У8 — высокоуглеродистая инструментальная сталь эвтектоидной группы с массовой долей углерода около 0,8%. Марка рассчитана на холодный режущий и ударный инструмент малых и средних сечений: стамески, долота, резцы по дереву, надфили, ножовочные полотна, оправки, кернеры, отвёртки, накатные ролики. Ключ к ресурсу — строгое соблюдение температурных «окон» при отжиге, закалке и отпуске, минимальные выдержки в аустените, защита от обезуглероживания и грамотный выбор закалочной среды под геометрию детали.
Норматив и состав
У8 относится к качественным углеродистым инструментальным сталям. Базовый норматив — стандарт инструментальных углеродистых сталей, где регламентированы химический состав, металлургическая чистота и виды поставки (в т. ч. варианты с повышенным качеством типа У8А).
| Элемент |
% |
Роль |
| C |
0,75–0,84 |
Твёрдость, износ |
| Mn |
0,17–0,40 |
Прокаливаемость |
| Si |
0,17–0,37 |
Прочность матрицы |
| Cr, Ni, Cu |
≤0,25–0,30 |
Допуски примесей |
| S, P |
≤0,025–0,030* |
Хладноломкость |
*Для исполнения «А» нормы по сере/фосфору жёстче. Фактический состав подтверждают сертификатом плавки.
Критические точки и ковка
| Параметр |
Значение |
Комментарий |
| Ac1 |
≈720–730 °C |
Старт аустенита |
| Acm |
≈760–790 °C |
Растворение цементита |
| Ковка |
1180 → 800 °C |
Начало → конец |
Как сталь, близкая к эвтектоидной, У8 обладает узким интервалом аустенитизации: перегрев выше оптимума быстро укрупняет зерно и снижает вязкость, недогрев даёт недорастворённые пластинки цементита и недобор HRC после закалки.
Металлургическая логика марки
- Сфероидизация цементита обеспечивает низкую твёрдость перед резанием и равномерное последующее распадение при закалке.
- Аустенитизация «короткая»: нагрев чуть выше Ac1/Acm, минимальная выдержка «по сечению», чтобы не перегреть и не растворить весь цементит в гиперэвтектоидной зоне.
- Закалка «быстрая»: среда подбирается по толщине/форме; вода/соляной раствор — для малых сечений, масло/полимер — для снижения трещиноопасности на массиве.
- Отпуск «низкий» (150–220 °C) — для сохранения 60–65 HRC; для ударной вязкости или инструмента по дереву — более высокие температуры (до 300–400 °C) с осознанной потерей твёрдости.
Базовые режимы
| Операция |
t, °C |
Выдержка |
Охлажд. |
Назначение |
| Отжиг полный |
730–750 |
1–2 ч |
С печью |
HB↓, выравнивание перлита |
| Отжиг сфероид. |
740–760 |
4–10 ч |
С печью |
Зернистый цементит, обрабатываемость |
| Нормализация |
770–800 |
коротко |
Воздух |
Мелкое зерно перед закалкой |
| Закалка |
770–800 |
10–20 мин |
Вода/масло/ПАГ |
Мартенсит, минимальный γост |
| Изотерм. закалка |
аустенит → 230–300 |
20–60 мин |
Соль → воздух |
Бейнит, пониженные напряжения |
| Отпуск низкий |
150–220 |
1–2 ч ×1–2 |
Воздух |
60–65 HRC, стабильность |
| Отпуск средний |
250–320 |
1–2 ч |
Воздух |
56–60 HRC, ударная вязкость↑ |
При сложной геометрии применяют ступенчатый подогрев (например, 450–650 °C → аустенитизация), чтобы снизить термонапряжения. Для чувствительных к трещинам деталей эффективно использовать полимерные закалочные среды с регулируемой интенсивностью.
Отпуск и HRC
| t, °C |
Время |
Диапазон HRC |
| 160–200 |
1–2 ч |
61–65 |
| 200–300 |
1–2 ч |
56–61 |
| 300–400 |
1–2 ч |
47–56 |
| 400–500 |
1–2 ч |
37–47 |
Для режущего инструмента малого сечения целесообразен двойной отпуск 160–190 °C (1–2 ч каждый) при необходимости — с промежуточным крио-шагом −70…−80 °C (опционально) для снижения остаточного аустенита при масляной закалке.
Выбор закалочной среды
| Среда |
Плюсы |
Минусы |
| Вода/рассол |
- Макс. интенсивность
- Высокая HRC на малых d
|
- Трещины/коробление
- Не для массивов
|
| Масло |
- Мягче охлаждение
- Риск трещин ниже
|
- Чуть ниже HRC
- Пожароопасность
|
| ПАГ-полимер |
- Регулируемая интенсивность
- Повторяемость
|
- Контроль концентрации
- Чувств. к загрязнениям
|
| Соли (изотерм.) |
- Меньше напряжений
- Бейнитная структура
|
- Сложность/экология
- Ограничения по габаритам
|
Подготовка и защита поверхности
- Обезуглероживание недопустимо: применять защитные атмосферы, пасты, упаковку в стальную фольгу/контейнеры, соляные/свинцовые ванны для аустенитизации; закладывать припуск под шлифование.
- После печи — обязательно удаление окалины, контроль глубины «мягкой корки» по микротвёрдости.
- Острые кромки, галтели и резкие переходы сечений — минимизировать или защищать локально (пасты, экраны) для снижения риска трещин.
Процессные карты (примеры)
Стамеска, режущая кромка
| Шаг |
Параметры |
Контроль |
| Сфероидизация |
745–755 °C, 6–8 ч, с печью |
HB 170–210 |
| Аустенитизация |
780–790 °C, 10–12 мин |
Термопары/цвет |
| Закалка |
Масло или ПАГ 12–18% |
Трещин нет |
| Отпуск ×2 |
170–190 °C, по 1 ч |
HRC 61–64 |
Отвёртка, ударная часть
| Шаг |
Параметры |
Контроль |
| Локал. закалка |
770–780 °C, соль/газ |
Зона закалки |
| Переброс |
Вода → масло |
Без «пережога» |
| Отпуск |
260–320 °C, 1–2 ч |
HRC 52–58 |
Пилка по дереву
| Шаг |
Параметры |
Контроль |
| Нормализация |
770–780 °C, воздух |
Плоскостность |
| Закалка |
Вода/ПАГ, тонкая полоса |
Коробление |
| Отпуск |
380–420 °C, 1 ч |
HRC 44–50, упругость |
Контроль качества
| Показатель |
Метод |
Критерий |
| Твёрдость |
HRC/HB |
Согласно чертежу (обычно 58–65 HRC для режущих) |
| Структура |
Металлография |
Мартенсит/троостит; без сетки цементита |
| Дефекты |
Капилляр/ВИК |
Трещин/дефектов нет |
| Обезуглерож. |
Микротвёрдость |
В пределах припуска |
| Стабильность |
Геометрия |
Дрейф в допуске |
Типичные ошибки и решения
- Перегрев в аустените → крупное зерно, падение вязкости. Решение: нагрев 770–790 °C, минимальные выдержки по сечению, термометрия в массиве.
- Закалка в воде «везде» → трещины на массивных/сложных деталях. Решение: вода/рассол только для тонких, для остальных — масло/ПАГ.
- Долгая выдержка 250–350 °C без контроля → отпускная хрупкость. Решение: либо низкий отпуск 160–200 °C ×2, либо осознанно выше 350 °C с потерей HRC.
- Обезуглероживание → мягкая корка и ранний износ. Решение: защитные среды/упаковка, припуск, контроль по микротвёрдости.
- Исключительно «масляная» закалка при высоких требованиях к HRC для тонких деталей → недобор твёрдости. Решение: вода/рассол или изотермия по соли с доводкой отпуском.
Заключение
Технологическая дисциплина для У8 сводится к четырём опорам: сфероидизация под резание, короткая аустенитизация в узком окне 770–800 °C, правильная закалочная среда по сечению и низкий/контролируемый отпуск под целевые HRC. Добавьте защиту поверхности и минимальные выдержки — получите предсказуемую режущую кромку, долговечную ударную часть и стабильную геометрию в серийном цикле.