2 Фазовые и структурные превращения стали у7а

2.1 Общая характеристика стали у7а

Углеродистые инструментальные стали являются наиболее дешевыми. Как правило, их применяют для изготовления малоответственного ручного инструмента, работающего при ма­лых скоростях резания, не подвергаемого разогреву в процессе эксплуатации. Углеродистые инструментальные стали регламентируют по ГОСТ 1435-74. Качественная сталь У7А отличается от стали У7 обыкновенного качества меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей, более узкими пределами содержания углерода (с учетом допустимых отклонений по стандарту). Это, а также более тщательная выплавка дают возможность широко применять для изделий из этой марки стали различные виды термической обработки и, следовательно, получать широкий диапазон механических свойств.

Химический состав стали У7А приведен в таблице 2.1, критические точки - в таблице 2.2.

Таблица 2.1 – Химический состав стали У7А по ГОСТ 4543 – 71 (мас.%) [3-4]

C	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	P	S
			Не более
0,66 – 0,73	0,17 – 0,28	0,17 – 0,33	0,50	0,20	0,20	0,025	0,018

Таблица 2.2 – Критические точки стали У7А ,⁰С [3].

Ас1	Ас3	Аr1	Мн
730	770	700	280

В таблицах 2.3 - 2.5 приведены основные механические свойства стали У7А.

Достоинствами углеродистой стали У7А является то, что в малых сечениях (до 15-20 мм) после закалки достигается высокая твердость в поверхностном слое (HRC 63 - 66) и мягкая, вязкая сердцевина инструмента. Такие свойства благоприятны для такого инструмента, как ручные метчики, напильники, пилы, стамески, сверла, долота, зубила и т.д.

В отожженном состоянии сталь У7А имеет низкую твердость (НВ 150 - 180), в них легко при отжиге получается структура зернистого цементита, что обусловливает ее хорошую об­рабатываемость при изготовлении инструмента. Заэвтектоидная сталь У7А закаливается от температур Ac₁ + (30 - 50)°С, а доэвтектоидные стали от Асз + (30 - 50)°С, т.е. углеродистая сталь имеет низкую температуру закалки. Такая температура нагрева под закалку технологиче­ски легко выполнима, вызывает малое окисление и обезуглероживание инструмента. Закалка осуществляется в воде. После закалки сталь У7А содержит малое количество остаточного аустенита, что не уменьшает ее твердости и исключает необходимость проведения обработки для распада остаточного аустенита.

К недостаткам стали У7А относится малая прокаливаемость и закаливаемость, что не позволяет применять эти стали для инструмента сечением более 20 - 25 мм. Эта сталь не тепло­стойкая, высокая твердость ее сохраняется лишь до температур 200°С, характеризуется высокой чувствительностью к перегреву вследствие растворения избыточных карбидов в аустените.

Таблица 2.3 - Механические свойства стали У7А в зависимости от температуры испытания [21]

Тисп, С	τв, МПа	δ,%	ψ,%	Твердость НВ
Отжиг или нормализация
100	690	16	30	200
200	660	13	22	200
300	-	18	20	200
400	620	22	26	180
500	460	27	34	155
600	330	33	45	135
700	205	38	60	ПО

Таблица 2.4 - Механические свойства стали У7А в зависимости температуры отпуска (закалка 820°С, масло) [22]

Тотп, С	τв, МПа	τт, МПа	ψ,%	KCU, ДЖ/см2	Твердость HRC
300	1590	1370	8	31	54-60
400	1270	1180	11	44	43-54
500	1090	970	13	73	35-43
600	980	830	17	93	-

Таблица 2.5 – Твердость стали после термической обработки [23]

Термическая обработка	Твердость
Отжиг 760оС	До 150-175 НВ
Закалка 800-820 оС, вода	Св. 63 НRС

Твердость, которая может быть достигнута в сердцевине прутка в зависимости от его диаметра, можно видеть на рисунке 2.3.

диаметр, мм

Рисунок 2.3 - Твердость сердцевины закаленного цилиндрического стержня, изготовленного из инструментальной стали У7А (цифры у кривых означают температуры закалки) [26]

Критический диаметр для стали У7А равен 15-20 мм после закалки в воде и 4 - 6 мм после закалки в масле, прокаливаемость стали представлена в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Прокаливаемость стали У7А [3]
Твердость HRC на расстоянии от торца, мм (закалка 800 С)
2,5	5	7,5	10	15	20	26	30
43,5	37	35	34	32	28,5	22	20

Технологические свойства стали У7А следующие [3, 4]:

• температура ковки, °С: начала 1180, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, сечения 101 - 300 мм - в яме;

• сталь не применяется для сварных конструкций;

• после нормализации получаются следующие свойства 187 НВ и τ_в - 620 МПа;

• сталь не склонна к отпускной хрупкости и нефлокеночувствительна.

Спиральное сверло - режущий инструмент, который представляет собой круглый стальной стержень с двумя спиральными канавками по всей длине ржущей части, являющиеся двумя режущими кромками. Такое сверло применяют для обработки деталей из дерева (мягких) и работает с небольшой скоростью.

В процессе сверления режущая часть сверла внедряется в сплошную деталь и отрывает частицы материала (в виде стружки). Для этого необходима высокая твердость сверла, превы­шающая твердость обрабатываемых деталей.

Для длительной надежной работы материал сверла должен обладать следующими свойствами: высокой твердостью при комнатной температуре, достаточной вязкостью и изно­состойкостью.

Эскиз спирального сверла приведен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Эскиз спирального сверла

Выплавку стали У7А главным образом ведут в основных электродуговых печах.

На заводах с полным металлургическим циклом выплавка производится сркап-рудным процессом, в этом случае металлическая шихта включает 50 - 70 % жидкого чугуна, а также металлический лом. В количестве 15-30 % от массы металлической части шихты в печь загружают железную руду, для ускорения окисления вредных примесей чугуна.

Загрузка материалов в печь начинается с того, что подину печи покрывают слоем же­лезной руды. На этот слой заваливают необходимое количество известняка, на который завали­вают оставшуюся часть железной руды. После прогрева в течение 15 -20 мин загружают жидкий чугун.

Раскисление стали ведут ферромарганцем и ферросилицием.

Разливку стали ведут сифонным способом в уширенные к верху изложницы с прибыльными надставками, под слоем теплоизолирующей смеси.

Непосредственно из сталеплавильного цеха слитки в изложницах поступают в стрипперное отделение. После чего слитки в горячем состоянии поступают в отделение нагревательных колодцев. Выдаются слитки из колодцев в прокатку.

После прокатки слитков на клети 950 производится обрезь головной и донной частей раската, а после прокатки до конечного профиля на клети 900 производится зачистка переднего и заднего концов раската. Для заготовки из стали У7А режим охлаждения не регламентируется. Далее заготовка передается а сортопрокатный цех [8, 9, 27].

Рисунок 2.3 - Схема основных этапов передела стали У7А в нож