Инструментальная сталь является самым твёрдым из всех видов сплавов. Она применяется для изготовления инструментов. К таким металлам относится нелегированная сталь У7. В ней нет дополнительных примесей или они находятся в очень маленьком количестве. Спрос на сталь У7 довольно высок, благодаря её твёрдости и износостойкости.
Расшифровка маркировки
Состав стали стараются кратко внести в её название. Для стали У7А наименование содержит следующие данные:
- первая буква «У» говорит, что перед нами высокопрочная и нелегированная сталь;
- следующая цифра «7» означает процентное содержание углерода в сплаве, в конкретном случае, оно составляет 0,7%;
- последняя буква «А» сообщает нам о высококачественном материале с содержанием вредных примесей, фосфора и серы в минимальном количестве, не более 0,025%.
Реже встречаются маркировки «АА» или «А-А», так обозначается наиболее чистый сплав с вредной долей примесей до 0,015%. Допустимое значение примесей в сплаве У7, без дополнительных маркировок составляет 0,035%. Некоторые разновидности инструментальных нелегированных сталей с повышенным содержанием марганца, могут дополнительно помечаться буквой «Г», и наименование будет выглядеть так – У8ГА.
Химический состав стали
Как уже было озвучено, наиболее твёрдыми из видов стали являются инструментальные марки. Понятно, что из неё делают инструмент, к примеру пассатижи или клещи. Но конечно из стали 7УА изготавливают не весь инструмент. Минимальное количество фосфора и серы помогает быть сплаву менее хрупким. В таблице можно рассмотреть химический состав сплава:
| C,% | Si,% | Mn,% | Ni,% | S,% | P,% | Cr,% | Cu,% |
| 0,66 — 0,73 | 0,17 — 0,33 | 0,17 — 0,33 | до 0,25 | до 0,028 | до 0,03 | до 0,2 | до 0,25 |
Сера негативно сказывается на характеристиках сплава в целом. Она делает его хрупким. А фосфор способствует укрупнению зернистости, что придаёт большую склонность к отломам, сколам и трещинам. Высокий спрос на сталь У7А поддерживается благодаря её высокой жаростойкости и жаропрочности.
Состав сплава У7А позволяет сохранить металлу его режущие свойства при некотором перегреве. Обычная же сталь в таких условиях превратилась бы в «пластилин» и при этом потеряла бы свою остроту.
Если получится удалить, почти совсем серу и фосфор, то производственный процесс получит экономию на отпуске стали. Его проводят для уменьшения зернистости сплава. Но к сожалению, полностью их удалить нет возможности, такую сталь можно встретить лишь в лаборатории и то в не больших количествах.
| Химические элементы и их значение в составе стали для ножей: | |
| Углерод (C) | без достаточного количества углерода очень сложно получить подходящую твердость. Это самый важный элемент в стали, он повышает её прочность. |
| Хром (Cr) | придаёт сплаву повышенные антикоррозийные свойства, карбиды хрома увеличивают износостойкость и прокаливаемость. Большое содержание хрома в сплаве влияет на его его хрупкость. |
| Марганец (Mn) | повышает износостойкость и прочность. Его содержание положительно влияет на зерновую структуру сплава, а также способствует отличной прокаливаемости. |
| Молибден (Mo) | предотвращает возникновение ломкости стали, позволяет сохранять прочность при высоких температурах. Также увеличивает устойчивость к коррозии, прочность, ударную вязкость. |
| Кремний (Si) | увеличивает прочность и износоустойчивость стали, как и марганец, он делает сталь более стабильной и надежной. |
| Ванадий (V) | формирует структуру карбидов таким образом, чтобы повысить сопротивление износу, живучесть и прокаливаемость. |
| Никель (Ni) | повышает устойчивость к коррозии, предотвращает гниение стали. Повышает прочность стали. |
| Ниобий (Nb) | лучший формирователь карбидов, который обеспечивает коррозионностойкость, пластичность, износостойкость. |
| Вольфрам (W) | увеличивает износостойкость стали, повышает её стабильность при закалке и стойкость к высоким температурам. |
| Кобальт (Co) | усиливает эффекты других отдельных элементов в более сложных сплавах. Повышает прочность и твердость. |
| Сера (S) | является вредной примесью, приводит к образованию трещин и надрывов. Обычно содержание серы в высококачественной стали ограничено. Наличие сульфидов недопустимо для ответственных деталей. |
| Фосфор (P) | ухудшает пластические свойства сплава, вызывая явление хладноломкости. В сталях допускается содержание фосфора в очень малых количествах. |
Характеристики стали
|
Характеристика
|
Значение |
|
Марка и аналоги
|
Заменители — У8, У9
Аналоги — CT70, C70W, Y170, C70KU, K970, 19132, N7, T7, SK7
|
|
Класс
|
Сталь инструментальная углеродистая
|
|
Виды выпуска
|
Сортовой прокат, в том числе фасонный, калиброванный пруток, шлифованный пруток и серебрянка, полоса, лента, поковки и кованые заготовки
|
|
Твердость металла
|
60-62 HRC
|
|
Температура закаливания
|
Закалка 810- 820 oC, воздух, масло; отпуск: 300 — 600 oC
|
|
Тип охлаждения
|
Охлаждение в ямах, на воздухе
|
|
Уровень хрупкости
|
не склонна
|
|
Ударная вязкость
|
0.31 МДж/м^2
|
|
Температура
критических точек
|
Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 770 , Ar1 = 700 , Mn = 280
|
Физические свойства стали У7А
Сталь У7 и У7А не используют для сварки он не свариваемый. Шлифуется сплав довольно хорошо. Но он подвержен отпускной хрупкости, а также металл склонен к поражению флокенами. Ковка заготовок начинает производиться при температуре в 1150 °C с последующим понижением её до 800 °C.
Количество примесей напрямую влияет на физические свойства сплава, рассмотрим их:
- избыток фосфора влияет на хрупкость стали при пониженных температурах, это свойство называется – хладноломкость;
- а вот избыток серы повышает хрупкость заготовки при повышенных температурах, это называется – красноломкость;
- марганец в составе сплава положительно влияет на ковкость материала, но при его процентном увеличении в стали приведёт к хрупкости и растрескиванию заготовки.
Плюсы и минусы стали У7 (У7А)
Характерные черты стали У7 проявляются в зависимости от содержания углерода, но основные характеристики присущи всем маркам линейки марки У7. Есть у неё достоинства и недостатки, как и у любой стали. Рассмотрим их:
Плюсы
- не высокая стоимость сплава сказывается на потребительском рынке изделий, ножи из металла могут приобрести любые слои населения;
- изделия из сплава хорошо сопротивляются пластической деформации, клинок никогда не изменит своей формы;
- сталь обладает одним отличным качеством, после отжига она не поддаётся хрупкости;
- оптимальное сочетание вязкости и твёрдости, позволяет быстро изготовить множество инструментов.
Минусы
- клинки из стали обладают не высокой износостойкостью;
- теплостойкость изделий также не высокая, при нагреве сплава до 200 °C, теряется твёрдость металла;
- крупное зерно влияет на прочность, она немного ниже, чем у быстрорежущих видов сталей.
Механические свойства стали У7/У7А
Процесс ковки начинается с разогрева заготовки выше необходимой. И только остыв до 1150 °C, начинают ковать заготовку. При площади сечения детали ниже 100 мм2 её оставляют остывать естественным образом. Размеры заготовки больших размеров 101-300 мм2, требуют постепенного остужения вместе с погашенной печью.
Это необходимо для хорошего прокаливания и отжига. Таким образом происходит и отпуск металла.
После правильной термической обработки и полного затвердевания и остывания заготовки, она хорошо поддаётся шлифованию. При повышении температуры до 900 °C теплопроводность стали снижается с 46 до 29 ватт на метр длины.
Экстремумов имеющих место при изменении закономерности с провалами в обратную сторону не наблюдается. Сплав имеет долгосрочную прочность на сжатие, а разрушается он при 180 МПа.
Термообработка
Для приобретения мелкозернистой структуры, закаливание стали У7А производят в воде. Но лучшим считается резкое остужение в масле. Закалку нельзя осуществлять в масляной отработке. Такое масло содержат в себе разрушенные молекулы углеводородов.
Они склонны полимеризоваться, таким образом, нарушается технологический процесс закаливания. Сталь может стать недозакалённой, либо опущенной. После закалки сплав У7 подвергается отпуску при температуре в 420 °C.
Приходится зачищать и подогревать соединяемые заготовки. В противном случае сварочный шов будет ломким, а в ответственных конструкциях это недопустимо. Поэтому сплав не применяется в местах где присутствуют постоянные большие нагрузки.
По мере удаления точки измерений в разогретом до температуры закаливания состоянии от поверхности заготовки твёрдость опускается с 43 HRC, а ближе к середине и вовсе падает до 29 HRC. Но после правильно проведённого процесса термообработки сплав принимает твёрдость в 65 HRC.
Применение сплава У7 (У7А)
Сталь У7 применяется для изготовления различного инструмента. Взять, к примеру – топор. Им производится черновая обработка древесины. С его помощью производится рубка брёвен, распускание поленьев на щепы и лучины.
Но следует отметить, что топор периодически необходимо подтачивать. Кроме таких изделий как топор, сплав применяют для изготовления: молотков, отвёрток, плоскогубцев, кусачек, стамесок и долото. Также из него делают пневматические инструменты, это бойки и отбойники. Из сплава ещё изготавливают иглы для швейных и технических машин.
Аналоги и сортамент
Для каждого вида продукции в России существует ГОСТ. Ленточная сталь до 1 мм изготавливается в соответствии с ГОСТом 10234-1977. На этом конечно же сортамент не заканчивается, сталь производят листовую и полосовую, сортовые и фасонные комплектующие.
Также следует учесть всевозможный прокат. В России по назначению и составу, очень близкими сплавами являются У8 и У9 и их разновидности. Похожие по составу сплавы присутствуют по всему миру. Но они имеют собственные стандарты, рассмотреть аналоги можно ниже:
- ЕвроСоюз – CT70;
- Германия – C70W;
- Франция – Y170;
- Италия – C70KU;
- Австрия – K970;
- Чехия – 19132;
- Польша – N7;
- Китай – T7;
- Япония – SK7.
Ножи из сплава У7/У7А
Ножи из стали У7 обладают хорошими режущими свойствами, достаточной прочностью, хорошо затачиваются. Сплав У7А является классическим ножевым материалом. Клинки для ножей из стали У7 подвергаются оксидированию, что защищает их от коррозии. Инструментальный металл имеет твердость в 60-62 HRC.
Нож военный – Смерч-Р
Материал клинка – кованая сталь У7А с антибликовым покрытием. Толщина до 5 мм усиленная долами с двух сторон позволяет выдерживать огромные боковые нагрузки. Можно применять нож для копки и других нецелевых применениях в пределах разумного. Сквозной монтаж позволяет считать, что нож цельнометаллический, т.е. клинок идет через всю рукоять. Характеристики клинка:
- Марка стали – У7А, антиблик;
- Материал рукояти – резина;
- Длина клинка – 150-155 мм;
- Общая длина – 265-270 мм;
- Ширина клинка – 25-30 мм;
- Толщина обуха – 3,8-5,1 мм;
- Длина рукояти – 115-120 мм;
- Твердость клинка – 57-59 HRC.
Нож разделочный – Особист
Нож ручной работы изготовлен из кованой углеродистой стали У10А с воронением клинка. Рукоять из наборной кожи и текстолита. Данный нож идеально подойдет для охоты и туризма. Рукоять из кожи теплая, приятная на ощупь и не скользит в руке. Характеристики ножа:
- Производитель: ЗлатПрофит;
- Сталь: У7А;
- Рукоять: кожа;
- Общая длина: 250 мм;
- Длина клинка: 140 мм;
- Ширина клинка: 30 мм;
- Толщина клинка: 4,0 мм;
- Твердость клинка: 60-62 HRC;
- Покрытие: воронение.
Складной нож – Ахиллес
Складной нож Ахиллес – нож ручной работы от мастеров из города Златоуста, клинок ножа изготовлен из углеродистой стали У7А с воронением и украшен гравировкой в стиле Златоустовской гравюры на стали. Надежный механизм ножа обеспечит Вам долгое и безопасное использование в любых суровых условиях. Прочная конструкция ножа даёт возможность открывать консервные банки, разделывать мясо, строгать лучину. Характеристики изделия:
- Производитель: ЗлатПрофит;
- Сталь: У7А;
- Рукоять Накладки: орех;
- Общая длина: 220,0 мм;
- Длина клинка: 110,0 мм;
- Ширина клинка: 25 мм;
- Толщина клинка: 3,0 мм;
- Твердость клинка: 62 HRC;
- Покрытие: воронение.
