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.

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.

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.

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.

Свойства и характеристики хорошо описаны в ГОСТ к стали У12 и У12А. Сталь типа У12А демонстрирует твердость по Роквеллу в пределах 55-63 HRC. Если это отпуск при температуре 160-200°С, то данный показатель увеличивается до 64. Качество сплава во многом зависит от этого показателя, но не только.

У У12А при температуре 20°С следующие механические свойства.

Расшифровываются краткие обозначения следующим образом.

У У12 при той же температуре свойства следующие.

Другие свойства.

Структура стали У12 после неполной закалки не подходит для сварных конструкций. Используется контактная сварка. Обе стали не флокеночувствительны, несклонны к отпускной хрупкости. После правильной закалки обрабатываемость резанием составляет в отожженном состоянии при HB 207:

• Kv твердый сплав = 1,0;
• Kv быстрорежущая сталь = 0,9.

Закаленная после низкого отпуска сталь охлаждается на воздухе.

У описываемых марок стали много иностранных аналогов, которые представлены в таблице.

Есть и японский аналог со следующим составом.

У сталей У12 и У12А широкая сфера использования. Основное назначение – производство инструмента, который демонстрирует высокую износоустойчивость и повышенную твердость. Это не только резцы, но и другой металлорежущий инструмент, напильники и даже зубила.

Производится из указанного материала и инструмент, который используется в условиях, когда нет нагрева кромки. В том числе это плашки, метчики, надфили, штемпели, калибры, развертки.

Для сталей У12 и У12А оптимальная температура нагрева – 790°С, в данном случае она лежит в промежутке Ac3 и Ac1. Закаленная сталь содержит:

• мартенсит;
• вторичные карбиды.

Именно потому, что внутреннее напряжение делает материал довольно хрупким, без отпуска после термообработки никак не обойтись.

Изотермический отжиг необходимо проводить в определенном режиме, впрочем, как и охлаждение стали.

Продолжительность термической выдержки при разогреве металла под закалку необходимо рассчитать по методу ВНИИ. Чтобы предотвратить образование пятен во время закалки, следует использовать вариант 3. Если в расплав добавляется щелочь 4-6%, 5 вариант используется только для изделий, толщина которых составляет 1-1.2 см.