Все, что нужно знать о стали У8 и У8А

Инструментальная сталь марок У8 и У8А относится к классу ножевых и применяется для создания клинков и лезвий. Её отличает повышенная прочность, благодаря чему сплав востребован при изготовлении режущих инструментов, включая бытовые ножи. Узнаем подробнее, что он собой представляет и каковы его основные особенности.

Маркировка стали У8 расшифровывается следующим образом:

• «У» указывает на присутствие углерода;
• «8» обозначает долю этого элемента в составе (в большинстве случаев его содержание варьируется в пределах от 0,76 до 0,84%).

Также в состав стали этой марки входят:

• кремний — 0,17-0,33%, который придает сплаву коррозионные стойкость и упругость;
• марганец — 0,17-0,33%, он способствует уменьшению пластичности и повышению твердости;
• никель — 0,25%, повышает устойчивость к окислению;
• хром — 0,2%, увеличивает прочностные характеристики, а также повышает стойкость к окислению;
• медь — 25%, она противостоит ржавчине.

Некоторые типы стали содержат в названии дополнительное обозначение в виде буквы «А». Оно указывает на повышенное качество сплава и минимальную концентрацию вредных компонентов: серы и фосфора. При этом концентрация фосфора не превышает 0,03%. Этот компонент делает сталь хрупкой, поэтому его количество должно быть минимальным. Присутствие серы составляет 0,28%. Это загрязняющий компонент, который повышает истираемость материала. Чтобы придать сплаву высокую твёрдость, его в процессе производства подвергают прерывистой закалке. После полного отжига деталь, нагретую до 800 градусов, охлаждают в воде до 400 градусов, после чего погружают в масло для окончательного охлаждения.

Как и любой другой сплав, стали У8 и У8А имеют свои достоинства и недостатки. Среди плюсов выделяют следующее.

• Идеальный углеродистый состав. Для любой стали рассчитывается показатель твердости по шкале Роквелла. Обычно он варьируется от 42 до 61 HRC. При этом чем выше данный параметр, тем более ломким и хрупким будет материал. В то же время и низкое значение нежелательно, поскольку такой материал нестойкий. Для стали У8 измеряемый показатель соответствует 58 единицам, что говорит об оптимальном балансе.
• Прочность. На долю железа в сплаве У8 приходится 97%. Это значит, что лезвия из него будут исключительно твердыми и крепкими, сломать их вручную практически нереально.
• Сохранение остроты. Благодаря присутствию углерода сталь приобретает высокие режущие свойства. Изделия, выполненные из У8, не нуждаются в заточке на протяжении многих месяцев. А даже если и возникает необходимость корректировки режущей поверхности, то для этого можно воспользоваться самыми простыми абразивными брусками.
• Высокое качество. При обработке сплава этой марки с любым другим металлом можно быть совершенно уверенным в том, что они не смешаются друг с другом и не сольются. Это значит, что качественные характеристики останутся неизменными.
• Минимальное количество дефектов. Изделиям из стали У8 не страшны вибрации и сильные механические удары. Даже при самых сильных воздействиях материал не будет растрескиваться.
• В составе стали У8 нет вторичных карбидов. Это указывает на высокую пластичность материала и его однородность. Кузнечная сварка позволяет быстро и просто получить из него оружие самого высокого качества. Неслучайно этот сплав востребован при создании шпаг. У8 можно обнаружить даже в дамасской стали, которая признана лидером в сегменте изготовления холодного оружия.
• Низкая себестоимость. У8 содержит минимальный уровень легированных добавок, поэтому цена её сохраняется в доступных пределах.

К недостаткам относят следующее.

• Подверженность коррозийным процессам. Если не осуществлять уход за стальными ножами из этого сплава, то на них очень быстро появляются трещины. Это связано с низкой концентрацией хрома в микроструктуре материала.
• Чувствительность к термической обработке. Отсутствие вторичных карбидов устанавливает ограничения на параметры термообработки: она допустима в узком температурном диапазоне. Превышение даже на 10-15 градусов может существенно ухудшить прочностные характеристики и вызвать утрату вязкости.
• Сплав У8 нельзя использовать при создании сварных изделий, а также для производства инструментов, которые будут эксплуатироваться в условиях повышенной нагрузки и нагрева. Это связано с низкой теплопроводностью материала.
• Пониженные плотность и вязкость без термообработки. Сами по себе стали углеродистой группы, не прошедшие дополнительную подготовку, обладает не столь высокими эксплуатационными параметрами.

Каждый тип стали отличается своими физико-техническими характеристиками. Остановимся подробнее на этих показателях.

К основным физическим параметрам сплава У8 относят:

• температура проведения закалки — от 780 до 850 градусов;
• предел текучести — на отметке 1230 МПа;
• временное сопротивление — 1420 МПа;
• относительное удлинение — 10%
• относительное сжатие — 38%;
• удельный вес — 7860 кг/куб. м.

Из базовых механических параметров можно обозначить следующее.

• Повышенная твердость. Инструменты, выполненные из этого сплава, служат длительное время без проведения дополнительной заточки.
• Теплостойкость. При выполнении механической обработки производится трение и, как следствие, нагрев. Сильное и стремительное повышение температуры зачастую вызывает перестройку кристаллической решётки и утрату твердости. Показатели теплостойкости стали устанавливают тот факт, что даже при сильном и продолжительном трении поверхности не перегреваются и не утрачивают свою твердость. У рассматриваемой инструментальной стали данный показатель сравнительно невысок.
• Пониженная восприимчивость к перевариванию и прилипанию. Если обработка заготовок производится на высоких подачах, то металлы могут вступить во взаимодействие. В результате прилипания качество получаемого изделия многократно снижается.
• Стойкость к растрескиванию. Зачастую возникает ситуация, когда в ходе обработки на сплав воздействует ударная нагрузка либо вибрационные колебания. Это приводит к появлению микротрещин в металлической структуре и повышению хрупкости. Сплав У8 с легкостью выдерживает подобные нагрузки.
• Высокие параметры вязкости. Это особенно актуально для создания инструментов, которые в силу своих эксплуатационных особенностей подвержены механическим ударам.

Сталь У8 получила широкое распространение на территории нашей страны. Металлообрабатывающие комбинаты производят её в следующих типах поставки:

• 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.

В зарубежных странах имеются свои аналоги сплавов У8 и У8А:

• 19152 (Чехия);
• СТ 80 (ЕС);
• SKC3 (Япония);
• W1-7 (США).

Отечественными заменителями выступают сплавы У10А, У10, а также У7А и У7. При этом нужно иметь в виду, что перечисленные типы сталей обладают схожими, но не идентичными технико-эксплуатационными, физическими и химическими характеристиками. Поэтому вопрос об их замене должен решаться в каждом конкретном случае с учетом технологических требований, предъявляемых к готовому изделию.

Сталь марки У8 используется для создания рабочей поверхности ножей и прочих режущих инструментов. Несмотря на то, что металл проявляет высокую стойкость к температурным воздействиям, этот сплав применяют для изготовления инструментов, которые в ходе эксплуатации не нагреваются, а это:

• зубила;
• колуны;
• молотки;
• стамески;
• топоры.

Материал востребован при создании многих других износостойких изделий. Он незаменим при выпуске слесарно-монтажных инструментов. Простейшие калибры, пружины, ролики и многие другие механизмы делаются именно из этого сплава. Ещё одна широко распространенная сфера использования металла — создание штампов. Инструментальная сталь У8 в отожженном состоянии отличается ударостойкостью и повышенной прочностью. Именно поэтому она идеальна для производства штампов.

Свои особенности имеет и термическая обработка сплавов этой марки.

При определении режима отжига учитывают такие характеристики, как температуру обработки, механизм прогрева, габариты детали и принципы размещения металлической заготовки в термопечи. Максимальной эффективности термообработка сплава У8 достигает в случае размещения металлических заготовок на панели из асбеста в один ряд. При этом промежуток между отдельными заготовками должен быть больше трехкратного размера максимального параметра сечения. Длительность нагревания при температурном диапазоне от 1000 до 1200 градусов соответствует:

• для сечения величиной 2 см — 5,5 мин.;
• 3 см — 9 мин.;
• 4 см — 10,5 мин.;
• 5 см — 13,5 мин.;
• 7,5 см — 15,5 мин.;
• 10 см — 22 мин.

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. Во всех остальных ситуациях скорость прогрева необходимо снизить на 20%. Наибольший результат температурное воздействие дает при выполнении процедуры по ступенчатой схеме. Для достижения оптимального эффекта от теплового воздействия предварительно производят нагрев до 500-550 градусов, а затем каждые 60 минут увеличивают нагрев на 100 градусов.

Заготовка должна находиться в помещении не менее трети необходимого времени отжига, затем ее отключают. При неполном отжиге качество сплава ухудшается. Чтобы устранить наклеп металла с готового изделия, изготовленного без тепловой обработки, нужно выполнить рекристаллизационный отжиг с последующим отпуском в солёной воде либо расплавленных солях. Такая мера обеспечивает легкость последующей механической обработки, устраняет внутреннее напряжение, снимает остаточные деформации и в целом улучшает структуру сплава. Для этого заготовку нагревают до 700 градусов и около часа выдерживает в печи. В результате этой обработки величина зерен уменьшается, а сами они распределяются в первичной микроструктуре равномерно.

При соблюдении основных требований закалки сплава можно добиться повышения прочностных характеристик до 59-61 HRC и при этом сохранить все характеристики мартенситно-аустенитной структуры. К числу основных требований к технологии закалки относят следующее.

• Поддержание температурного режима на уровне 800-1720 градусов.
• Одинаковая продолжительность предварительного, а также окончательного нагрева при 450-550 градусах. При этом длительность обработки напрямую зависит от величины внешней поверхности изделия. В солёной воде его выдерживают 20-30 минут, в расплавленных солях — не более 8-15 минут. Чтобы закалить длинные тонкие предметы, этот параметр может быть изменён.
• Охлаждение металлического изделия производят в воде.
• При организации закалочной среды в домашних условиях важно обеспечить отсутствие каких-либо процессов на открытом воздухе.

Отпуск сплава У8 считается финишной стадией термообработки после закаливания. Основное предназначение данного процесса состоит в завершении мартенситной трансформации, снятии внутренних напряжений, а также повышении параметров 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. В данном случае отпуск нужно выполнять в течение 2 часов при температуре в 330-350 градусов. Остывание производят в естественных условиях.

Чтобы свести к минимуму развитие коррозионных процессов, после каждого применения необходимо правильно ухаживать за ножом. Нужно соблюдать следующие правила.

• Протирать насухо после работы и мытья.
• Обрабатывать машинным маслом или специальным защитным средством. Хороший эффект дает использование автопропироли: она обеспечивает создание плёнки, защищающей материал от влаги и загрязнений. В случае отсутствия средства можно использовать растительное масло, подойдёт гвоздичное или даже подсолнечное. Оно поможет поддерживать чистоту, но защитного слоя не создаст.
• Важно следить за тем, чтобы сталь У8 не вступала в реакцию с кислотами. В противном случае на поверхности появится серый налет.

Ножи из стали марки У8 станут идеальными помощниками в хозяйстве, также они пригодятся в походно-полевых условиях. Долговечность, сохранение остроты и прочности — вот основные преимущества этого материала. Из недостатков можно отметить только необходимость постоянной чистки оружия.