Как закалить алмазную сталь

Обновлено: 25.04.2024

В список ножевых сталей входит более десяти наименований. При этом не все они являются универсальными и подходят для производства рыболовных, охотничьих и бытовых ножей. Такие особенности имеет и алмазная сталь ХВ5, которая причислена к инструментальным легированным. Из нее производят резцы, сверла, штампы. К основным преимуществам ее относится устойчивость к износу.

При СССР данный металл применялся для изготовления инструментов для огранки алмаза. Кроме того, по шкале твердости Мооса, он стоит наряду с алмазом – 9,5 баллов против 10. Впервые сплав был изготовлен в Японии.

Сталь ХВ5 практически не подвержена деформации, характеризуется высокой теплостойкостью. Однако во время механической обработки на ее поверхности могут образоваться трещины и прижоги. В основном из металла изготавливают резьбовой инструмент, тонкостенные и сложные элементы с высокими требованиями относительно твердости.

Материал характеризуется твердостью HRC70, устойчивостью к износу, а после термообработки устойчивость к действию температуры несколько снижается. Это дает возможность использовать материал для изготовления инструментов, которые эксплуатируются при небольшой скорости вращения для обработки твердых металлов, в том числе чугуна с беленой поверхностью. С его помощью можно срезать стружку с деталей.

Расшифровка

Расшифровка стали ХВ5 позволяет получить следующие данные:

Х – наличие в составе сплава хрома;
В – наличие в составе слава вольфрама;
5 – 5% вольфрама.

Химсостав

В состав сплава входит большое количество углерода (1,45%), а также легирующие компоненты, положительно влияющие на характеристики материала. В результате использования хрома и вольфрама, а также дополнительных элементов обеспечивается увеличение вязкости и пластичности, уменьшение размеров зерна, но не происходит снижения прочностных показателей.

В состав стали ХВ5 входит хром, который является основным компонентом, снижающим коррозию. В данном металле его процент составляет всего 0,5-0,7%, что не обеспечивает высоких антикоррозионных качеств. Поверхность и масса металла подвержены появлению и развитию коррозии.

С	Mn	Cr	Si	V	W
1,3-1,35%	0,10-0,30%	0,4-0,7%	0,10-0,30%	0,2%	5%

Вторым основным компонентом является вольфрам, который содержится в количестве 4,5-5%. Он обеспечивает повышение прочности при температуре выше 250 градусов. Его наличие в сплаве приводит к формированию карбидов высокой прочности, устойчивых к различным изменениям в рабочей среде. Температура плавления такого соединения составляет 3695 градусов, что позволяет получить его только в результате химических реакций и дробления.

Поковка алмазки ХВ5

Кремний и марганец вводятся в состав алмазной стали ХВ5 в количестве 0,3-0,4% в одинаковом соотношении. Они предназначены для связывания свободного кислорода.

Недостатками материала являются хрупкость, которая является следствием термической обработки, и малая устойчивость к коррозии, что не позволяет применять материал в бытовых условиях и в качестве рыболовной оснастки.

Влияние элементов на свойства

трещиностойкость, которая обусловлена прочностью кристаллических решеток и наличием карбидных соединений на границах зерен;
снижение риска деформации, что зависит от целостности межкристаллических связей;
толщина закаленного слоя, в котором температура распределяется равномерно;
прочность, зависящая от качества соединения атомов между собой.

Присутствие углерода в составе приводит к формированию карбидов. Эти соединения являются основными при определении параметров хромовольфрамовой стали во время термообработки, при этом учитывается их форма, местоположение и размер.

Легирующую функцию играет хром. Он используется в сплаве для уплотнения кристаллической решетки, делает ее стабильной. Элемент позволяет формировать карбидные соединения такого же размера, как атом. Cr используется для изготовления стали с высокими антикоррозионными качествами, а при концентрации менее 10,5% — оказывает положительное влияние на прокаливаемость.

Вольфрам и молибден являются обязательными составляющими марки стали ХВ5. Они позволяют увеличить толщину закаливаемого слоя и уменьшить размер зерен, что способствует улучшению качества металла. Карбидные соединения с их участием характеризуются большей прочностью, с их помощью можно повысить тугоплавкость материала. За счет уменьшения размеров зерновой структуры обеспечивается повышение пластичности без снижения твердости, а также простота термической обработки.

Кремний применяется для повышения прочности металла. Марганец используется для стабилизации состояния металла. Последний становится более вязким и пластичным, но при этом прочным.

Плюсы и минусы стали ХВ5

К основным преимуществам ножевой стали относятся:

прочность;
технологичность;
прокаливаемость;
простота резки и штамповки;
использование для массового производства;
небольшая стоимость;
упругость.

К недостаткам стали относятся:

сложность заточки без специальных станков и инструментов;
невысокие антикоррозионные качества;
недопустимость возникновения касательных напряжений в заготовке.

Технические характеристики

Главные характеристики стали ХВ5 при нормальных условиях:

вязкость	410-450 кДж/м 2 ;
свариваемость	без ограничений;
твердость по Роквеллу	62-64;
удельный вес	7920 кг/м 3 ;
температура плавления	1280-1380 градусов Цельсия;
класс прочности	К52, К55, К60.

Термообработка стали

Термическая и механическая обработка металла осуществляется в определенной последовательности, что обеспечивает повышение технических характеристик:

ковка при 1100-870 градусах;
отжиг при 800-600 на протяжении 4 часов, который делает сталь ХВ5 более мягкой и гарантирует простоту проведения мехобработки. Часто применяется данный вид температурного воздействия при предварительной холодной прокатке;
закалка при 800 градусах с охлаждением в масляной ванне до 200 градусов, после этого – на воздухе;
отпуск для снятия внутренних напряжений, который осуществляется при 180 градусах с охлаждением на воздухе.

Закалка осуществляется после проведения мехобработки, не включающей шлифовку. При этом осуществляется нагрев до 830 градусов, после чего – охлаждение. Это обеспечивает переход металла в прочный и мягкий мартенсит. Во время отпуска происходит коагуляция мартенсита с получением сорбита и троостита – более прочной и пластичной формы.

Аналоги

Основная область применения стали ХВ5 – изготовление режущего инструмента. В качестве альтернативных материалов иностранного производства выделяют:

Последний тип металла используется специально для создания ножей, его состав разрабатывался специализированным заводом, который выпускает клинки холодного оружия.

Алмазная сталь, рубящая астероидную скалу

Алмазная сталь входит в ТОП – 10 ножевых сталей. Она обладает стойкостью к износу, в связи, с чем из нее изготавливают особые инструменты: резцы, сверла, ножи. Во времена СССР металл использовался для выпуска инструментов принимающих участие в огранке алмазов. В соответствии со шкалой твердости Мооса, она занимает позицию рядом с алмазами – 9.5 балов из 10.0.

История происхождения алмазной стали

Страной, где впервые выплавили алмазную сталь стала Япония. Основа ее – железо. Свою особую крепость эта сталь приобретает, в процессе соединения с углеродом, который занимает 1.5% в составе. Современные ножевые сплавы имеют 5.0 % вольфрама и 0.7% хрома.

Кузнецы-кокадзи позаимствовали у китайцев особые глиняные печи татара, которые уничтожали после каждой плавки. Внутри них, при Т 1300 С железо объединялось с углеродом. Процесс длился три дня, на производство 8 тонн стали, уходило примерно 13 тонн угля.

После переплавки болванку затаскивали на скалу, и сбрасывали с нее для получения осколков, которые затем сортировали. Самые обогащенные газом куски забирали, именно их использовали для изготовления ножей и другого оружия, например, мечей самураев. Интересен тот факт, что порядка 30% бракованного металла повторно отправляли на переплавку.

Мечи и ножи из алмазной стали выполняли из высококачественной стали, известной также как тамагаган, многократно нагревали и били молотком. Мечник повторял этот процесс, пока не получал нужный результат.

Повторение действия выполнялось для устранения воздушных пузырьков ослабляющих оружие, попадающих в сталь в процессе нагрева. Кроме того, каждый новый процесс создает слои в металле, что увеличивает прочность лезвия и обеспечивает равномерное распределение естественного упрочняющего свойства в углероде по всему оружию.

Нож из алмазной стали

Для охлаждения, лезвие нельзя было просто воткнуть в холодную воду, так как слишком быстрый процесс делал его ломким, а медленный — мягким и тупым. Поэтому самурайские мечники разработали метод оптимального охлаждения для максимальной прочности. Тонкий слой глины, сделанный из пепла, воды и глины, наносился на режущий край меча, сохраняя его твердым и острым, а более толстый слой накладывался на тыльную сторону меча, делая его упругим и небьющимся. Двапроцесса охлаждения с различной скоростью придавали мечу характерную кривизну.

Химический состав и характеристики

В России алмазная сталь маркируется ХВ5, она отличается высокой теплостойкостью и практически не деформируется. Иногда во время мехобработки на поверхностной структуре сплава можно обнаружить трещины и прожоги, что не мешает получить инструмент высшего качества имеющего высокие требования по уровню твердости.
Сталь ХВ5 расшифровывается:

Х – свидетельствует о наличии хрома (Cr) в сплаве;
В – вольфрамовая присадка;
5 – 5.0 % содержания вольфрама(W).

Сплав характеризуется значительным количеством углерода более 1.45% и добавлением легирующих компонентов W и Cr, которые изменяют свойства стали, увеличивают вязкую и пластинчатую составляющую и уменьшают зернистость, без снижения прочностных качеств.

Хром снижает коррозию, но поскольку в ХВ5 содержание Cr находится в пределах 0.5-0.7%, он не способен обеспечить антикоррозионную защиту. Вольфрам формирует высокопрочные карбиды, с Т плавления 3695 С, сплав получают исключительно при химреакции, с последующим дроблении.

Технические характеристики ХВ5 :

вязкостные качества 455.0 кДж/м2;
свариваемость металла — не ограничена;
твердость 62.0-64.0 по Роквеллу;
плотность 7940.0 кг/м3;
Т плавки 1390 С.

Для повышения техническо-механических характеристик ножей из алмазной стали, термомеханическую обработку осуществляют в строгой очередности:

Выполняют ковку при 870.0-1100.0 С.
Отжигают при 600.0- 800.0 С втечении 4-х часов, что смягчает ХВ5 для простоты проведения механической обработки. Этот вид температурного режима используют предварительно для воздействия на металл при продольной прокатке.
Выполняют закалку с Т 800.0 С с последующимохлаждением до Т 200.0 С, помещая изделие сначала в масло, а затем – подвергают воздушному охлаждению естественным образом.
Производят отпуск, снимая внутренние напряжения, с Т 180.0 С, с воздушным охлаждением.
Закалку выполняют после завершения механической обработки, без шлифовки. В процессе нагревают деталь до 830.0 С, с последующим охлаждением. Такая технология обработки создает прочную, мягкую структуру. Коагуляция мартенсита в процессе отпуска приводит к созданию сорбита и троостита– еще более совершенной гибкой формы с высокими прочностными качествами.

Плюсы и минусы

Хромовольфрамовая сталь относится к легированной стали ХВ5 и является одной из самых твердых инструментальных сталей, именно из-за этого качества ее называют «алмазной сталью».

Инструмент из алмазной стали обладают следующими преимуществами:

Высокопрочностные характеристики.
Высокотехнологичность и хорошая прокаливаемость.
Ускоренность штамповки и проста резки.
Возможность применения для широкого производства.
Сравнительно низкая стоимость.
Долгий срок эксплуатации с сохранением внешнего вида.
Возможность совершенной заточки, которая не тупится.
Отличные режущие характеристики с возможностью обработки твердых материалов.

Недостатки алмазной стали:

Трудный процесс обработки.
Низкие антикоррозионные свойства.
Опасность появления касательного напряжения в деталях.

Плюсы и минусы алмазной стали учитываются мастерами-оружейниками при производстве холодного оружия, которое в настоящее время больше относится к произведению искусства, чем применяется в военном деле.

Сфера применения

Из алмазной стали изготавливают инструменты, которые в последствие работают на малых скоростях при обработке высокотвердых и хрупких материалов: отбеленного чугуна, стеклянных и фарфоровых изделий. Именно из нее выполняют самые прочные ножи, имеющих режущие свойства и твердость выше, чем у аналогичных инструментов из других сталей. Если термообработка выполнена правильно, то меч из ХВ5 покажет характеристики 69.0-70.0 HRc.

Инструменты из ХВ5 имеют широкую сферу применения. На рынке можно приобрети, как сувенирное, так и коллекционное оружие, с гравированным лезвием, в которых рукоятки выполнены из дорогих пород дерева. На поверхности лезвия ножа имеются причудливые узоры, полученные в результате обработки, увеличивающие эстетическую ценность оружия.

Из алмазной стали часто изготавливают ножи

Ножи из ХВ5 применяются на охоте, они способны качественно разделать любую добычу. Тем не менее, не все охотники разделяют положительные отзывы, из-за хрупкости инструментов, требующих очень бережного обращения. На охоте они могут получить сколы и стать непригодными, да и устойчивость такой стали против коррозии очень низкая.

Правила эксплуатации и ухода

Повреждение в результате неправильного хранения могут навсегда испортить инструмент. Зеркальная поверхность оружия из ХВ5 требует немного большего ухода и специального оборудования при очистке. Если грязь, масло или вода накапливаются в ножнах, лезвие может быть повреждено очень быстро. В дополнение к регулярной чистке, лезвия должны быть очищены и смазаны специальным маслом после каждого использования. Катана должна храниться с очень тонкой масляной пленкой для защиты от ржавчины.
Со временем, даже при хранении в сая (ножнах), масло вытирается и нуждается в пополнении. Влага также может накапливаться внутри сая, увеличивая риск появления ржавчины на лезвии.

Основные рекомендации по уходу:

Не рекомендуется хранить ножи в помещении с повышенной влажностью или непосредственно над горячими источниками.
Ножи с инкрустированной рукояткой лучше хранить в специальной коробке.
При повреждении поверхности ее восстанавливают, по технологии, зависящей от марки стали: стальной ватой, наждачной бумагой и другими абразивными материалами.
Обработка с применением маслосодержащих средств проводится без соприкосновения с рукояткой из слоновой кости, а для деревянных рукояток, наоборот, чтобы придать более свежий вид, используют льняное масло или растворы, для ухода за древом.
Если на ноже или мече появятся начальные следы ржавчины, можно использовать ластик для карандаша, чтобы проверить, можно ли удалить пятна. Это работает только для очень светлых пятен.
Для более сильных пятен нужно использовать влажную наждачную бумагу с зернистостью от 600 до 900, в зависимости от конкретного лезвия для удаления пятен. Влажную шлифовку выполняют параллельно лезвию, пока пятна не исчезнут, затем тщательно высушивают и немедленно смазывают маслом.

Для чистки инструментов из алмазной стали используют особые наборы, которые можно приобрести в специальных магазинах в Москве или других областных центрах.

Алмазная сталь, используемая для изготовления катаны — однолезвийного и смертоносного самурайского меча — настолько прочна, что может расколоть сверхтвердую астероидную скалу.

В настоящее время группа из четырех исследователей: трех инженеров и одного мастера-мечника из Японии работают по адаптации процесса катаны, для высокотехнологичной технологии отбора проб, которая может извлекать геологические образцы из астероидов в космосе.

О ножевых сталях. ХВ5 – алмазная сталь

Среди российских ножевых сталей ХВ5 занимает особое место. Это углеродистая, достаточно простая по составу сталь, с замечательными параметрами твердости и износостойкости.

Химический состав стали включает в себя: от 1,3 до 1,35% углерода (С); от 04 до 0,7 % хрома; 5% вольфрама; 0,2 % ванадия, а также не значительное количество других элементов (сера, магний и др.). Количество вольфрама в этом сплаве, в совокупности с углеродом существенно повышает прочность и придает ей необходимую твердость. Сталь ХВ5 является одним из лидеров среди отечественных металлов как по содержанию углерода, так и вольфрама, концентрация которого приближается к показателям лучших быстрорежущих сталей. Наличие вольфрама в этом сплаве приводит к формированию карбидов высокой прочности, при этом хром выполняет легирующую функцию. Он используется для уплотнения кристаллической решетки и повышения ее стабильности. Безусловно ХВ5 уступает по содержанию вольфрама таким «быстрорезам» как Р18 и Р6М5, но при этом она превосходит их по количеству углерода. Благодаря своему составу сталь приобретает очень высокую твердость и хорошую износостойкость. Термообработка позволяет доводить изделия до твердости в 65HRC, то есть практически до предельных значений самых лучших современных моносталей, не проходивших порошковый передел.

В России эта сталь приобрела определённую популярность, в первую очередь у производителей мелкосерийных, авторских ножей. Ее первоначальное использование при производстве инструмента для обработки алмазов послужило причиной возникновения альтернативного названия – «алмазная сталь» или «алмазка». Для несведущего потребителя, это сленговое выражение стало критерием исключительного качества сплава и определенной «таинственности» его состава. Конечно, эти «легендарные свойства» в достаточной степени преувеличены, особенно по сравнению с современными порошковыми «быстрорезами». Однако доля правды в «народном» представлении о ХВ5 все же есть. Она существенно превосходит по износостойкости большинство «стандартных» углеродистых сталей применяемых при изготовлении ножей, в частности стали линейки У8 - У12, а также 65Г и ШХ15. И вполне сравнима по длительности удержания остроты с хорошими инструментальными и быстрорежущими сплавами: Р6М5, ХВГ и 9ХС. Помимо износостойкости сталь обладает прочностью, высокой «агрессией реза» и уникальным внешним видом получаемых из нее изделий. На поверхности спусков у клинков из ХВ5 заметны хаотично разбросанные «точки», образующий причудливый индивидуальный рисунок.

При всех своих достоинствах сталь имеет и ряд недостатков. На высокой твердости она приобретает определённую хрупкость и ножи, произведённые из этого сплава не пригодны для метания, рубки или грубой работы «на излом». Это сталь для «реза», для разделочных работ по мясу, ошкуривания дичи и подобных задач. Также важным негативным качеством является низкая коррозионная устойчивость. Количество хрома в составе ХВ5 менее 1%, в то время, как хорошую сопротивляемость ржавлению демонстрируют стали с содержанием этого элемента не менее 13%. Для таких клинков необходимо использование травления или специального защитного покрытия. Нож необходимо насухо протирать после любого использования, а хранить смазанным маслом.

Заточка стали ХВ5 выполняется аналогично любым другим углеродистым сталям. Она хорошо точится абразивами из оксида алюминия и карбида кремния, переведенными на масло. Затачивать ее на водных камнях не рекомендуется, так как она может пострадать от коррозии уже в процессе заточки. Отличные результаты показывают японские заточные бруски из оксида алюминия на магнезиальной связке, например серии Naniva Professional . Они предназначены для работы именно с углеродистыми сталями и позволяют получить исключительную остроту, и качество поверхности подвода. Так как твёрдость этой стали выше 60 HRC, не рекомендуется затачивать ножи алмазными и эльборовыми брусками, из-за возможного выкрашивание режущей кромки. Здесь ключевую роль будет играть строгое соблюдение производителем правил термообработки и, если сталь соответствует всем нормам, возможно применение брусков на органической (фенолформальдегидной) связке. Как и любая "углеродка", ХВ5 быстро доводятся до зеркальной поверхности на пастах из оксида алюминия, например пастах Luxor с применением природных камней, или алмазных пастах на деревянных притирах из дуба или липы .

Читайте также: