Углеродистая сталь У8
А сегодня пришло время познакомится с "самой углеродистой углеродкой" - сталью У8. Пожалуй, это самый "классический" клинковый материал, который только можно себе представить. Многие века углеродистые стали (ну, точнее материалы, им предшествующие) верой и правдой служили человеку в быту и на поле брани. А с конца 19 века многие стали, единственным значимым легирующим элементом в которых является углерод, вошли в употребление в виде практически не отличающемся от современного. И, несмотря на появление уже нескольких поколений легированных сталей, до сих пор сохраняют свое значение, в том числе в качестве клинковых материалов.
Давайте рассмотрим эту сталь поближе.
Типичный состав сталей У8/У8А (А - повышенного качества, с меньшим содержанием серы и фосфора)
Типичный состав стали:
Химический элемент C Si Mn Cr Ni Cu S, P % 0.75-0.84 0.17-0.33 0.17-0.34 до 0.2 до 0.2 до 0.25 до 0.03 (0.025)
В сталях этого типа единственным значимым легирующим элементом является углерод, остальные элементы попадают в качестве неизбежных технологических примесей (кремний и марганец как правило при выплавке в процессе раскисления, никель, хром и медь - в основном с металлоломом). Но эти примеси иногда могут заметно повышать прокаливаемость У8 (в норме весьма небольшую) что может иметь негативное значение для ряда применений (в основном при производстве патентированной проволоки). Иногда ограничить прокаливаемость бывает важно и при производстве изделий в японской традиции где важно получить четкую линию "хамон". Иногда для снижения прокаливаемости стали этого типа легируют 1.5-2% Co.
У8 вместе со сталью У9 является типичным представителем эвтектоидных углеродистых сталей. Это значит, что содержание углерода в стали практически равно эвтектоидному и практически весь углерод связан в цементите перлита, сталь не имеет вторичных карбидов. Это определяет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при работе с этой сталью.
С одной стороны, отсутствие карбидов обеспечивает высокую однородность структуры и относительно высокую пластичность (для высокоуглеродистых сталей разумеется). Кроме того, стали этого типа хорошо свариваются кузнечной сваркой, благодаря чему они часто входят в состав дамасских пакетов.С другой стороны, именно отсутствие карбидов, сдерживающих рост аустенитного зерна при нагреве и высокая скорость перекристаллизации и рекристаллизации делает стали этого типа крайне чувствительными к режимам термообработки. Например, повышение температуры закалки на 15-20 градусов выше оптимальной ведет к росту зерна от номера 8-10 до номера 4-5, что сопровождается резким падением механических свойств, в первую очередь прочности и вязкости. Если закалка осуществляется путем быстрого нагрева с перегревом и короткой выдержкой, то нужно обладать большим опытом и чутьем, что бы обеспечивать оптимальные выдержки.
Не меньшее значение имеет предварительная термическая обработка, направленная на получение оптимальной структуры перед закалкой. Кроме того, стали этого типа имею крайне невысокую прокаливаемость и очень чувствительны к задержкам переноса в охлаждающую среду. Для тонкой РК выдержка уже в 1 секунду может привести к заметному снижению твердости и образованию мягких пятен или закалочных трещин. Кроме того, стали очень чувствительны к выбору и состоянию закалочной среды. Оптимальным является охлаждение в двух закалочных средах, сначала с высокой, затем с умереннной охлаждающей способностью. Обычно это реализуется закалкой "через воду в масло" , когда сначала изделие охлаждают в воде или лучше, водном растворе до потемнения а затем переносят в масло для охлаждения до комнатной температуры.
Как эвтектоидные стали обладают максимальными объемными изменениями при закалке, что часто приводит к поводкам и короблению. В результате сталь очень чувствительна к "качеству" ТО. Но именно на этих сталях сложные авторские методы ТО дают наибольший эффект (например, прочность может быть повышена примерно вдвое, а ударная вязкость - до 5 раз по сравнению со "стандартной"). Поэтому только имя и репутация мастера является гарантией высоких свойств изделия.
По этой же причине тяжело привести единые рекомендации по термообработке данных сталей.
В качестве базовой рекомендации при использовании электрической печи сопротивления можно привести следующие режимы ТО
Давайте рассмотрим эту сталь поближе.
Типичный состав сталей У8/У8А (А - повышенного качества, с меньшим содержанием серы и фосфора)
Типичный состав стали:
Химический элемент C Si Mn Cr Ni Cu S, P % 0.75-0.84 0.17-0.33 0.17-0.34 до 0.2 до 0.2 до 0.25 до 0.03 (0.025)
В сталях этого типа единственным значимым легирующим элементом является углерод, остальные элементы попадают в качестве неизбежных технологических примесей (кремний и марганец как правило при выплавке в процессе раскисления, никель, хром и медь - в основном с металлоломом). Но эти примеси иногда могут заметно повышать прокаливаемость У8 (в норме весьма небольшую) что может иметь негативное значение для ряда применений (в основном при производстве патентированной проволоки). Иногда ограничить прокаливаемость бывает важно и при производстве изделий в японской традиции где важно получить четкую линию "хамон". Иногда для снижения прокаливаемости стали этого типа легируют 1.5-2% Co.
У8 вместе со сталью У9 является типичным представителем эвтектоидных углеродистых сталей. Это значит, что содержание углерода в стали практически равно эвтектоидному и практически весь углерод связан в цементите перлита, сталь не имеет вторичных карбидов. Это определяет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при работе с этой сталью.
С одной стороны, отсутствие карбидов обеспечивает высокую однородность структуры и относительно высокую пластичность (для высокоуглеродистых сталей разумеется). Кроме того, стали этого типа хорошо свариваются кузнечной сваркой, благодаря чему они часто входят в состав дамасских пакетов.С другой стороны, именно отсутствие карбидов, сдерживающих рост аустенитного зерна при нагреве и высокая скорость перекристаллизации и рекристаллизации делает стали этого типа крайне чувствительными к режимам термообработки. Например, повышение температуры закалки на 15-20 градусов выше оптимальной ведет к росту зерна от номера 8-10 до номера 4-5, что сопровождается резким падением механических свойств, в первую очередь прочности и вязкости. Если закалка осуществляется путем быстрого нагрева с перегревом и короткой выдержкой, то нужно обладать большим опытом и чутьем, что бы обеспечивать оптимальные выдержки.
Не меньшее значение имеет предварительная термическая обработка, направленная на получение оптимальной структуры перед закалкой. Кроме того, стали этого типа имею крайне невысокую прокаливаемость и очень чувствительны к задержкам переноса в охлаждающую среду. Для тонкой РК выдержка уже в 1 секунду может привести к заметному снижению твердости и образованию мягких пятен или закалочных трещин. Кроме того, стали очень чувствительны к выбору и состоянию закалочной среды. Оптимальным является охлаждение в двух закалочных средах, сначала с высокой, затем с умереннной охлаждающей способностью. Обычно это реализуется закалкой "через воду в масло" , когда сначала изделие охлаждают в воде или лучше, водном растворе до потемнения а затем переносят в масло для охлаждения до комнатной температуры.
Как эвтектоидные стали обладают максимальными объемными изменениями при закалке, что часто приводит к поводкам и короблению. В результате сталь очень чувствительна к "качеству" ТО. Но именно на этих сталях сложные авторские методы ТО дают наибольший эффект (например, прочность может быть повышена примерно вдвое, а ударная вязкость - до 5 раз по сравнению со "стандартной"). Поэтому только имя и репутация мастера является гарантией высоких свойств изделия.
По этой же причине тяжело привести единые рекомендации по термообработке данных сталей.
В качестве базовой рекомендации при использовании электрической печи сопротивления можно привести следующие режимы ТО
- 3х-10х нагрев до 740-750С с охлаждением на воздухе
- "Закалка" с 740 в масло
- Отпуск 550 1 час
- Закалка с 760-765 через воду в масло
- Отпуск 150С 2 часа.