Закалка ножей: Как закалить нож в домашних условиях: видео, инструкция, советы
alexxlab | 19.05.2023 | 0 | Разное
Термическая обработка и закалка стали для ножей
Следуя советам найфмейкера Уэйна Годдарда, мы вырезали наш первый клинок и провели первичную шлифовку. Теперь переходим к самому интересному – закалке стали.
Термическая обработка стали
После первичной шлифовки клинка необходимо подвергнуть его термической обработке – закалке. Закалку металла можно описать как термическую обработку, которая производится на металле для придания ему прочности, пластичности или других свойств. От термической обработки зависит успех изготовления всего ножа. Закалку можно считать успешной, если клинок способен выполнять ту работу, для которой его создавали.
Если клинок слишком мягкий, то его нельзя остро заточить, и он может согнуться при использовании для тяжелых работ. Если клинок слишком твердый, то он может потрескаться или сломаться при обычной работе. При правильной закалке клинок получается таким, каким нужно: ни слишком жестким, ни слишком мягким. Идеальная жесткость клинка может быть определена методом проб и ошибок, при сравнении новых типов стали или закалки с уже проверенными.
Закалка включает три важных аспекта: накаливание, охлаждение и время. Небольшая разница в температуре может сильно повлиять на результат. Вероятно, время – наименее важный аспект, но правильное сочетание времени и температуры всегда важно для достижения желаемых результатов. Для каждого типа стали есть свое уникальное сочетание временных и температурных циклов, которое позволит получить клинок высокой прочности с идеальными режущими свойствами.
Относительно высокая жесткость клинка сильно влияет на форму кромки. Я бы сказал, что 95% из всех ножей, изготовленных вручную, имеют прочность 57-61 по шкале Роквелла. Особые легирующие элементы в некоторых видах стали делают их более прочными по сравнению с другими видами стали такой же жесткости. Сфера применения ножа определяет максимальную приемлемую жесткость ножа.
Меня часто спрашивают, какой тип стали лучше или какой тип стали я предпочитаю. Я обычно отвечаю, что это зависит от закалки. Чаще всего правильная закалка гораздо важнее типа стали.
Простой тип стали при правильной закалке может по качеству превзойти более “навороченный” тип стали, который был закален неправильно. Я несколько раз на собственном опыте убеждался в этом.
Закалка
Когда сталь нагревается до определенной температуры и быстро охлаждается, она становится жесткой, и механическое напряжение в ней повышается. Этот процесс называется закалкой.
Получаемый вид стали называется мартенситом. Мартенсит хрупок, и напряжение в нем слишком велико, поэтому он не подходит для изготовления ножа. Нагревание мартенсита до более низкой температуры немного смягчит его и снимет напряжение, и если температура была выбрана правильно, то получится вполне пригодный материал. Низкотемпературная обработка (обычно между 190 и 260 градусами по Цельсию) называется отжигом.
Источники тепла
Источник тепла для закалки должен равномерно подавать тепло, а температура должна быть под полным контролем. Если источник слишком горячий, то будет сложно подавать жар на клинок медленно и равномерно.
Когда клинок нагревается слишком быстро или слишком сильно, то обычно наиболее тонкие места перегреваются. Газовый горн – отличный источник тепла для закалки, если его можно отрегулировать до нужной температуры.
Вот как работает газовый горн: пламя нагревает облицовку горна или печи, а тепло, излучаемое облицовкой нагревает материал. Трубка горелки или запал, горящие на открытом воздухе, теряют, по моим данным, около 200% потенциального тепла или больше.
Когда пламя находится в нагревательной камере или в такой простой штуке, как теплоуловитель, который описан ниже, вы получите более ровное тепло, и благодаря этому можно нагреть более крупную деталь. Пламя запала или горелки не должно направляться прямо на деталь, а должно обволакивать ее, одновременно нагревая облицовку.
Однокирпичный горн
Однокирпичный горн, который я сделал сам, оказался очень эффективным. Когда я узнал больше о работе с мягкими кирпичами и нашел горелку получше, я усовершенствовал свой горн Extendo Forge.
Он состоит из одного целого и одной половинки кирпича, благодаря чему получается более длинная камера.
Главное, чтобы кирпичи были мягкими и жаропрочными. Пропановая горелка типа Bernzomatic подает тепло для маленького горна. Этот небольшой горн не просто нововведение; я своей пользуюсь почти каждый день. Обычно я использую ее для ковки клинков, разупрочнения, термической обработки клинков. На фото представлен горн Extendo Forge со шланговой горелкой.
Чтобы сделать его, вам понадобится два типа огнеупорных кирпича – мягкие жаропрочные (один из два) и жесткие кирпичи низкотемпературного отжига, которые будут поддерживать мягкие кирпичи в нужной позиции.
Обычные жесткие кирпичи не подойдут для маленького горна. Жаропрочные кирпичи, иногда именуемые «изоляционными кирпичами», нужны обязательно. Температурный предел для мягких кирпичей – 1540-1650 градусов.
Проверьте свой однокирпичный горн, положив кусок металла 0,6 на 2,5 см в нагревательную камеру. Зажгите горелку и проследите, сколько времени требуется для нагрева до температуры ковки.
Доведение такого куска металла до температуры ковки не должно занять 5-6 минут.
Чтобы сделать мини-горелку, нужно проделать отверстие для нагревательной камеры размером 2,5 на 4 см в кирпиче при помощи старого ножа. Или же его можно просверлить старой дрелью, а проскрести внутри кирпича. Отверстие диаметром 2,54 см сбоку кирпича называется «огневое отверстие».
Нужно, чтобы пламя обволакивало нижнюю часть детали, чтобы накалить ее более равномерно. Не кладите мундштук горелки прямо в нагревательное отверстие, держите его на расстоянии около 2,5 см от входа. Поэкспериментируйте со своей горелкой, чтобы проверить, в какой позиции достигается наибольшая температура.
Нагревательная камера необязательно должна быть проделана по всей длине кирпича, если горн предназначен только для маленьких клинков. Половина кирпича, в которой просверливается небольшая выемка, помещается в задней части горна. При накаливании клинков длиной 25 см, половинка кирпича отодвигается.
Сделайте углубление сбоку мягкого жаропрочного кирпича так, чтобы полость была достаточно большой для накаливания деталей, которые не помещаются в отверстие маленького горна.
Это подходит для выпрямления спиральных пружин или других изогнутых деталей. Нагреваемая деталь держится в выемке, где пламя может ее обволакивать так, чтобы она накалилась со всех сторон.
Кислородно-ацетиленовая горелка
Кислородно-ацетиленовая горелка – отличный источник тепла для закалки металла. С ее помощью я закалил больше 3000 клинков.
Единственный минус кислородно-ацетиленовой горелки – расходы на газ. Если сравнивать пропан с ацетиленом, то стоит сказать, что он выделяет в 4 раза больше тепла, и хотя он не обеспечивает такую высокую температуру, но все же ее более чем достаточно для закалки металлов.
Температура пламени кислородно-ацетиленовой горелки составляет 2760 градусов, но пламя легко направлять, и клинок накаливается равномерно. Полезно тренироваться равномерно накаливать, например, старый нож или остаток стали.
Кислородно-ацетиленовая горелка идеально подходит для повышения прочности кромки, при которой кромка клинка накаливается до температуры отвердения.
Обух клинка сохраняет температуру, при которой он не полностью затвердевает во время охлаждения в масле. Клинки, кромки которых накаливаются при помощи кислородно-ацетиленовой горелки, могут быть закалены полностью или только по кромке.
Теперь, когда вы знаете ряд тонкостей при изготовлении клинков, мне остается только пожелать вам успешной практики!
Другие статьи из цикла:
- Первые шаги в найфмейкинге. Часть первая.
- Первые шаги в найфмейкинге. Часть вторая.
- Первые шаги в найфмейкинге. Часть третья.
Как криогенная закалка стали помогает вашему ножу?
Вы наверняка видели этот термин на форумах и в описаниях ножевых изделий. Криогенная обработка, или обработка, или рафинирование, или как бы производитель ножей ни решил это назвать, звучит подозрительно похоже на маркетинговую чепуху.
Журнал Blade Mag довольно хорошо осветил эту тему, взяв интервью у таких известных производителей ножей, как Пол Бос и Боб Били.
Процесс объясняется вместе с преимуществами, но они как бы торопятся ответить на вопрос, стоит ли это денег покупателя ножа, оставив формулировку: “Криогенно обработанное лезвие может сделать разницу в производительности и легко оправдать любые минимальные дополнительные расходы”.
Однако это все равно оставляет несколько вопросов, таких как “насколько велики дополнительные расходы” и “как узнать, что компания делает это хорошо или просто наносит слово “крио” на сталь, чтобы продать ее втридорога”.
В руководстве по покупке ножей SOG в общих чертах описывается, как они проводят криообработку, и говорится, что “процесс облегчает материал лезвия на атомном уровне”, делая его более прочным и менее склонным к сколам. Все это звучит хорошо, но когда мы слышим, что кто-то продает что-то эффективное, потому что оно “работает на атомном уровне”, самое время начать подозревать.
Давайте попробуем разобраться.
Да, криогенная обработка улучшает некоторые типы (высоколегированных) ножевых сталей.
Она больше влияет на долговременную прочность, чем на твердость или остроту.
Вероятно, каждый крупный производитель ножей делает это на некоторых ножах.
Нет, скорее всего, в результате мы не переплачиваем за ножи.
ЧТО ТАКОЕ КРИОГЕННАЯ ОБРАБОТКА
Цель, на упрощенном техническом уровне, заключается в преобразовании аустенита в стали в мартенсит. Для большинства людей это не очень полезное предложение, поэтому вот краткая информация о кристаллических структурах нержавеющей стали и о том, почему производитель ножей может предпочесть мартенсит аустениту.
ЧЕТЫРЕ СТРУКТУРЫ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ:
Мартенситная: Твердая структура, созданная на основе железа, хрома и углерода. Эта структура может подвергаться термической обработке.
Аустенитная: Гранецентрированная кубическая структура, которая не может быть упрочнена термической обработкой. Обычно возникает в результате добавления никеля, марганца и азота. Как правило, делает сталь более хрупкой.
Ферритная: Телесно-центрическая структура, возникающая из-за высокого содержания хрома. Обычно это очень мягкая и устойчивая к коррозии структура, часто используемая в дешевых кухонных столовых приборах.
Дуплекс: Форма гибрида между аустенитной и ферритной сталями (иногда ее называют аустенитно-ферритной), которая имеет тенденцию быть более коррозионностойкой, чем аустенитная структура, и более твердой, чем ферритная структура.
Легированные стали с высоким содержанием углерода и хрома имеют тенденцию оставлять больше аустенита, потому что чем больше элементов вы добавляете в сталь, тем ниже температура, при которой образуется мартенсит. Скорее всего, это грубое упрощение, но для наших целей как потребителей этого пока достаточно.
ЧТО НА САМОМ ДЕЛЕ ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ СТАЛИ
Большинство сталей, когда их только производят, не идеальны, а многочисленные процессы обработки, через которые они проходят, чтобы стать ножом, балкой или молотом, часто усугубляют эти недостатки.
Термическая обработка – один из способов устранения этих недостатков, но даже после термической обработки в стали может оставаться от 15 до 20 % аустенита, что делает ее более хрупкой.
Благодаря магическим свойствам аустенита и (потенциально) окружающих химических веществ в стали, способ заставить этот аустенит раствориться в более однородном мартенсите заключается в том, чтобы опустить сталь ниже температуры замерзания.
Этот процесс, похож на растворение элементов друг в друге. Выпечка всегда кажется здоровой аналогией с обработкой стали, так что в данном случае можно представить это как выпечку печенья при достаточно высокой температуре, чтобы сахар распался, в результате чего тесто расплющилось, а затем замораживание печенья, когда сахар кристаллизуется и становится более сладким.
Так и в ситуации, когда вы хотите, чтобы ваша сталь стала “слаще”, вам нужно нагреть ее, чтобы все вокруг пришло в движение, а затем осторожно охладить, чтобы эти вещества могли закрепиться в лучшей структуре.
По сути, металл нагревается до тех пор, пока атомы не станут достаточно подвижными, чтобы выровняться и стать более симметричными. Методы, используемые для нагрева и охлаждения металла, а также время, затраченное на каждый этап, определяют, правильно ли они выравниваются.
ДЕЛАЕТ ЛИ КРИОГЕННАЯ ОБРАБОТКА ВАШ НОЖ ЛУЧШЕ
Теоретически, да. Но, как и все сложное в ремесле, это зависит от материалов и области применения.
Если все сделано правильно, процесс должен сделать сталь более прочной, но не все типы стали реагируют на процесс одинаково. Некоторые реагируют “лучше”, или более резко, а другие просто не имеют такого химического состава, чтобы это имело большое значение.
Простой способ посмотреть на это – стали с большим содержанием хрома получают больше пользы от процесса. В частности, присутствие хрома вместе с большим количеством углерода дает наибольшую отдачу при замораживании и размораживании.
Пол Бос рассказал журналу Blade Magazine, что он занимается криообработкой высоколегированных сталей, и рассказал о своем процессе довольно подробно.
За свою карьеру он видел, как компании занимаются криообработкой всего, начиная от нейлоновых чулок и заканчивая стволами оружия, и решил, что это может многое сделать для ножевой стали, но он уточнил, что “эффект криообработки более глубок для высоколегированной стали”.
Правда в том, что большинство из нас, скорее всего, не заметит разницы. Мы говорим о стали. Даже мягкая сталь чертовски тверда, и большинство из нас никогда не будут использовать свои ножи таким образом, чтобы заметить дополнительную прочность между обычной и криогенно обработанной сталью.
Это не значит, что это не добавит жизни и ценности нашим ножам, просто не стоит ожидать, что вы увидите улучшение в каком-то немедленном смысле, как это было бы в ноже, который просто имеет хорошую термообработку и геометрию кромки в первую очередь. Это те вещи, которые позволят ножу продолжать резать бумагу после очередного раунда непродуманного батонинга. Криогенная обработка – это скорее долговечность, чем непосредственная производительность.
СТОИТ ЛИ ЭТО ДЕНЕГ
Во-первых, сколько вообще стоит криогенный процесс? В идеальном мире производители ножей подвергают сталь криообработке, чтобы получить максимальную отдачу от свойств стали. Гораздо более вероятно, что компании подвергают криообработке большие партии ножей, чтобы компенсировать термическую обработку, которая неизбежно страдает при массовом производстве.
В такой ситуации обработка, вероятно, не сильно влияет на цену, если вообще влияет. Либо компания отправляет ножи оптом третьей стороне, либо делает это сама большими партиями на месте. Причина, по которой потребитель не ощущает дополнительных трудозатрат, та же самая, по которой нож оказывается доступным по цене в первую очередь: чудеса массового производства.
Мы можем больше почувствовать это от производителей ножей на заказ: парень, который делает от одного до десяти ножей на заказ и хочет выжать максимум пользы из стали после термообработки. Поэтому он либо инвестирует в какую-нибудь нитроморозилку, чтобы сделать это самому, либо отправляет сталь в другую компанию.
Этот производитель ножей будет чувствовать дополнительные шаги в своей нижней строке гораздо больше, чем Benchmade или Cold Steel, но если он действительно знает, что делает, то любой небольшой скачок в цене отражает нож со сталью, которая была сделана настолько прочной, насколько это вообще возможно.
ТАК КТО ЖЕ ПОДВЕРГАЕТ КРИООБРАБОТКЕ СВОЮ НОЖЕВУЮ СТАЛЬ?
Выяснить, кто именно и для чего проводит криогенную обработку, довольно сложно, поскольку большинство компаний не слишком подробно описывают процесс обработки. Компания SOG явно делает это по крайней мере на некоторых своих ножах, поскольку они объясняют процесс в своем руководстве для покупателей. Ходят слухи, что Benchmade использует какой-то криопроцесс, а Spartan Blades рассказывает о “двойной глубокой криотермообработке” в большинстве описаний своих ножей серии Gold Grade.
Но на самом деле, ответ, вероятно, знают все. Похоже, что этот метод достаточно хорошо зарекомендовал себя как эффективный метод улучшения некоторых видов стали.
Если вы посмотрите на заводы по криогенной обработке, то увидите, что у них есть клиенты в огромном количестве отраслей, включая авиацию и инструментальную промышленность. Большинство из нас, вероятно, каждый день ездит на работу или сверлит отверстия с помощью криообработанной стали.
Если криообработка – это не более чем маркетинговая уловка, то она обладает чрезвычайно широким эффектом плацебо. Гораздо более вероятным кажется то, что она используется в качестве маркетинговой уловки компаниями с халтурной термообработкой, в то время как все остальные просто делают ее на своих высокоуглеродистых сталях как обычное дело, и они ожидают, что мы будем доверять им настолько, чтобы знать, что они делают, не объясняя каждый чертов шаг процесса.
13 мифов о ножах для термообработки
Спасибо Ли Ротлютнеру и Дж. Хамму за то, что они стали сторонниками Knife Steel Nerds на Patreon!
Общие мифы о термической обработке
1. Термическая обработка является наиболее важным фактором для высокопроизводительных ножей .
Это началось с того, что «даже лучшая сталь будет работать плохо, если подвергнута плохой термообработке», и я не могу не согласиться с этим. Тем не менее, стало несколько модным говорить о том, что производительность ножа полностью (или почти полностью) зависит от навыков ножевого мастера в области термической обработки. В этом есть доля правды, поскольку производители ножей, использующие некачественную термообработку, безусловно, будут иметь некачественные характеристики. Тем не менее, термическая обработка может только сделать так много. Никакая термическая обработка не способна превратить высококарбидную сталь CPM 15V в сталь с высокой ударной вязкостью. Никакая термическая обработка не может превратиться в 1095 углеродистая сталь в нержавеющую. И я бы сказал, что самым важным фактором для работы ножа является геометрия лезвия, а не выбор стали или термообработка. Геометрия кромки в значительной степени определяет режущую способность и удержание кромки ножа, а также устойчивость к сколам и скатыванию.
На изображении ниже показано измеренное удержание кромки ножей 154CM с разными углами кромки, поэтому вы можете увидеть огромную разницу в измеренной производительности (чем больше число, тем больше количество разрезаемого картона). Конечно, сосредотачиваться на любом из этих факторов за счет других: выбор стали, термообработка и геометрия лезвия — ошибка, и каждый из них должен быть оптимизирован для данного ножа. Но если бы мы выбрали один фактор, который является «наиболее важным», я не уверен, что термообработка была бы единственной.
2. Кузнец на заднем дворе обнаружил новую супертермическую обработку, которой нет равных . Некоторым продолжением вышеприведенного мифа является легенда о изготовителе ножей, у которого есть сверхвысокая термообработка, которая удваивает прочность, утраивает удержание режущей кромки и т. д., и если ваши ножи не прошли такую термообработку, они никогда не будет так же хорошо. Это в какой-то степени применялось к нескольким популярным производителям ножей, хотя, пожалуй, лучшим примером является покойный Фрэнк Дж.
Рихтиг, о котором я писал здесь. В общем, разница между любой «хорошей» и «супер» термообработкой будет относительно небольшой. О том, что возможно в термообработке, а чего нет, я написал в этой статье. Большая часть хорошей термообработки заключается в том, чтобы избежать многих потенциальных проблем или ошибок, а не в том, чтобы найти великий секрет. И, как упоминалось в предыдущем мифе, превосходная геометрия лезвия часто является тем, что делает легендарного производителя ножей высокопроизводительными ножами, но супертермическая обработка – это лучшая история.
3. Термическая обработка предназначена для промышленности и не применяется к ножам . Я слышал, как некоторые производители ножей говорят, что вы должны игнорировать информацию в спецификациях стали или в Руководстве по термообработке ASM, потому что эти рекомендации относятся к «стальным блокам толщиной в несколько дюймов» или просто относятся к «промышленному» пугалу, который означает, что термообработка не годится.
не имеет ничего общего с ножами. Как правило, термообработка рекомендуется в спецификациях, которые применимы к большинству ситуаций, поскольку сталь может продаваться с различной толщиной и использоваться во многих различных областях. Таким образом, если бы металлурги разрабатывали термообработку для одного конкретного применения, они столкнулись бы с многочисленными жалобами клиентов. Это не означает, что каждый лист данных идеален; термическая обработка может производиться для «наименьшего общего знаменателя», который может быть дополнительно оптимизирован для ножей. Но даже в таких ситуациях рекомендуемая термообработка будет работать нормально.
Можно привести много конкретных примеров параметров термической обработки, о которых производители ножей беспокоятся в технических описаниях, но один из них – это время выдержки при температуре аустенизации (закалки). Некоторые производители ножей опасаются слишком долгого выдерживания при температуре аустенизации из-за опасений по поводу роста зерна.
Однако рост зерна контролируется как временем, так и температурой. Рекомендуемая термообработка часто обеспечивает более длительное время выдержки при более низких температурах, когда значительный рост зерна занимает очень много времени. Более длительное время выдержки при более низких температурах означает, что как толстые, так и тонкие детали будут подвергаться одинаковой термообработке. Иногда в таблицах данных указываются разные температуры или время выдержки в зависимости от толщины изделия, но это скорее экономическая функция (не тратьте больше времени, чем необходимо), чем та, которая требуется для производительности.
Существуют и другие опасности использования короткого времени выдержки, например, термообработка гораздо более чувствительна к небольшим изменениям за короткое время. См. таблицу ниже для углерода и хрома «в растворе» при выдержке 52100 при 1545°F:
Данные адаптированы из [1]
Вы можете первые несколько минут, и попытка нацелиться на конкретную жесткость будет сложной задачей, если вы пытаетесь удерживать в течение очень короткого времени, особенно менее 5 минут.
Кроме того, толщина в центре лезвия, естественно, достигает температуры позже, чем на поверхности, а это означает, что время выдержки в центре короче. В этом случае центр и поверхность могут иметь значительно различный углерод в растворе, что приводит к несоответствию твердости, это также может означать, что деформация или растрескивание усугубляются. Следовательно, использование более длительного времени выдержки может привести к более стабильной твердости как в пределах одного ножа, так и между разными ножами. Если требуется более низкая твердость или если при заданной температуре затвердевания обнаруживается рост зерен, просто уменьшите температуру и поддерживайте достаточное время выдержки.
Мифы о лечении холодом
4. XXXX сталь «нужна» или «не нуждается» в крио . Я часто слышу от производителей ножей такое заявление: «Я выбрал AEB-L, потому что ему не нужна крио». Или «Углеродистые стали не нуждаются в крио». Или «Нержавеющая сталь нуждается в крио».
Это показывает фундаментальное непонимание того, что крио делает или не делает. Я объяснил механизмы крио в этой статье. Это не выключатель света, который либо влияет на сталь, либо нет. Во время закалки от высокой температуры сталь затвердевает за счет образования стальной фазы, называемой мартенситом. Образование мартенсита измеряется с помощью «начальной» и «конечной» температуры, и чем ближе к конечной температуре вы достигаете, тем больше образуется мартенсита и тем ближе к максимальной твердости вы достигаете. Эти температуры формирования контролируются составом стали, а также термической обработкой, поскольку более высокие температуры закалки помещают больше углерода и сплава «в раствор», чтобы повлиять на образование мартенсита. Когда конечная температура мартенсита ниже комнатной температуры, будет некоторое количество «остаточного аустенита», который не превращается в мартенсит, что приводит к снижению твердости и другим эффектам. Использование криогенной или другой холодной обработки означает, что вы приближаетесь к мартенситному финишу и уменьшается количество остаточного аустенита.
Практически любая ножевая сталь может быть подвергнута термической обработке с применением крио или без него, в зависимости от выбранной температуры закалки. Тем не менее, более высокие уровни жесткости могут быть достигнуты при использовании обработки холодом, см. таблицу для AEB-L ниже, где минимальная температура обозначена как «LN2» (крио), «морозильная камера» (бытовой морозильник) или «комнатная температура». (без обработки холодом):
Вы можете видеть, что пик твердости составляет около 62 Rc без обработки холодом при температуре закалки 1925°F. Выше этой температуры твердость падает из-за избытка остаточного аустенита, обычно превышающего 15-20%, что нежелательно. Использование жидкого азота с той же температурой закалки дает около 63,5 Rc после закалки. Еще более высокие температуры закалки можно использовать в сочетании с жидким азотом до твердости около 64 Rc.
«Простые» углеродистые стали также содержат аустенит и подвержены воздействию холодной обработки.
Вот диаграмма содержания остаточного аустенита и значений твердости, достигнутых с крио и без крио для низколегированных сталей:
Данные из [2]
То, что остаточный аустенит можно восстановить с помощью крио, не означает, что вы должны это делать. Однако вы можете сделать то же самое с высоколегированными и нержавеющими сталями при соответствующем выборе температуры аустенитизации. Эти высоколегированные стали также не нуждаются в крио.
5. Криотерапия улучшает удержание краев . Криогенная обработка может привести к увеличению твердости, что может улучшить сохранение края. Таким образом, это не миф. Однако существует целая индустрия криокомпаний, рекламирующих невероятные улучшения износостойкости за счет криогенной обработки. Некоторые из этих утверждений можно найти даже в рецензируемых журналах. Я просмотрел литературу в этой статье. Я также провел сравнение удерживания кромки крио- и некрио-стали D2 и не обнаружил никакой разницы, кроме твердости, см.
здесь. В другом исследовании 154CM было проведено более обширное сравнение, в котором также не было обнаружено различий.
6. Крио повышает прочность . Криокомпании также рекламируют, что крио повышает прочность, несмотря на то, что большинство исследований выявило снижение прочности при использовании крио. Я просмотрел литературу здесь. Ниже приведен пример из нашего исследования термообработки 52100, который показывает снижение ударной вязкости и улучшение твердости с крио:
7. Морозильник ничего не делает; по крайней мере, температура сухого льда необходима для лечения холодом . Как описано ранее, температуры мартенситной отделки меняются для разных сталей и температур закалки, и чем ближе вы приближаетесь к мартенситной отделке, тем ниже уровень остаточного аустенита. Крио-это не вещь включения / выключения, и чем холоднее вы идете, тем лучше для минимизации остаточного аустенита. Я обнаружил это в своих собственных экспериментах с AEB-L, как и на предыдущем графике.
Ниже показано содержание мартенсита в быстрорежущей стали Т1 при различных температурах:
Однако следует помнить еще об одном факторе: остаточный аустенит «стабилизируется», если между закалкой и переходом к холодной обработке имеется задержка. Ниже показан остаточный аустенит для различных холодных обработок после разного времени выдержки при комнатной температуре. Убедитесь, что вы выходите из закалки и сразу переходите к холодной обработке, независимо от того, какая сталь и термическая обработка используются. В этом случае половина остаточного аустенита, который превращается с жидким азотом, может быть удалена с помощью морозильной камеры, но только в том случае, если нет задержки при комнатной температуре.
Мифы о низколегированной и низкотехнологичной термической обработке
8. Простые стали легче подвергать термической обработке . Низколегированные стали легче закаливать без выдержки при температуре закалки, что облегчает закалку в кузнице без регулирования температуры.
Однако добиться хороших свойств в них не легче, чем в высоколегированных сталях. Во всяком случае, низколегированные стали очень чувствительны к термообработке в плане достижения оптимальных свойств. Например, низколегированные стали имеют тенденцию к быстрому снижению ударной вязкости, если они закалены от слишком высокой температуры, см. 5160 для примера ниже, который имеет значительное снижение ударной вязкости при использовании 1550 ° F. Руководство по термообработке ASM рекомендует температуру 1525°F для 5160, а это означает, что перегрев всего на 25°F может привести к значительному ухудшению свойств!
Высоколегированные стали, с другой стороны, обычно могут подвергаться аустенизации в довольно широком диапазоне температур, поскольку карбиды растворяются в более широком диапазоне температур, это означает, что твердость изменяется медленнее при изменении температуры, а более высокое содержание карбида также означает, что рост зерна замедляется. Преимущество высоколегированных сталей также заключается в более легкой закалке, будь то воздушное охлаждение или закалка пластин, а не быстрая закалка в масле или воде.
При использовании печи с ФИД и регулируемой температурой высоколегированные стали обычно «легче» подвергать термообработке.
9. Сталь становится немагнитной в точке Кюри . Есть два основных пути, по которым сталь может стать немагнитной: 1) переход в «аустенитную» фазу или 2) достижение точки Кюри. Точка Кюри — это точка, в которой ферритовая фаза становится немагнитной. Отожженная сталь состоит из магнитного феррита, а закаленная сталь состоит из магнитного мартенсита. Аустенит образуется при высокой температуре перед закалкой. Некоторые производители ножей ошибочно утверждают, что когда сталь немагнитна, это означает, что достигнута точка Кюри, около 1420°F. В большинстве низколегированных ножевых сталей сталь превращается в аустенит до достижения температуры Кюри, и поэтому немагнитная температура значительно ниже, обычно где-то в диапазоне 1350-1380°F. Подробнее о Кюри вы можете прочитать в этой статье.
10. Нормализация стали с использованием убывающей температуры .
Относительно часто можно увидеть, как кузнецы рекомендуют циклы нормализации температуры или очистки зерна по убыванию, такие как 1600 ° F, затем 1550 ° F, затем 1500 ° F и т. Д. Эти рекомендации сильно различаются в зависимости от того, кто их дает, но метод убывания кажется довольно распространенным. Нормализация должна выполняться при относительно высоких температурах, в зависимости от стали, таких как 1550-1650°F для стали 1095. Это переводит весь карбид и перлит в раствор и обеспечивает постоянный размер зерна перед воздушным охлаждением. Микроструктура может быть довольно непостоянной после ковки, поэтому нормализация помогает выровнять ситуацию, отсюда и название «нормализация». Затем измельчение зерна можно проводить при более низких температурах, чуть выше образования аустенита, например, в диапазоне 1375-1450°F. Более низкие температуры обычно означают меньший размер зерна. Тем не менее, промежуточные температуры, такие как 1500 ° F, не особенно хорошо справляются с достижением любой из этих целей.
Он недостаточно высок, чтобы все растворить, как при нормализации, и недостаточно низок по температуре, чтобы привести к наименьшему размеру зерна на стадиях измельчения зерна. Эта практика, возможно, началась с зерна истины, поскольку нормализация выполняется при высокой температуре, а измельчение зерна – при более низких температурах. Если вы пойдете еще ниже, вы можете выполнить докритический отжиг при температурах, таких как 1250-1300 ° F. Таким образом, набор циклов понижения температуры, который имеет некоторый смысл, может быть 1600, 1450, 1250°F. Но одна ошибка, которую совершают люди, заключается в том, что они думают, что если немного чего-то хорошего, то большее количество должно быть еще лучше, и начинают добавлять на промежуточных этапах.
11. Напильник – хороший способ проверить твердость . Использование файла для проверки твердости популярно, потому что это дешево. Вам не нужно покупать твердомер по Роквеллу, который может быть дорогим. Напильник работает по тому же принципу, что и шкала твердости Мооса, если один материал может разрезать другой, значит, он тверже.
Так что, если нож тверже, чем напильник, это означает, что напильник не может его разрезать. Можно приобрести напильники с определенным уровнем твердости, хотя часто используется универсальный напильник. Напильник без маркировки может иметь твердость около 62 Rc или около того, поэтому, если твердость ножа выше 62 Rc (что должно быть у большинства низколегированных высокоуглеродистых сталей после закалки перед отпуском), то напильник будет «катать» нож, а не вгрызаться в него. или оставить царапины. Тем не менее, все еще есть проблемы с использованием файла. Во-первых, это не очень точно. Это позволяет вам понять, что нож тверже напильника, но вы не знаете, насколько тверже. Также при отпуске не очень помогает увидеть окончательную твердость, так как окончательная твердость, вероятно, ниже, чем у напильника. Таким образом, файл оказывается проверкой термообработки, которая полностью не удалась (не затвердела), но не особенно полезна для набора термообработки или для проверки согласованности.
Это без учета распространенных ошибок при использовании напильников, таких как проверка ножа без предварительного удаления окалины или любого обезуглероженного слоя.
Мифы о конечных свойствах после термической обработки
12. Меньшая твердость означает, что нож более гибкий . Насколько сложно согнуть нож, зависит в первую очередь от геометрии ножа, в частности от толщины стали. Насколько жесткость влияет на сложность сгибания? Это не так. Ну, это не совсем точно, закаленная сталь на самом деле примерно на 2-3% менее жесткая, чем отожженная сталь. То, как твердость меняет дело, зависит от того, насколько сильно можно согнуть нож, прежде чем он не вернется прямо. Как только прочность стали превышена, нож будет продолжать изгибаться примерно с тем же уровнем силы. Таким образом, более низкая твердость означает, что нож «более гибкий», но не более гибкий. Нож, который легче взять «набором», не столько гибче, сколько просто мягок. То, насколько сильно сталь может сгибаться перед набором, также в значительной степени зависит от толщины заготовки.
Более тонкие ножи можно сгибать гораздо дальше, не превышая прочности стали, даже при одинаковой термообработке. Вот почему эти очень тонкие филейные ножи так хорошо гнутся 90°. Вы можете прочитать больше обо всех этих эффектах в этой статье о сгибании и сгибании.
13. Когда кромка деформируется (вместо скалывания), это означает, что сталь прочнее той, которая скалывается . Если кромка деформируется, это означает превышение прочности стали. Либо кромка должна быть толще для этой задачи, либо сталь должна быть тверже (сильнее), чтобы сопротивляться деформации. То, как нож используется, также имеет значение. Если нож режет или изгибается постепенно, то поведение отличается от поведения при быстрых ударах, например, при рубке. При рубке сталь с гораздо большей вероятностью станет хрупкой и отколется, даже если сталь более мягкая, в этом случае поведение определяется ударной вязкостью стали, а не прочностью. При обычном резании часто требуется некоторая комбинация твердости (сопротивление качению) и пластичности/вязкости (сопротивление разрушению).
Подробнее о прочности и выкрашивании читайте в этой статье. Некоторые комбинации стали и термической обработки могут быть даже относительно мягкими (прокатывание при резке с изгибом в твердых материалах), но все же иметь относительно низкую ударную вязкость, приводящую к выкрашиванию при резке. Иногда деформация/прокатка кромки ошибочно интерпретируется как выкрашивание, и пользователь ножа ошибочно полагает, что сталь имеет недостаточную ударную вязкость, хотя на самом деле проблема заключается в недостаточной твердости. Некоторые пользователи или производители ножей с радостью сообщают, что лезвие их ножа скатывается во время использования, что свидетельствует о его хорошей прочности, но в основном это свидетельствует о том, что сталь была недостаточно твердой и/или геометрия лезвия не была достаточно прочной.
Выводы
Существует множество мифов о термообработке, и я не рассмотрел их все. Я уверен, что виноват в том, что поверил некоторым. Пока мы работаем над тем, чтобы понять действующие механизмы и учиться на достоверных экспериментах, а не на случайных наблюдениях, мы можем продолжать разрушать больше мифов.
У меня такое чувство, что эта статья не сильно повлияет на распространение мифов, но я стараюсь изо всех сил. Многие распространенные мифы возникают из-за непонимания того, как сталь трансформируется в ходе различных процессов и каковы цели каждого этапа. Чтобы лучше понять эти аспекты, я рекомендую перейти по нескольким ссылкам в этой статье, чтобы лучше понять такие темы, как отжиг (часть 1 и часть 2), аустенитизация (часть 1, часть 2 и часть 3), закалка и отпуск.
[1] Куи, Вен, Давид Сан-Мартин и Педро Э. Дж. Ривера-Диас-дель-Кастильо. «На пути к эффективному расчету микроструктуры и прогнозированию твердости подшипниковых сталей — комплексное экспериментальное и численное исследование». Материалы и дизайн 133 (2017): 464–475.
[2] Lement, Bernard S. Деформация инструментальной стали . Американское общество металлов, 1959 г.
Нравится:
Нравится Загрузка…
Термообработка ножевой стали в кузне
Спасибо Mike Poutiatine, TWJC, Robert Hugh, Head VI и Snackin за то, что стали сторонниками Knife Steel Nerds Patreon! Я смог купить кузницу для проведения этих экспериментов благодаря вкладу сторонников.
Версия видео
Общая информация в этой статье также существует в виде видео на YouTube для тех, кто предпочитает получать информацию таким образом:
Важность предварительной микроструктуры
В предыдущей статье я писал о нормализации и отжиге стали после ковки, но перед заключительными этапами аустенизации, закалки и отпуска. Одна из вещей, на которые я указал в этой статье, заключалась в том, что использование нормализованной перлитной микроструктуры для термообработки приведет к очень быстрому отклику на термообработку. Отожженная структура, такая как исходит от производителя, требует больше времени и более высокой температуры для надлежащей аустенизации стали.
Ниже показана результирующая твердость после закалки для 1084 и 52100 при сравнении нормализованной и отожженной стали. Все они были закалены примерно с того места, где они стали немагнитными (1385°F для 1084 и 1445°F для 52100), при относительно низкой температуре по сравнению с обычно рекомендуемой температурой для термообработки.
1084 твердость:
52100 твердость:
Высокая твердость после закалки 52100 при такой низкой температуре впечатляет из-за относительно высокого содержания хрома (1,5%) в стали. Высокое содержание хрома задерживает превращения в стали, и обычно считается, что сталь 52100 требует более высоких температур и времени выдержки. Однако, если исходить из перлитной структуры, ее можно закалить из немагнитной и при этом подвергнуть «надлежащей» термообработке. Эта большая разница в реакции на аустенитизацию также показана в литературе, например, в показанном ниже исследовании, сравнивающем перлитную и сфероидизированную структуры в 52100.
52100 сталь, аустенитизированная при 840°C/1550°F, закаленная в масле и отпущенная при 175°C/350°F [1]
Это происходит из-за того, что расстояние, на котором происходит диффузия, намного короче с перлитной структурой затем со сфероидизированной отожженной структурой. См. приведенную ниже упрощенную схему, где перлит (линии, указывающие на структуру цементита) и сфероидизированные карбиды (черные кружки), где вы можете видеть, что расстояние между этими элементами намного больше для сфероидизированных цементита/карбидов.
Перлит (нормализованный)
Сфероидизированный карбид (отожженный)
Термообработка в кузне несколько выше, чем у немагнитных, и это является основным источником изменчивости. Я подумал, что если вместо этого мы будем использовать нормализованную структуру, я смогу нагреть до немагнитного состояния и закалить, не пытаясь достичь более высокой температуры, которую нелегко измерить в кузнице, работающей при высокой температуре.
Я выбрал ряд различных низколегированных сталей, обычно используемых кузнецами. Я хотел сделать разные стали, чтобы убедиться, что процесс работает с разным содержанием углерода и сплава. С каждым разом я перегревал сталь до 2100°F/1150°C в течение часа, чтобы имитировать ковку, нормализовал при 1550-1700°F в течение 10 минут и охлаждал воздухом.
Температура нормализации варьировалась в зависимости от стали. Это было условие, которое я использовал при нагреве до немагнитного состояния в кузнице и закалке в Parks 50. Все это были куски стали толщиной 1/8 дюйма.
Из-за разного состава этих сталей твердость нормализованной стали была разной, хотя я смог разрезать их все ленточной пилой и просверлить небольшое отверстие. Сталь с очень высокой прокаливаемостью, такая как L6, или более тонкая сталь, такая как 1/16″, может достаточно упрочняться на воздухе, когда резка ленточной пилой или сверление могут быть затруднены.
Твердость нормализованной стали
Магнетизм и скорость нагрева
Сталь становится немагнитной, когда она превращается в аустенит, немагнитную фазу стали. Существуют определенные стали, особенно аустенитные нержавеющие стали, которые должны быть аустенитными при комнатной температуре и поэтому немагнитны при комнатной температуре. Они не используются для ножей, но я привожу пример для лучшего понимания магнитного/немагнитного поведения.
К счастью для нас, нормализованная перлитная сталь становится немагнитной, когда перлит заменяется аустенитом и готов к закалке. С отожженной сталью она также станет немагнитной, когда превратится в аустенит, но более высокая необходимая температура необходима для того, чтобы растворить больше карбида и поместить в раствор больше углерода и сплава за счет растворения этих карбидов. При начальных условиях перлита в растворе достаточно углерода сразу после того, как перлит был заменен аустенитом (см. предыдущую диаграмму зависимости твердости 52100 от времени для перлита и сфероидизированного карбида).
Различные стали превращаются в аустенит при несколько разных температурах, но нам не нужно об этом беспокоиться, потому что мы проверяем с помощью магнита; когда сталь трансформируется, мы видим это с помощью магнита. Другая потенциальная проблема заключается в том, что температура превращения может изменяться в зависимости от того, насколько быстро нагревается сталь. Более быстрый нагрев означает, что трансформация задерживается до несколько более высокой температуры.
52100 температуры превращения при непрерывном нагреве с разной скоростью. Адаптировано из [2].
Однако в то время как при непрерывном нагреве превращение смещается вверх, если сталь выдерживается при этой температуре в течение определенного периода времени, превращение будет происходить при более низкой температуре. Поэтому, если относительно быстрый нагрев горна приводит к повышению температуры превращения, попытка выдержать сталь при этой температуре может привести к перегреву стали.
52100 температуры превращения с выдержкой при постоянной температуре. Адаптировано из [2].
Опасность перегрева
Рост зерна
Кузнецы обычно знакомы с проблемой роста зерна при перегреве.
Более крупные зерна в стали обычно означают пониженную ударную вязкость. Если размер зерна достаточно велик, сталь становится хрупкой и легко ломается. Это можно оценить по внешнему виду излома, если сталь разрушается в хрупком состоянии, т. е. сталь после закалки без отпуска. Ковкая сталь, подвергшаяся разрушению, не отражает размер зерна стали, поэтому нормализованную сталь нельзя использовать для оценки зерна разрушения. Ниже показана сталь 1084, которую нагревали в течение 10 минут, охлаждали и разрушали.
1475 ° F (800 ° C)
1700 ° F (925 ° C)
2000 ° F (1095 ° C)
В растворе
. Рост зерна. не единственная опасность перегрева. Когда растворяется слишком много карбида, вязкость раствора снижается, добавляя избыток углерода. Выше примерно 0,6% углерода в растворе тип мартенсита начинает переходить от «реечного» к «пластинчатому» мартенситу. Пластинчатый мартенсит хрупкий и склонен к микротрещинам. 1% углеродистая сталь не обязательно содержит 1% углерода в растворе.
Стрелка указывает на пластинчатый мартенсит в матрице преимущественно пластинчатого мартенсита [3]
Изображение из [4]
рассчитанный углерод в растворе, чтобы сравнить их. Тенденция была довольно убедительной, показывая, насколько важен этот фактор для ударной вязкости ножевой стали, особенно в низколегированной ножевой стали, где углерод в растворе не так легко контролировать, как в высоколегированных сталях.
Результаты кузнечной термообработки
Итак, я термообработал эти стали в кузнице Atlas с пропаном, настроенным на очень низкое давление. Это все еще при относительно высокой температуре, приблизительно 2000°F/1095°C. Я нагрел их до постоянной температуры, насколько мог, время от времени проверяя магнитом. Когда сталь стала немагнитной, я закалил в Parks 50. Затем образцы дважды отпустили в течение 2 часов при 400°F/205°C.
Я проверил образцы на твердость, а также ударную вязкость, используя мои стандартные образцы Шарпи без надрезов меньшего размера.
5160 и 8670
Эти стали с самым низким содержанием углерода, которые я тестировал в этих экспериментах. Эти стали также обладают самой высокой ударной вязкостью, которую я тестировал, см. таблицу ниже для низколегированных ножевых сталей. У меня есть отдельные статьи о термической обработке этих двух сталей:
Как термически обрабатывать 5160
Как термически обрабатывать 8670
В моей кузнечной термообработке стали 5160 и 8670 я измерил такие же твердость и ударную вязкость, что и в печи. обработанные образцы:
Это указывает на то, что сталь была достаточно нагрета (аналогична твердость образцам, подвергнутым термообработке в печи), но не перегрета (аналогична ударная вязкость). При термообработке в печи 5160 мы обнаружили, что при использовании температур 1550°F или выше ударная вязкость значительно снижается из-за роста зерен.
Это дает относительно широкий диапазон при кузнечной термообработке между немагнитностью и чрезмерным ростом зерна при использовании нормализованной стали, поскольку она становится немагнитной по меньшей мере при температуре ниже этой точки на 100°F.
O1 и 1095
При относительно низком содержании углерода в 5160 и 8670 избыточный углерод в растворе не является потенциальной проблемой перегрева. Вместо этого нас в первую очередь заботит рост зерна. Однако для высокоуглеродистой стали влияние углерода в растворе гораздо значительнее. Вот почему ударная вязкость O1 и 1095 намного ниже, чем 5160/8670 в таблице ударной вязкости низколегированных сталей. Иногда использование пониженных температур аустенизации для высокоуглеродистых сталей может привести к повышению ударной вязкости из-за уменьшения содержания углерода в растворе (меньшее количество растворенного карбида). См. ниже, где аустенизация O1 при 1475 и особенно 1425°F привела к превосходной ударной вязкости по сравнению с 1550°F даже после компенсации твердости.
Это также было важной темой при сравнении ударной вязкости низколегированных сталей с термической обработкой бейнитом, поскольку бейнит не имеет проблемы с углеродом в растворе, которая есть у пластинчатого мартенсита. Это привело к более высокой ударной вязкости для O1 и 1095 с обработкой аустенитным отпуском для бейнита из-за устранения пластинчатого мартенсита.
1475°F — типичная температура, рекомендованная для термообработки в печи для этих сталей, поэтому я провел сравнение с образцами, подвергнутыми кузнечной термообработке. В этом случае твердость была несколько выше для моих образцов, подвергнутых термообработке в кузнице, но баланс твердости и ударной вязкости был аналогичен образцам, подвергнутым термообработке в печи при температуре 1475°F. Так что это хороший результат, я считаю.
52100
С 52100 термообработанные в печи образцы имеют значительно лучшую ударную вязкость, чем термообработанные в печи O1 и 1095.
Добавление хрома снижает содержание углерода в растворе при заданной температуре аустенизации и позволяет контролировать содержание углерода в растворе. Полегче. Это дает 52100 превосходную ударную вязкость и износостойкость по сравнению с другими высокоуглеродистыми низколегированными сталями. Однако это касается термообработки в печи из сфероидизированного отожженного состояния. При термообработке перлита у вас нет такого контроля над углеродом в растворе и результирующей твердостью после закалки, как показано ниже.
Таблица адаптирована из [1]
Однако 52100 было бы труднее всего подвергать термообработке в кузнице из сфероидизированного отожженного состояния из-за медленного растворения карбида. И даже если бы это было эффективно сделано, было бы трудно ориентироваться на конкретные температуры, как в печи. Таким образом, как и в случае с 1095 и O1, вы ограничены относительно высокой твердостью. Вы можете отпустить при температуре выше 400 ° F, но тогда вы столкнетесь с проблемой охрупчивания отпускного мартенсита, когда твердость снижается, но также снижается и ударная вязкость.
Это было замечено при термообработке 52100 при температуре отпуска 450°F. Дополнительную информацию см. в этой статье о термообработке 52100.
Ударная вязкость образцов, подвергнутых кузнечной термообработке 52100, по-прежнему была хорошей, с более высокой ударной вязкостью, чем у образцов O1 и 1095. Однако ударная вязкость была несколько хуже, чем у других высокотвердых образцов, подвергнутых термообработке в печи 52100. Это может быть связано с большим содержанием углерода в растворе. исходной микроструктуры перлита. В других образцах с высокой твердостью после термообработки в печи использовались более низкие температуры отпуска (300°F/150°C) в сочетании с меньшим содержанием углерода в растворе. Однако, как я уже сказал, свойства по-прежнему разумны и хорошо подходят для тонких высокопроизводительных ножей.
80CrV2 и 1084
Я оставил эти две стали напоследок, потому что они находятся между среднеуглеродистыми (5160/8670) и высокоуглеродистыми (1095/O1/52100) категориями, описанными выше.
Поэтому их поведение в основном находится между этими двумя категориями. 1084 известен тем, что его очень легко подвергать термообработке в кузнице из-за низкого содержания легирующих элементов и хорошей прокаливаемости (его не нужно закаливать так же быстро, как 1095). Однако использование перлитной исходной структуры во всех сталях, подвергнутых термообработке, в некоторой степени устраняет преимущество 1084, связанное с низким содержанием легирующих элементов, поскольку все эти стали очень хорошо закаляются из немагнитных материалов. По иронии судьбы, 1084 доставил мне больше всего проблем при термообработке, потому что два образца имели более низкую ударную вязкость, чем третий. Это произошло из-за того, что у меня возникли проблемы с равномерным нагревом детали, и у меня была горячая точка на одной стороне стали, как показано на изображении ниже, которое взято из видеозаписи моей термообработки образцов:
Итак, чтобы весь кусок стал немагнитным, я перегрел эти два более горячих образца, что привело к росту зерна и снижению ударной вязкости.
Это также было видно по зерну излома образцов, хотя это было не так плохо, как вы могли бы подумать, исходя из снижения ударной вязкости (помните, что они имеют ширину всего 10 мм):
по-прежнему получается приемлемый нож; существует множество комбинаций термообработки стали, используемых в обычных ножах с более низкой ударной вязкостью. Однако мы, конечно, предпочли бы оптимизированную термообработку, а не некачественную.
Для 80CrV2 ударная вязкость была несколько ниже, чем у образца, подвергнутого термообработке в печи. Однако твердость также была выше. Итак, чтобы иметь некоторое представление о том, как это сравнить, я наложил ударную вязкость образцов из сплава 1084, прошедших термообработку в печи, поскольку у меня нет тренда для 80CrV2. При сравнении с термически обработанной в печи 1084 баланс твердости и ударной вязкости 80CrV2, подвергнутой кузнечной термообработке, выглядит довольно хорошо.
Общие тенденции
Поскольку я подвергал термообработке перлитную микроструктуру, а не сфероидальный отжиг, и все они были отпущены при 400°F, результирующая твердость и ударная вязкость в основном контролировались содержанием углерода в стали, как показано ниже:
И затем, если мы построим баланс твердости и ударной вязкости, вы сможете лучше увидеть, как различные стали оказались в своих общих свойствах:
Таким образом, 5160 и 8670 лучше всего подходят для ножей, требующих высокой прочности, таких как тяжелые измельчители.
. Среднее содержание углерода придает им хорошую твердость (58-60 Rc при отпуске при температуре 400°F) без значительных проблем с высоким содержанием углерода в растворе и пластинчатым мартенситом.
1095, O1 и 52100 лучше всего подходят для тонких ножей, таких как кухонные ножи. Хотя у 52100 была лучшая твердость и прочность, чем у 109.5 и O1, так что это был бы мой выбор. И 52100 лучше сохраняет режущую кромку, чем любая из этих сталей.
1084 и 80CrV2 лучше всего подходят для ножей общего назначения. Их средне-высокое содержание углерода придает им несколько большую твердость/прочность и удержание режущей кромки, сохраняя при этом очень хорошую ударную вязкость.
Стоит ли проводить термообработку в кузнице?
Однако при термообработке в печи у вас будет несколько больший контроль над конечными свойствами стали, и стали будут более гибкими в термообработке для достижения различных свойств. 52100, например, может иметь ударную вязкость до 1084/80CrV2 при аналогичной твердости с дополнительным преимуществом большего количества карбида для более высокой износостойкости.
Таким образом, при этом типе кузнечной термообработки выбор стали очень важен для типа ножа, который будет использоваться, и при этом нельзя так сильно полагаться на изменения в термообработке. Тем не менее, я получил достойные свойства со всеми этими сталями при кузнечной термообработке, и это были самые первые купоны, которые я когда-либо подвергал термообработке в кузне. Так можно ли добиться хороших результатов термообработки в кузнице? Да. Я связываю это с использованием нормализованной перлитной микроструктуры, что означало, что я мог закаливать из немагнитного материала, не беспокоясь о том, насколько горячее оно будет.
Наибольшие опасности при кузнечной термообработке представляют собой перегрев для роста зерен и избыток углерода в растворе, а также неравномерный нагрев, приводящий к образованию пятен с более высокой/низкой твердостью или ударной вязкостью. Проблема неравномерного нагрева может быть решена только с практикой, поэтому я все же рекомендую начинающим ножеделам отправлять ножи профессиональному термообработчику, если печь еще не предусмотрена в бюджете.
Термическая обработка в печи очень проста и каждый раз приводит к одним и тем же свойствам. Вы можете следовать рекомендациям с этого веб-сайта, технических описаний или моей книги Knife Engineering. Просто следуйте рекомендациям, и производительность будет хорошей, даже если вы новичок. Шансы запороть кузнечную термообработку намного выше. Один пример, который я привел в своей последней статье, был, когда производитель ножей прислал мне целый ряд различных образцов, подвергнутых термообработке в кузне, и даже использовал муфельный метод с термопарой, чтобы попытаться добиться более равномерного нагрева и более постоянной температуры. Судя по виду излома, образцы были явно перегреты, а ударная вязкость была очень плохой. Таким образом, при кузнечной термообработке гарантий меньше.
Надлежащая термообработка 52100 справа и неправильно термообработанная 52100 слева
Высоколегированные и нержавеющие стали
Во всех этих примерах использовались низколегированные стали, обычно используемые кузнецами.
Метод термической обработки нормализованной стали и проверки с помощью магнита не работает для высоколегированных инструментальных сталей, быстрорежущих сталей, нержавеющих сталей и т. д. Практически любая сталь с содержанием хрома 3% и более. Я не пытался подвергать их термической обработке в кузнице, и методы, необходимые для этого, будут другими.
Резюме и выводы
Моя цель состояла в том, чтобы доказать себе, что хорошую термообработку в кузнице может выполнить даже новичок, и эта цель была достигнута. При термообработке ковки все еще существуют потенциальные ловушки, наиболее распространенными из которых являются перегрев и неравномерный нагрев. Если вы последуете моей рекомендации использовать нормализованную перлитную микроструктуру, нагрейте до немагнитного состояния и не горячее. Его можно легко нагреть значительно выше немагнитного, что приведет к снижению ударной вязкости. Я по-прежнему рекомендую большинству людей термообработку в печи или отправку профессиональному термообработчику.