У10а 7хнм сталь характеристики
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
Сталь ЭИ-107 (40Х10С2М)
Марка стали 40x10c2m принадлежит к классу жаропрочных высоколегированных сильхромов (сплавов кремниево-хромистых). Старое название: сталь 40x10c2m (ЭИ107).
Характеристики стали ЭИ107
ЭИ-107 – это нержавеющая сталь мартенситного класса. В её основе лежит мартенсит – фаза, которая образуется в сплаве при охлаждении со скоростью выше критической. Есть модификация 40×13. При этом способе обработки молекулы металла приобретают игольчатую структуру. Благодаря этому свойству марки сталей мартенситного класса приобретают прочность и твёрдость.
Сплав имеет характерное отличие: охлаждаясь с критической температуры, он способен приобретать высокую твёрдость.
Это свойство надо учитывать в процессе изготовлении изделий. В технологический процесс при горячей обработке давлением или сваркой включают операцию отжига при 860°С (постепенное охлаждение с печью). Начальная t⁰С для деформации составляет 1200°С, в конце ковки – 900°С.
При обработке ковкой тонких и длинных элементов можно получить структуру мартенсита. По завершении отжига достигается твёрдость 269-197 НВ. Отпуску закалённые изделия необходимо придать в тот же момент. Это операция необходима для снятия остаточного напряжения.
Дешевизна сплава обусловлена относительно низким содержанием легирующих элементов. Марка относится к группе сплавов жаропрочных и окалиностойких, необходимость этих характеристик ставится под сомнение: нужны ли такие свойства для режущих инструментов, которые эксплуатируются при температуре, близкой к комнатной. Для сильхромов характерна высокая температура критических точек.
Низкоуглеродистая сталь при правильно выполненной термической обработке даёт возможность добиться нужной твёрдости (50-55 HRC), при этом нисколько не страдает износостойкость.
Одновременное добавление кремния и хрома увеличивают отпускную хрупкость, присадка молибдена уменьшает её и создаёт сопротивление к значительному укрупнению зерна при закалке.
Достоинства и недостатки
Положительных качеств у ЭИ107 больше, чем отрицательных. Отмечаются основные плюсы:
- дешевизна (ножи, изготовленные из неё, имеют небольшую цену, что очень важно для потребителя);
- стойкость к образованию ржавчины;
- сравнительная лёгкость затачивания (в любых условиях);
- низкая хрупкость (клинки этой марки очень трудно сломать).
Единственный недостаток: при работе с твёрдыми поверхностями, например, при рубке костей, угол удара был рассчитан неправильно, произойдёт выкрашивание режущей кромки ножа. Такое же условие надо соблюдать при заточке: необходимо кромку держать под углом от 30 до 40⁰. Несоблюдение правила может привести к нарушению целостности лезвия.
Химический состав стали
ГОСТ 5632-72 регламентирует процентное соотношение химических веществ, входящих в состав стали. Содержание легированных элементов указано в таблице.
Расшифровка
Сталь 40x10c2m (старое обозначение 40x10c2m ЭИ107), производимая в городе Златоусте, поставляется в виде квадратных и круглых прутков, сортового проката, полос и отливок, круга разных диаметров. Стандартная маркировка соответствует ГОСТ 5632-72.
Буквы обозначают наличие химических элементов: Х – хром, С – кремний, М – молибден. Цифры после букв дают возможность оценить количественный состав, они показывают среднее содержание легирующего элемента в целых единицах. Процентное соотношение элементов, присутствующих в стали в мизерных количествах, не указано.
Свойства стали
Устойчива к окислению, имеет хорошую твёрдость, обеспечивающую стойкость к истиранию, из-за достаточной вязкости не даёт преждевременного усталостного разрушения. В сочетании с высокой жаростойкостью и жаропрочностью расширяется область применения.
Физические и механические
Удельный вес составляет 7620 кг/м3.
Твёрдость материала – HB 10 — 1 = 197 — 269 МПа.
Для потребителя необходимо, чтобы обеспечивалась стойкая заточка клинка при твёрдости в 56-57 HRC, твёрдость стали ЭИ107 приближена к 54-56 HRC.
Технологические
Сталь трудно поддаётся свариванию. В воздушной среде при температуре 850°С образуется окалина.
Рекомендации по термообработке и сварке
По завершении термической обработки нужен отжиг материала с нагревом до 860°С, далее следует постепенное охлаждение в остывающей печи. При сварочных работах нужно прогревать сталь до 200°С.
Аналоги
В таблице перечислены аналогичные зарубежные марки высоколегированной стали. Наиболее близок по составу российский аналог – 40Х18М.
Область применения
ЭИ-107 пригодна для изготовления ножей, клинков и других режущих деталей бытового назначения.
Из этой стали делают выпускные клапаны для дизельных моторов в самолето- и машиностроении. Изготовляют крепёж и колосники, которые нужны в работе при повышенных температурах (650-850°С), например, в печах.
При термической обработке можно получить структуру мелкозернистого перлита высокой прочности. Именно поэтому из сплава получаются прочные лезвия высокого качества. Клинки, изготовленные из ЭИ107, можно полировать до зеркального блеска: они слабо подвержены коррозии. Такие лезвия легко поддаются правке в любых условиях и выдерживают большие механические нагрузки. Это оценили охотники и рыболовы: ножи пользуются спросом среди них.
В оружейном производстве товарный вид стали позволяет изготавливать эксклюзивное и подарочное оружие.
Отзывы владельцев ножей
Судя по отзывам, сталь ЭИ 107 ТЦ неплохо себя зарекомендовала среди владельцев ножей. Однако следует помнить, что работать с твёрдыми предметами нужно предельно аккуратно.
«Как в обработке – не скажу. В практике (у меня нож златоустовский из неё) в принципе мне нравится. Но работать надо аккуратно. Имеет небольшую склонность к выкрашиванию, но только если что-то твёрдое ковырять или рубить (кость, гвоздь и т. д.) Точится туговато, но заточку держит хорошо и долго. Не ржавеет. Совсем».
«Пока не будет производителя или производителей (мастеров), которые делают из ЭИ-107 стабильно, вменяемо, без лотереи в ТО и выжимают нечто близкое к оптимуму из стали – судить окончательно про саму ЭИ-107 ни в коем случае не имеет смысла».
Сталь У7 (У7А)
Сталь У7 (У7А) – нелегированная высокоуглеродистая сталь, используемая в основном для изготовления рабочих инструментов. Распространённый материал, имеющий множество зарубежных аналогов и обладающий хорошим соотношением цены и качества.
Характеристики
Наиболее характерные свойства материала проявляются в зависимости от процентного содержания углерода. Сплавы с относительно малой долей углерода (0,6-0,7%) имеют трооститную структуру, сплавы с высокой долей (от 1% и выше) – мартенситную.
Вторичные свойства (например, склонность к повышенной хрупкости при изменении температуры) проявляются при повышении концентрации некоторых дополнительных элементов в сплаве и одинаковы для всей линейки инструментальных сталей.
Плюсы
- низкая стоимость;
- хорошее сопротивление пластической деформации;
- отсутствие хрупкости при охлаждении после отжига;
- оптимальные вязкость и твёрдость для возможности быстрого изготовления множества инструментов.
Минусы
- Сплав У7 обладает низкой износо- и теплостойкостью: при нагреве готового инструмента до температуры свыше 200 °C теряется твёрдость материала;
- Из-за крупного зерна прочность бывает несколько ниже, чем у быстрорежущих видов.
Расшифровка
Название любой марки стали кратко описывает её состав, в том числе количество посторонних примесей. Так, для стали У7А:
- буква «У» указывает на то, что перед нами углеродистая (высокопрочная и нелегированная) сталь;
- цифра 7 – коэффициент процентного содержания углерода, в данном случае составляющего 0,7%;
- буква «A» маркирует материал как высококачественный, с содержанием примесей (серы и фосфора) не более 0,025%.
Более редкие маркировки «АА» или «А-А» будут обозначать особо чистый сплав – до 0,015% примесей. Допустимое же количество примесей в материале без подобных маркировок (например, У7) – 0,035%.
Разновидности инструментальных нелегированных сталей с повышенным содержанием марганца могут дополнительно помечаться буквой Г – например, У8ГА.
Химический состав
Примерное процентное соотношение компонентов для стали У7:
| C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Cu | Fe |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,65-0,74 | 0,17-0,33 | Физические свойства |
Сталь У7/У7А не подвержена отпускной хрупкости, не склонна к поражению флокенами. Не используется для сварки. Обладает хорошей шлифуемостью.
Ковка слитков проводится при температуре 1150 °C с последующим понижением до 800 °C.
Некоторые физические свойства напрямую зависят от количества примесей в материале. Например:
- избыток серы повышает хрупкость материала в горячем состоянии (красноломкость);
- избыток фосфора – хрупкость при пониженных температурах (хладноломкость);
- наличие марганца в сплаве положительно влияет на ковкость, но его избыток также приводит к хрупкости и растрескиванию.
Сфера применения
Сталь У7 применяется в изготовлении инструментов для работы по дереву, а также других инструментов, подвергающихся ударным нагрузкам, при использовании которых не происходит разогрева режущей кромки или экстремального давления: молотков, топоров, отвёрток, плоскогубцев, кусачек. Также может использоваться для изготовления измерительных или штамповых инструментов.
Близкими по назначению и составу будут сплавы У8, У9 и их разновидности.
Эквивалентные по составу материалы могут иметь собственную маркировку в соответствии со стандартами страны-производителя.
| Регион | Стандарт | Эквивалент |
|---|---|---|
| ЕС | EN | CT70 |
| Германия | DIN | C70W |
| Франция | AFNOR | Y170 |
| Италия | UNI | C70KU |
| Австрия | ONORM | K970 |
| Чехия | CSN | 19132 |
| Польша | PN | N7 |
| Китай | GB | T7 |
| Япония | JIS | SK7 |
Знание этих стандартов поможет сделать правильный выбор при покупке или производстве собственного инвентаря.
Cталь У10 для ножей — плюсы и минусы выбора
Сталь У10 относится к серии углеродистых инструментальных сплавов высокой твердости. Служит основой ручных инструментов, штампов, измерительных приспособлений и напильников, пригодных для перековки в клинки. Марка идеальна для создания острой режущей кромки, не подвергающейся термообработке. Высокая твердость (56-58 HRC) поддерживает заточку на протяжении длительного периода при активной рубке или резке. Однако, в силу низкой коррозийной стойкости, клинок из стали У10 нуждается в тщательном уходе (достаточно протравить лимонным соком, промывать с содой или горчицей, вытирать насухо).
Производство стали У10 по ГОСТ 1435–90
Согласно ГОСТ 1435–90 инструментальную сталь маркируют буквой «У», цифра 10 указывает на содержание углерода в десятых долях процента (1%). Инструмент, поставляемый на рынок РФ, зарубежья, производится из высококачественного легированного сплава, содержащего небольшую долю добавок:
Кремний дегазирует металл, повышая плотность слитка. Марганец улучшает прочностные характеристики стали, не снижая пластичности, и резко повышает устойчивость металла к образованию трещин, возникающим под влиянием серы. Сера — вредная примесь, попадающая в состав металлических сплавов из чугуна. Фосфор обеспечивает удобство заточки и способствует резательным свойствам готовой продукции.
Для создания инструмента из металла марки У10 (отрезовок, гладилок, кельм) используются сварные методы. Полотна подвергают термообработке до присоединения рукоятки. Учитывая объемную площадь и небольшую толщину полотен, заготовки закаляют между полыми охлажденными панелями или сплошными плитами, обработанными маслом. Отпуск выполняют при температурном режиме 300- 400° на протяжении 15-20 минут. Строгое соблюдение технологии изготовления стали У10 позволяет достигнуть твердости Rc = 42-52.
Совет: для увеличения периода эксплуатации не стоит пользоваться ножом как метательным средством.
Плюсы стали У10
Положительные свойства ножей серии У10 составляют обширный перечень.
- Острый. Отличные режущие качества. Твердость ножей из инструментальной легированной стали проверяют по ГОСТ 9012 при снятом обезуглероженном слое на расстоянии 10 см от полосы. Количество отпечатков не должно превышать трех.
- Долго сохраняет заточку. Режущая кромка изделия длительное время остается острой. Ножи из стали У10 с легкостью проходят тесты жесткими, мягкими и абразивными материалами, показывая конкурентные преимущества при нарезании материала под различными углами.
- Стойкость к истиранию. Ножи серии У10 устойчивы к выкрашиванию (загибу краев) при разделке небольших охотничьих трофеев, использовании в быту и на рыбалке. Однако, производители изделий из твердых стальных сплавов предупреждают о возможном нарушении структуры металла при реализации сложных задач:
- Рубки твердых заготовок — дерева, гвоздей, металлоконструкций, костей крупного скота.
- Открывания консервных банок.
- Замены молотков, отверток, подобного инструмента.
- Работы с агрессивными средами.
- Перегиба под большим углом.
![Новый нож У10]()
Минусы сплава У10А
Нож, вылитый из стали У10А и закаленный до 52 hrc снискал славу самого острого, клинок долго сохраняет остроту, но боится ударов. Высокая твердость материала усложняет заточку клинкам в полевых условиях. Отличным решением проблемы станет сочетание сплава марки У10А в пакете с инструментальной сталью 7ХНМ. Данная технология изготовления композита освоена «ЗЗОСС». Конечный продукт обладает качествами, свойственными дамасским ножам. Единственным недостатком сплава У10А-7ХНМ выступает подверженность коррозии. Своевременный уход позволит продлить полезные свойства ножа.
![Современный нож У10]()
Резюме
Ножи из стали У10А — недорогие, стойкие к повышенным рабочим нагрузкам изделия, рекомендованные охотникам, рыболовам, любителям загородного отдыха. Избегая в ходе эксплуатации грубого механического действия и обеспечив должный уход, клинки сохранят исходные свойства на долгие годы.
Читайте также:
