Сталь У12, У12А инструментальная углеродистая

Автор: | 10.12.2020
Содержание:

Расшифровка

  • Согласно ГОСТ 1435-99 буква У в обозначении марки стали означает, что сталь углеродистая.
  • Следующая за буквой У цифра 12 указывает среднюю массовую долю углерода в десятых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 12 около 1,2%
  • Наличие буквы А в конце маркировки означает, что сталь высококачественная, т.е. с повышенными требованиями к химическому составу.




к содержанию ↑

Заменитель

Стали У10А, У11А, У10, У11.

Иностранные аналоги [1]

Марка
стали
Стандарт
N12
(Польша)
PN/H 85020
N 12 E
(Польша)
PN/H
85020
S122
(Венгрия)
MSZ 4354
U12
(Болгария)
BDS 6751
И 12 А
(Болгария)
BDS 6751
(83)
SK2
(Япония)
JIS G4401
(83)
19221
(Чехия/Словакия)
CSN
419221
BW1C
(Великобритания)
B.S.
4659 (89)
C120 KU
(Италия)
UNI 2955-82
Part 2
C 120E3U
(Франция)
AFNOR NF
NF
A 35-590 (92)
C 120
(Испания)
UNE
36071 (75)
к содержанию ↑

Вид поставки

  • Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1435-90, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88.
  • Калиброванный пруток ГОСТ 1435-90, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.
  • Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 1435-90, ГОСТ 14955-77. Лента ГОСТ 2283-79, ГОСТ 21997-76.
  • Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76.
  • Поковка и кованая заготовка ГОСТ 1435-90, ГОСТ 4405-75, ГОСТ 1133-71.

Характеристики и применение





Инструментальная сталь У12 (У12А) 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].

Опыт показывает, что прокаливаемость стали У12, У12А весьма непостоянна. Отдельные плавки одной и той же марки могут прокаливаться на разную глубину [3].

При выборе данной марки стали следует иметь в виду, что чем выше твердость (допустим больше углерода, более низкий отпуск), тем выше износоустойчивость, но меньше прочность. Следовательно, если работа инструмента не сопровождается ударными нагрузками, лезвийная кромка имеет достаточное сечение — желательно иметь высокую туердость (62 HRC и выше) и, следовательно, следует применять высокоуглеродистую сталь У12 и давать низкий отпуск (150-200 °C), в противном случае используют стали с меньшим содержание углерода, например У7-У8, после отпуска при 250-300 °C и ˂60 HRC [3]xxxxxxxxx.

Сталь У12 применяется для изготовления инструмента с максимальной износостойкостью при наивысшей твердости, например:

  • резцы,
  • различный металлорежущий и мерительный инструмент,
  • напильники,
  • зубила для насечки напильников,
  • граверный инструмент,
  • волочильные доски и т.д.

Режущий инструмент, работающий в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки:

  • метчики ручные,
  • метчики машинные мелкоразмерные,
  • плашки для круппов,
  • развертки мелкоразмерные,
  • надфили,
  • измерительный инструмент простой формы: гладкие калибры, скобы,
  • штативы для холодной шлифовки обрезных и вырубных небольших размеров и без переходов по сечению,
  • холодновысадочные штампы и штемпели мелких размеров,
  • калибры простой формы и пониженных классов точности.
к содержанию ↑

Химический состав, % (ГОСТ 1435-99)

Марка стали Массовая доля элемента, %
углерода кремния марганца серы фосфора
не более
У12 1,10-1,29 0,17-0,33 0,17-0,33 0,028 0,030
У12А 1,10-1,29 0,17-0,33 0,17-0,28 0,018 0,025

Фазовый состав, % по массе

Феррит Карбиды Тип карбида
81-83,5 18,5-17 Fe3C

Температура критических точек, °C [2]

Ас1 Ас3 Аr1 Мн
730 820 700 200

Закалка [3]

Температура закалки заэвтектойдной стали У12А лежит в интервале между Ac3 и Ac1. Структура стали в закаленном состоянии состоит из мартенсита и избыточных (вторичных) карбидов. Оптимальная температура закалки 790 °C.

В закаленной стали тетрагональность мартенсита и внутренние напряжения создают значительную хрупкость, поэтому после закалки отпуск является обязательной операцией. [3]



к содержанию ↑

Рекомендуемые режимы закалки [4]

Вариант Температура,
°C
Охлаждение Охлаждение
до 20 °C
HRC Структура или балл
мартенсита
по шкале №3
ГОСТ 8233-56
Среда Температура,
°C
Выдержка
I 770-790 Вода 20-40 До 200-250 °C В масле 62-64 1
II 5%-ный
водный раствор
поваренной соли
62-65
III 5-10%-ный
водный раствор
щелочи
62 — 64
IV 790 — 810 Масло
индустриальное 12
До 20 — 40 °C 62-64 1-3
Для изделий
диаметром или
толщиной
менее 6-8 мм
40 — 50 Сорбит-троостит
В зависимости от
диаметра или
толщины
изделия
V 790-810 Расплав селитры,
щелочи
150 — 180 Выдержка в расплаве
равна выдержке
при нагреве
под закалку
На воздухе 62-64 1-3
Для изделий
диаметром или
толщиной
менее 6-8 мм
VI Температуру расплава и
продолжительность изотермической выдержки
выбирают по диаграмме на рис.1 в зависимости от требуемой твердости.
Охлаждение до 20 °C на воздухе
Сорбит-троостит

ПРИМЕЧАНИЯ:

  • Продолжительность выдержки при нагреве под закалку рекомендуется рассчитывать по методике ВНИИ [5].
  • Вариант III применяют для предотвращения образования мягких пятен при закалке.
  • При добавлении в расплав щелочи 4 — 6% воды вариант V применяют для изделий диаметров или толщиной до 10-12 мм.

Диаграмма изотермического превращения аустенита

к содержанию ↑

Обработка холодом [4]

Вариант
закалки
Температура
охлаждения,
°С
Назначение Повышение
твердости
ΔHRC
I-V -50 Стабилизация размеров
инструментов повышенной
точности
1-2

ПРИМЕЧАНИЕ. Обработку холодом производить не позднее 1 ч после закалки.

Рекомендуемые режимы отпуска [4]

Вариант Назначение
отпуска
Температура
нагрева,
°С
Среда
нагрева
HRC
I Снятие напряжений,
стабилизация структуры
и размеров
140-160 Масло,
расплав селитры,
щелочи
62-64
160-180 61-63
180-200 60 — 62
200-250 56-61
II Снятие напряжений и
понижение твердости
См. примечание 2 Расплав селитры,
щелочи,
печь с воздушной
атмосферой

ПРИМЕЧАНИЕ:

  1. Изделия высокой точности (1-2 мкм) после предварительного шлифования подвергают повторному отпуску (старению).
  2. Режим отпуска для получения твердости ниже HRC 56 выбирают по графику
    Зависимость твердости от продолжительности отпуска
    в соответствии с требуемой твердостью.
  3. Отпуск при температурах выше 250 С обеспечивает стабилизацию размеров изделий.
  4. Нормы нагрева и продолжительность выдержки при отпуске см. табл. 3 Приложения.
к содержанию ↑

Температура отпуска различного инструмента из стали У12 [3]

Виды
инструмента
Сталь Температура
отпуска, °C
Приемочная
твердость
рабочей
части HRC
Метчики У12 180-200 60-62
Развертки У12 160-180 62-64

Твердость углеродистой стали У12 после отпуска [7]

Марка
стали
Режим
акалки
Твердость
после
закалки
HRC
Твердость
HRC после
отпуска при
температуре
в °С
температура
в °С
среда
охлаждения
200 300 400 500 600
У12 770-790 Через
воду
в масло
62-64 61-63 54-58 48-52
к содержанию ↑

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 207 760-790 °C

Технологический процесс изотермического отжига стали У12, У12А [6]

Марка
стали
Первый
нагрев
Изотермическая
выдержка
Твёрдость
Температура,
°C
Выдержка
в час
Температура,
°C
Выдержка
в час
У12, У12А 750-770 1,5-2,5 640-680 1-2 187-207

Температура рекристаллизационного отжига стали [7]

Обработка давлением,
после которой
выполняется отжиг
Марка
стали
Температура
отжига
в °С
Холодная протяжка
(калибровка) прутков
У12 700

Ориентировочные режимы отжига инструментальных сталей У12, У12А 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
≥4,2

ПРИМЕЧАНИЕ. Для улучшения обрабатываемости инструментальных сталей применяется также высокий отпуск при температуре 650-680 °С.

к содержанию ↑

Твердость [4]

Без
°Cотжига
После
°Cотжига
После
°Cзакалки
dотп,
мм
НВ dотп,
мм
НВ Температура
°Cзакалки, °С,
°Cи охлаждающая среда
HRC
3,7-3,3 269-341 ≥4,2 ≤207 760-780, вода ≥62




к содержанию ↑

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска [8]

tотп.,
°C
σ0,2,
МПа
σв,
МПа
δ5,
%
ψ,
%
КСU,
Дж/см2
Твердость
HRCэ
400 1370 1570 9 24 20 52
500 880 1040 11 30 29 40
600 650 760 18 52 44 26

ПРИМЕЧАНИЕ. Образцы размером 32x32x42 мм. Закалка с 760-790 °C.

к содержанию ↑

Твердость стали в зависимости от температуры отпуска [8]

tотп.,
°C
Твердость
HRCэ
160-180 62-64
180-220 59-63
200-270 55-61
450-500 37-47

ПРИМЕЧАНИЕ. Образцы сечением 21-30 мм. Закалка с 810-830 °C в воде.

Механические свойства в зависимости от температуры испытания

tисп.,
°C
σ0,2,
МПа
σв,
МПа
δ5,
%
ψ,
%
КСU,
Дж/см2
Отжиг при 20 °C; твердость НВ 207 [4, 9]
20 325 590-690 28 45-55 27
200 570 23 47 73
400 310 450 41 60 69
600 110 140 56 74 62
700 59 76 56 82 356
800 53 72 59 85 323
900 34 40 52 91 225
1000 20 28 55 98 157
Образец диаметром 5 мм и длиной 25 мм,
°Cдеформированный и отожженный.
Скорость деформирования 10 мм/мин;
°Cскорость деформации 0,007 1/с [10]
700 105 60 68
800 100 52 96
900 60 40 100
1000 34 65 100
1100 18 74 100
1200 15 92 100
к содержанию ↑

Истинные обобщеные механические характеристики отожженной стали при 20 °C [4]

Растяжение Сжатие Кручение
sk,
кгс/мм2
q,
%
sсж,
кгс/мм2
q,
%
τк,
кгс/мм2
q,
%
50-60 100-110 50-60 150-160 50-60 85-95
  • sk — истинное сопротивление разрыву
  • sсж — истинное сопротивление сжатию
  • q, % — истиный сдвиг
  • τк — истинный предел прочности при кручении

ПРИМЕЧАНИЕ. При всех видах деформации разрушение вязкое.

к содержанию ↑

Технологические свойства [10]

  • Температура ковки, °C: начала 1100, конца 750. Охлаждение замедленное на воздухе.
  • Свариваемость — не применяется для сварных конструкций. Способ сварки — КТС.
  • Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл. = 1,0 и Kv σ.ст = 0,9 в отожженном состоянии при НВ 207.
  • Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.
  • Флокеночувствительность — не чувствительна.

Теплостойкость [10]

Температура,
°C
Время, ч Твердость
HRCэ
150-160 1 63
200-220 1 59

Прокаливаемость [9, 11]

Термообработка Критическая
твердость
HRCэ
Критический
диаметр, мм,
после закалки
в воде в масле
Закалка 61 10-20 4-6
Закалка с 760 °C 42-66 20

ПРИМЕЧАНИЕ. Шлифуемость — хорошая.

Физические свойства при 20 °C [12]

Термическая обработка Hc,
A/cм
μmax x 10-6,
Г/м
4πJs,
T
ρ,
Ом*мм2
γ,
г/см3
Отжиг 6-8* 85 1,9 7,81
Закалка от 780-810 °C 41-50 11-12,5 0,7-0,8 1,7-1,8
Закалка от 780-810 °C, отпуск при 150-200 °C 40-32 14-17,5 0,75-0,8 1,75-1,85
  • Hc — коэрцитивная сила;
  • μmax — максимальная магнитная проницаемость;
  • 4πJs — магнитное насыщение;
  • ρ — удельное сопротивление;
  • γ — плотность;

*Нижний предел значений Hc соответсвует структуре зернистого перлита, верхний — пластинчатого перлита.

к содержанию ↑

Коэффициент линейного расширения α*106, К-1

Марка
стали
α*106, К-1 при температуре испытаний, °С
20-100 20-200 20-300 20-400 20-500 20-600 20-700 20-800 20-900 20-1000
У12, У12А 10,5 11,8 12,6 13,4 14,1 14.8 15.3 15,0 16,3 16,8

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К)

Марка
Стали
λ Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С
20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
У12, У12А 45 43 40 37 35 32 28 24 25

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К)

Марка
стали
c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
20-100 20-200 20-300 20-400 20-500 20-600 20-700 20-800 20-900 20-1000
У12, У12А 469 503 519 536 553 720 611 712 703 699

Модуль Юнга (нормальной упругости) Е, ГПа

Марка
Стали
При температуре испытаний, °С
20 100 200 300 400 500 600
У12 209 205 200 193 185 178 166
У12А 209 205 200 193 185 178 166

Модуль упругости при сдвиге на кручение G, ГПа

Марка
стали
При температуре испытаний, °С
20 100 200 300 400 500 600
У12, У12А 82 80 78 75 72 69 63

Библиографический список

  1. Шишков М.М. Марочник сталей и сплавов. 2000 г.
  2. Позняк Л.А. Инструментальные стали: Справочник. -М.: Металлургия. 1977 г.
  3. Гуляев А.П. Металловедение. 1977 г.
  4. Гуляев А.П. Инструментальные стали. Справочник. 1975 г.
  5. Смольников Е.А. Как расчитать время нагрева при закалке. «Металловедение и термическая обработка металлов». 1970 г. №12
  6. Каменичный И.С. Практика термической обработки инструмента. 1952 г.
  7. Филинов С.А., Фиргер И. В. Справочник термиста. 1969 г.
  8. Тылкин М.А. Прочность и износостойкость деталей металлургического оборудования. 1965 г.
  9. Марочник стали и сплавов, 3-е изд. Под ред. Крянина И.Р. 1977 г.
  10. Марочник стали и сплавов. Под ред. Сорокина В.Г. 1989 г.
  11. Марочник сталей. — М.: ЦБТИ, 1961 г.
  12. Марочник стали для машиностроения. НИИМАШ. 1965 г.
к содержанию ↑

Узнать еще

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *