Обзор стали марок У7 и У7А

Сталь У – один из подклассов инструментального сплава. Она является одной из самых твёрдых по характеристикам. У7А не относится к наиболее твёрдым, однако она нужна, например, в тех деталях сложных инструментов, где высокое легирование ни к чему.

Наиболее твёрдым из видов стали является как раз инструментальная. По определению даже новичок поймёт, что из неё можно сделать, например, пассатижи или клещи и т. д. Инструментарий, будучи подразделённым на конкретные орудия труда как таковые, сортируется и по конкретным разновидностям инструментальных стальных сплавов. Однако из У7А изготавливают далеко не всю технологическую оснастку. К примеру, резаки типа пильных полотен (они являются расходниками) производят из быстрорежущей стали Р-линейки, а не из сплавов У. Последний буквенный маркер – А – значит, что стальной сплав улучшенный: специальная выплавка лишает его избытка серы и фосфора.

Дело в том, что данные примеси способствуют дополнительному охрупчиванию стали. Особенно здесь отличается сера: она портит железо, делает его хрупким, а фосфор способствует укрупнению зернистости стали, придавая составу большую склонность к отломам, сколам, трещинам. Высокий спрос на сталь У7 поддерживается благодаря её относительно большей жаростойкости и жаропрочности: по сравнению с чёрной сталью, обладающей обыкновенным уровнем качества (например, трубу или ванну из чёрной стали легко проломить кувалдой), состав У7А сохраняет свои режущие свойства при некотором перегреве, от которого чёрная сталь уже превратилась бы в «пластилиновую», почти моментально затупившись. Цифра 7 – 0,7% угля (содержание углерода) в составе. Но туда также дополнительно входят и следующие примеси: 3 промилле кремния, 2,5 промилле марганца, столько же никеля, меди (соответственно), 2 промилле хрома.

Сера и фосфор не превышают 0,3 промилле – по отдельности, для каждого из этих двух компонентов. Если их удалить (почти) совсем, то сталь У7 потеряет способность к внезапной отломке, при этом производственный процесс получает экономию на отпускании, проводимом с целью уменьшения зернистости (размер микрогранул, которые составляют кристаллическую структуру стального сплава). На практике же полностью бессернистая и бесфосфористая стали встречаются так же редко, как чистое железо, – в основном лишь в лабораториях. Поэтому любая сталь в некоторой степени сохраняет свою ломкость (т. н. красноломкость), что учитывается мастерами при разработке определённых изделий.

Химический состав сплава У7А таков, что отпускная склонность к охрупчиванию у стали данной марки почти полностью отсутствует. Начинают ковать сталь, подогрев и остудив её до 1180 градусов, прекращают – при 800: к этому моменту металл окончательно теряет заявленную ковкость. При площади сечения ниже 100 мм2 заготовки из данной стали охлаждаются методом естественного остывания. Большие размеры – 101… 300 мм2 – потребуют постепенного остужения вместе с погашенной (остывающей) печью. Это необходимо, чтобы заготовки прокалились и отожглись, а затем отпустились в достаточной мере.

Нарушение технологий выплавки, ковки и поствыдержки грозит большей коррозией в процессе эксплуатации, участившимися случаями слома, скалывания конструкций. Сплав У7А, приняв свои свойства после полного затвердевания и остывания, хорошо отшлифовывается. Плотность состава – 7,83 г/с3. С ростом температуры до 900 градусов теплопроводность стали У7 снижается с 46 до 29 ватт на метр длины (при нагревании на один градус), экстремумов, имеющих место при изменении закономерности с «провалами» в обратную сторону, нет.

По выпускаемой продукции стальные изделия У7 отсортированы в соответствии с ГОСТ, действующим в России. Так, ленточная сталь до 1 мм изготавливается по нормативам ГОСТ 10234-1977. Для каждого подвида продукции справедлив свой норматив. Но выпуском ленточного железа сталь У7 не ограничивается: в России производят листовую и полосовую заготовки, сортовые и фасонные комплектующие, включая всевозможный прокат, характерный для данного сплава. Листы и полосы соответствуют нормативам ГОСТ 4405-1975. Заменяет сталь У7 родственный ей состав – У8.

У7А используется, к примеру, для производства топоров. Этот инструмент – самый простой для черновых работ по древесине: с его помощью производятся рубка брёвен, распускание поленьев на лучины и щепки, дрова и т. д. Сплав У7А по прочности и твёрдости, ударной вязкости (амортизации при сильных ударах) достаточен, чтобы с его помощью расколоть, разрубить дерево даже таких твёрдых пород, как дуб и самшит, правда, при этом топор периодически подтачивают. Если же рубить без подточки, то лезвие топора (а с ним и всё топорище) выгнет волной, исправить искривленный таким образом топор сложно. Это относится в полной мере не только к стали У7, но и к любым иным видам и разновидностям инструментальных стальных сплавов.

Закаливание может производиться с охлаждением в воде, при этом структура состава обретает мелкозернистость. Лучшая среда для резкого охлаждения во время закаливания – масло. Закалка недопустима в масляной отработке – структура последней представляет собой разрушенные молекулы углеводородов, которые склонны полимеризоваться, в результате технологический процесс закаливания окончательно нарушится, сталь окажется либо недозакалённой, либо отпущенной. Температура нагрева под закалку – порядка 800 градусов. Состав выдерживает температуры до 1270 градусов по Цельсию, отпуск состава производят при температуре примерно в 420 градусов. Полностью обработанный сплав обретает твёрдость по Роквеллу в 65 единиц. Деформация при околопиковом воздействии в 500 и более мегапаскалей на заготовку увеличивает скорость изменения её формы до 1 см/мин. Отжигание выполняется при средней температуре в 760 градусов по Цельсию.

Сварочные работы по стали У7 проводить без предварительного низкотемпературного отжига – хотя бы до 150 градусов – нельзя. В первую очередь это обусловлено минимальным количеством хрома, формирующего при завышенной дозировке в сплаве прочную окисную плёнку на его поверхности. Зачищать и подогревать до температуры в 300 градусов соединяемые заготовки всё же необходимо: сварочный шов в противном случае легко развести и сломать, а в ответственных конструкциях это недопустимо. Свариваемость инструментальной стали У7 в конструкциях и сооружениях, несущих большие и постоянные нагрузки, недопустима. По мере удаления точки измерений в разогретом до температуры закаливания состоянии от поверхности (или торца) заготовки твёрдость опускается с 43 единиц по Роквеллу, а ближе к центру, сердцевине – и вовсе падает до 29 единиц.