные требования к точному соответствию заявленному химическому составу:

Расшифровать химический состав полностью сможет лишь опытный специалист, конкретно знающий, каково процентное содержание примесей в образце стали конкретной марки. Сплав У-10 занимает среднее значение в группе углеродистых сталей, имеющих ценность как конструкционный и инструментальный материал.

Стальной сплав У-10 (А) прокаливается менее интенсивно, чем многие его аналоги. Закалка стали осуществляется в воде, а не только в масле. Инструменты и принадлежности, изготовленные из У-10, закалены лишь близко к поверхности, включая и поверхностный слой, при этом сердцевина сплава ослаблена.

Зависимость теплопроводности от нагрева стали У-10: с нагревом до 100 градусов по Цельсию (экстремум на графике) эта величина возрастает, далее – убывает. При 20 градусах – теплопроводность устанавливается на отметке в 40 ватт тепловой мощности, передаваемой на метр длины для нагревания заготовки из стали У-10 на один градус. При 100 градусах она повышается до 44 единиц, а при дальнейшем росте температуры – убывает до 33 при 1000 градусах.

Важное дополнение: У-10 нетерпима к сильным ударам. Это указано в ГОСТ 1435-1999. Твёрдость сплава по шкале Роквелла – 58… 62 единицы. Плотность – 7,81 г/см3. Предел кратковременной прочности – 750 МПа, но на практике долговременную прочность получают, сократив численное значение в 3 и более раз. Так, практическая прочность на сжатие, слом, излом – не более 250 МПа (2500 атмосфер).

Качество А-разновидности существенно выше: из-за процентного содержания фосфора и серы, приближенного к следовому показателю, прочность на слом, растрескивание выше, чем у стандартного состава У-10. Инструментальная сталь У-10А образует существенно меньшее количество сколов, чем ближайший её аналог У-10: характеристики последнего в данном отношении заметно хуже.

Если бы ножи изготавливались исключительно из состава У-10, а не У-10А, то их качество потребители признали бы поддельным, т. к., например, при попытке расколоть таким топором, скажем, берёзовое полено, остриё бы либо выгнулось волной в обе стороны, либо начало бы скалываться. Другими словами, модификацию У-10А предпочтительно использовать в качестве расходника под всевозможный инструментарий, а сплав У-10 пустить на конструкционные заготовки.

В наши дни из стали марки У-10 производят следующие виды продукции:

• фасонные детали и комплектующие;
• круглые и квадратные металлические пруты;
• шлифованный прокат и серебряночная продукция;
• стальная лента до 1 мм толщиной;
• стальная полоска до 10 мм в толщину;
• кованые комплектующие.

Не годится сталь марки У-10 для производства (проф) труб, рельсов, тавра, уголка, П- и иного профиля, напоминающего в поперечном разрезе букву или любой другой значок.

Заменителями состава У-10 служат У-11, У-12 (А). Российская маркировка предполагает легко читаемое даже для малоопытных новичков сокращение. Немного сложнее разобраться в иностранных формулировках – некоторые страны используют собственную систему сокращений:

• британский сплав 1645;
• шведский 1880;
• чехословацкий 19191;
• итальянский ABN / C-100-KN;
• испанский C-102;
• французский C-105-E2U;
• общеевропейский AFNOR-NF;
• испанский F. 515;
• польский N-10 (E);
• румынский OSC-10;
• венгерский S-101/102;
• японский SK-3;
• американский T-72301
• китайский T10 (A).

Составы У10 (А) используются при выделке инструментов и приспособлений, испытывающих нагрузку при невозможности перегрева острия. В основном это метчики для нарезки внутренней резьбы, рашпили, пильное полотно по дереву, матричные штампователи холодного действия, топоры и похожий инструментарий. Холоднокатаная стальная лента применяется для изготовления плоских и скрученных пружин, клапанов, щупов, ламельных контактов, раздваивающих лезвий, комплектующих для часовой механики и т. п. Толщина ленты – от 20 мкм до 2,5 мм: разница – более чем в сотню раз. Итак, сплав У-10 применим для сердечников, игольной проволоки, поперечных ножовок, пильных дисков для привода, обычных сверлящих резаков со спиральной канавкой отвода стружки, холодноштамповочных матриц вытяжного, высаживающего, обрезающего и вырубающего действий.

Сталь У-10 также подходит для упрощённого калибра с невысокой точностью, накатывающих роликов, шаберов, напильников и т. д. Лента У-10 выпускается по правилам ГОСТ 2283/21996 и на основании соответствующих ТУ. Согласно ГОСТ Р 51015-1979 сплав У10А применяют для выделки рабочей части ножей общехозяйственного и особого назначений. Эти изделия допущены к использованию в домашнем быту и заведениях общепита. Пищевая сталь должна быть стойкой к образованию ржавчины.

Термообработка сталей У-10 должна отвечать ряду требований. Отжигание с постоянным теплосъёмом и сфероидизация (качающийся, циклично изменяемый отжиг, маятниковое изменение температурного режима) осуществляются исключительно в печах камерного и шахтного видов. Интервал передерживания после прогревания партии до температуры отжига – не менее 2,5 ч. Температура отжига – порядка 760 градусов. Изотермический отжиг проводится при непрерывном режиме функционирования печи. Здесь используется конвейерный принцип. Нагрев производится таким образом, что его интервал целесообразно рассчитать по норме в накал одного миллиметра толщины стальной заготовки в минуту.

Партия выдерживается 1,5 ч. В результате сталь после отжига обретает мелкую зернистость – такая считается более прочной, чем соответствующая ей крупнозернистая. Сфероидизация придаёт перлитной стали зернистую структуру. Температура выдерживается 45 минут при прохождении каждой температурной ступени (экстремума). Ковать сталь У-10 начинают при 1180 градусах по Цельсию, прекращают – при 800. Сечение заготовки до 100 мм2 остужают открыто (естественное остывание), 101–300 мм2 – в термопечи (остывание вместе с ней). Теперь можно приступить к закалке: проводят её при 800 градусах.

Разрезание считается оптимальным при скорости в 1 мм материала на цикл. Так, разрешается засверливать заготовки: и само сверло, и обрабатываемая им заготовка не повредятся, когда скорость вхождения резака в толщу детали не превышает 1 мм за совершённый сверлом или фрезой оборот. Сварка стали У-10 запрещена, кроме метода КТС: та утратит все свои заявленные свойства, если нарушить технологию сваривания. При отпуске, производящемся при температуре порядка 160–300 градусов, состав У-10 теряет свои прочностные свойства. Отпускание при таком варианте термической обработки придаёт заготовке из У-10 меньшую хрупкость, однако при этом значение твёрдости, соответственно, уменьшится.

Закалка осуществляется в масле при температуре 700 градусов. Чтобы «отпустить» закалённую сталь, её подвергают нагреву до 300 градусов с резким охлаждением в воде или без него. Неполная закалка производится при минимальной температуре – около 700 градусов – с последующим опусканием заготовки в масло. В отожжённом состоянии сталь пребывает, подвергнувшись предпрогреву перед сваркой.