Порошковая сталь что это такое?

Технология изготовления порошковых сталей

Порошковая сталь что это такое?

Технология изготовления порошковых сталей

Порошковые стали используются для изготовления ножей уже более 30 лет. За эти годы цена на такие стали существенно снизилась, они стали более доступны и применимы в самых разных ножах, в том числе и не только премиального сегмента. В чем же отличие порошковой стали от «обычной» и каким образом она создается?

Порошковая сталь – это измельченная до состояния порошка сталь, которую распыляют в инертном газе, затем взвесь подают на специальный кристаллизатор, а затем полученные микрослитки прессуют при сверхвысоких температурах и спекают в специальной печи. В результате этих действий происходит так называемый порошковый передел — сталь получает большое количество карбидов, которые отвечают за рез ножа и при этом ее можно легировать дополнительными укрепляющими прочность элементами.

Структура любой закаленной стали состоит из двух важнейших элементов: карбидов и мартенсита.

Мартенсит — это основная структурная составляющая закалённой стали (матрица). Она представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного материала стали (аустенита). Структура мартенсита неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой.

Карбиды – это соединения металлов и неметаллов с углеродом. Особенностью карбидов является большая электроотрицательность углерода, по сравнению с другим элементом. Карбиды — тугоплавкие твёрдые вещества. Они нелетучие и не растворимы ни в одном из известных растворителей. Карбиды применяют в производстве чугунов и сталей, керамики, различных сплавов, как абразивные и шлифующие материалы, как восстановители, раскислители, катализаторы и др. Из карбида кремния SiC (карборунд) изготавливают шлифовальные круги и другие абразивы; карбид железа Fe3C (цементит) входит в состав чугунов и сталей, из карбида вольфрама и карбида хрома производят порошки, используемые при газотермическом напылении.

Большинство сталей, используемых для производства клинков, после термообработки имеют структуру: мартенсит + карбиды (+ остаточный аустенит + неметаллические включения и т.д.). Карбиды, более твёрдые и хрупкие, чем мартенситная матрица, увеличивают износостойкость стали, но ухудшают ее механические характеристики, негативно влияя прочность и вязкость. Степень снижения прочностных свойств зависит от количества карбидной фазы, её типа, размера карбидов и их скоплений и равномерности распределения карбидов в структуре.

Кроме того, выраженная карбидная неоднородность создаёт проблемы при шлифовании, увеличивает склонность к поводкам и трещинам. Стали с большим количеством крупных и неравномерно распределённых карбидов хуже поддаются горячей деформации. Такая сталь приобретает при термообработке неоднородную структуру, а сами результаты термообработки становятся менее предсказуемыми.

Следовательно, чтобы увеличить износостойкость стали и длительное удержание остроты, нужно увеличивать количество карбидной фазы, а чтобы сохранить приемлемые механические характеристики уменьшать и улучшать их распределение. Добиться этой цели можно несколькими методами. Среди них:

1. Оптимизация состава стали. К примеру, можно насытить сталь карбидами других типов, чаще всего большим количеством ванадия.

2. Микролегирование. Насыщение стали элементами, которые улучшают распределение карбидов и несколько уменьшают их размеры.

3. Высокоинтенсивная пластическая деформация. При увеличении степени деформации карбиды частично дробятся, и улучшается их распределение (особенно при использовании специальных приёмов деформации).

4. Увеличение скорости кристаллизации. Именно этот принцип лежит в основе технологии порошковой металлургии. Для того, чтобы увеличить скорость охлаждения нужно уменьшить размеры слитка. При размере слитка порядка 150 мкм, скорость охлаждения достигает 104105 к/с, при таких скоростях и размерах эвтектика (жидкий раствор, кристаллизующийся при наиболее низкой температуре для сплавов данной системы) получается очень тонкой, а размер карбидов не превышает 23 мкм. Для того, чтобы этого добиться нужно применить порошковый метод или метод порошкового передела.

Порошковый метод (порошковый передел).

Переде́л— одна из стадий получения или переработки металла в чёрной и цветной металлургии. К переделам относятся: плавка и разливка металла, обжатие, прокат, трубное и метизное производство. Сущность технологии метода порошковой металлургии состоит в получении порошков чистых металлов и многокомпонентных сплавов с их последующим поэтапным безотходным преобразованием в готовые к эксплуатации материалы, изделия и покрытия требуемых функциональных параметров.

Свойства порошков

Порошки металлов различаются по своим физико-химическим и технологическим свойствам. К категории физических свойств относятся форморазмеры и гранулометрический состав частиц, характеристики их удельной поверхности, а также плотность и способность деформироваться, которая называется микротвердостью.

Набор химических свойств определяется химическим составом сырья и метода/способа изготовления. Допустимая концентрация в готовой порошковой продукции нежелательных примесей не должна превышать значения 1,5-2%. Одним из важнейших химических свойств является степень газонасыщенности порошка, что особенно актуально для порошков, получаемых путем восстановления, из состава которых бывает трудно удалить определенную часть газообразных восстановителей и продуктов реакции.

Основными методами изготовления порошков из сырья являются:

1. Физико-механический метод

В рамках данного метода исходное сырье преобразуется в порошок без нарушения химсостава, посредством механического измельчения, как в твердом агрегатном состоянии, так и виде жидкого расплава. Физико-механическое измельчение производят способами: дробления и размола; распыления и грануляции. При дроблении и размоле твердого сырья изначальные размерные параметры частиц уменьшаются до заданных значений.

2. Химико-металлургический метод

Этот метод получения металлических порошков также можно реализовывать различными способами, среди которых наиболее востребованные:

  • Химическое восстановление металла из исходного сырья (восстановительный способ). Он применением различных химических веществ-восстановителей, которыми воздействуют на соли и оксиды металлов для отделения неметаллической фракции (солевого остатка, газов).
  • Электролиз — способ изготовления порошков состоит в осаждении частиц чистого металла на катоде под воздействием постоянного тока на соответствующий электролит в виде раствора либо расплава.
  • Термокарбонильная диссоциация (карбонильный способ). Порошки карбонильные изготавливают путем разложения в заданном температурном режиме карбонильных металлических соединений на исходные составляющие: частицы чистого металла и газообразный монооксид углерода СО, который удаляется.
  • Процесс изготовления порошковой стали включает в себя ряд этапов: предварительную подготовку порошковой смеси (шихты); формовку; спекание.
  • Предварительная подготовка порошковой смеси
  • П реобразование уже изготовленного металлического порошка в конечные изделия начинается с предварительной подготовки исходной смеси (шихты), которая в последующем будет подвергаться формованию и спеканию. Процесс подготовки исходной шихты является трехэтапным и последовательно осуществляется в виде: отжига, затем сортировки по фракциям (классификации) и непосредственно смешивания.

Рекристаллизационный отжиг порошков необходим для повышения показателей их пластичности и прессуемости. Путем отжига удается восстановить остаточные оксиды и удалить внутреннее напряжение – наклеп. Для отжига порошки подвергают нагреву в восстановительно-защитных газовых или вакуумных средах.

Классификацию порошков осуществляют их разделением по фракциям (в зависимости от тех или иных размерных параметров частиц) с применением специальных вибросит, имеющих ячейки соответствующих диаметров. Для разделения по фракциям применяют также воздушные сепараторы, а для классификации жидких смесей – способ центробежной дисперсной седиментации.

Порошковый материал направляется нагнетаемым турбиной воздушным потоком в область разделения, где под действием центробежной силы происходит отделение и оседание тяжелых крупных частиц, удаляемых в нижнем направлении через разгрузочный клапан. Мелкие легкие частицы увлекаются циклонным потоком воздуха вверх и направляются на дополнительную сепарацию.

Смешивание – важнейшая из подготовительных операций, она производится путем приготовления из металлопорошков различного химико-гранулометрического состава (возможны легирующие добавки порошков неметаллических элементов) однородной субстанции – шихты. От того, насколько тщательно происходит смешивание, зависит однородность шихты, что исключительно важно для конечных функциональных свойств готовой металлокерамической продукции. Чаще всего смешивание порошковых составляющих осуществляют механическим способом с применением специальных миксерах. Смешивание, не сопровождающееся измельчением, выполняют в миксерах непрерывного действия барабанного, шнекового, лопастного, центробежного и других типов. По завершении процесса получаемая шихта тщательно высушивается и просеивается.

Формование (формовка) в порошковой металлургии – это технологическая стадия, целью которой является уплотнение поступающего в пресс-форму заданного количества готовой сыпучей шихты и ее обжатие для придания форморазмеров готового к последующему спеканию изделия. Деформация частиц при формовке по своему генезу может быть одновременно упругой, хрупкой и пластической. Формовка шихты в большинстве случаев осуществляется путем ее размещения в прочных стальных пресс-формах и последующего спрессовывания под давлением от 30 до 1200 МПа на прессовых агрегатах механического, пневматического или гидравлического принципа действия.

Читайте также  Сварка полуавтоматом для начинающих без газа

Последней стадией технологического метода порошковой металлургии является термическая обработка сформованных заготовок. Она осуществляется методом спекания. Спекание – одна из наиболее ответственных технологических процедур в рамках метода ПМ, в результате которой малопрочные заготовки преобразуются в исключительно прочные спеченные тела. В ходе спекания из заготовки удаляются адсорбированные в них газы, происходит возгонка нежелательных примесей, и снимаются остаточные напряжения в частицах и точках контакта между ними, устраняются оксидные пленки, происходит диффузионное преобразование поверхностного слоя, качественно преобразуется форма пор. Спекание осуществляют двумя способами: твердофазным (по мере нагрева заготовок не образуется жидкий расплав одного из компонентов), и жидкофазным. В результате спекания получается металлический брусок или пластина, которые и становиться основой для изготовления ножа.

Преимущества порошковых сталей

За счёт мелких размеров и равномерному распределению карбидов в порошковых сталях можно существенно увеличить степень легирования и объем карбидной фазы, и тем самым повысить стойкостные свойства стали. Достигаются лучшие механические характеристики, в частности порошковые стали гораздо лучше шлифуются и куются. При закалке стали получается более насыщенный твёрдый раствор, более мелкое и равномерное зерно, что способствует некоторому повышению твёрдости, теплостойкости, механических свойств и коррозионной стойкости. Порошковая технология позволяет достаточно легко получать высокоазотистые стали методами твердофазного азотирования. В целом порошковый передел практически не имеет недостатков, повышая все качества стали.

Что такое порошковая сталь

Порошковые стали

Про порошковые стали ходит множество заблуждений. Даже от некоторых специалистов приходится слышать совершенно некорректные высказывания относительно свойств и востребованности порошковых сталей, что уж говорить о простых пользователях, которым совершенно неинтересна вся эта металлургия, им нужен хороший нож, а порошковый стоит дороже. Так за что же приходится платить?

Для начала немного теории. Попробую сформулировать предельно понятным языком.

Современная сталь представляет собой сплав карбидов (соединений металла с углеродом) и матрицы. Карбиды гораздо более прочны, чем матрица (2500 HV против 800 HV). Прочность же средне-и высокоабразивных материалов, которые мы режем (канат, шкура и т.д.) составляет около 1000 HV. Из этого следует, что если перед нами стоит задача резать такие материалы — нам надо выбрать нож с высокой карбидной фазой, так как относительно мягкая матрица способна резать только мягкие материалы (кухонный нож).

Если карбидной фазы мало – абразив стачивает мягкую матрицу. Чтобы этого не происходило – нам нужно увеличить размер карбида,чтобы именно он взаимодействовал с абразивом.. Хорошо, начинаем вводить легирующие добавки, служащие именно этой цели.

Представим карбид в матрице как зуб в десне. Он существенно тверже абразива, абразив не сможет его сточить. Казалось бы, почему тогда тупится нож? А потому что зуб, испытывая постоянные нагрузки, начинает просто выламываться из матрицы. То есть виды затупления при низкой и высокой карбидных фазах разные. Но нам, как пользователю, это неинтересно, как именно тупится нож, нам надо, чтобы он не тупился.

То есть заколдованный круг, мало карбидов – нож быстро тупится, больше крупных карбидов – нож опять таки быстро тупится, механические свойства невелики. Увеличение твердости матрицы ничего не даст – она станет хрупкой. Решение нашли в том, чтобы сделать размер карбида не очень большим, тогда карбидов в матрице будет много, и выламывание части их не приведет к затуплению ножа. Но сделать обычным образом это невозможно, потому что размер карбида зависит от скорости кристаллизации. Чтобы уменьшить размер карбида – надо увеличить скорость кристаллизации. И современные технологии традиционного литья достигли своего предела – карбид меньшего размера сделать не удавалось.

И вот тут на сцене появляется порошковая технология. Порошковый передел в самом простом понимании – это та же сталь, которую:

— Распыляют в инертном газе

— Взвесь подают на кристаллизатор.

-Полученные микрослитки прессуют при сверхвысоких давлениях, и затем спекают.

Суть в том, при при распылении получаются микрослитки стали очень малого размера, которые уже можно быстро охладить (кристаллизовать). В итоге получаем очень высокую карбидную фазу, очень равномерно распределенную, что существенно повышает механические свойства (прочность).

Именно поэтому порошок всегда прочнее моностали равной с ней твердости – именно из за равномерности. Также порошок дает очень приятный бонус – при порошковом переделе удается увеличить количество легирующих добавок. Например, мы помним из школьного курса, что углерода в стали чисто физически не может быть более 2% — она превращается в хрупкий чугун. А вот при порошком переделе количество углерода может довести до 4%, что влияет на образование карбидной фазы.

Подведем итоги. Порошковый передел успешно решает проблему неоднородности распределения легирующих элементов в расплаве, также позволяя получить более качественный состав легирования. Это напрямую, и очень существенно, влияет на режущие свойства стали.

Ну и для наглядности — несколько интересных таблиц — сравнение прочности и износостойкости моносталей и порошков.

edge retention – аналог прочности, сопротивление заминам режущей кромки

wear resistance – износостойкость

working hardness – рабочая твердость

Corrosion resistance – коррозионная стойкость

Toughness – ударная вязкость

CPM- это условное название порошкового передела

Несколько слов можно сказать и об ударной вязкости порошковых сталей (тем, кто боится, что у него нож сломается при рубке кости)

Сталь………..Твердость……..Коэффициент ударной вязкости (еще один вид прочности, отвечает именно за динамические нагрузки, которые возникают при рубке)

Виды и особенности порошковых сталей

Порошковые стали сильно отличаются от привычных инструментальных и ножевых высокоуглеродистых сталей. Порошковая металлургия – это передовая отрасль промышленности, которая позволяет с помощью специальных технологий создавать уникальные стали с неповторимыми свойствами.

Суть технологии, получившей широкое развитие в 60-е годы XX века заключается в том, что позволяет вводить в сталь значительно большее количество легирующих элементов, не провоцируя при этом снижение прочности и обрабатываемости.

Безусловными преимуществами порошковой металлургии являются безотходность, производительность, высочайшая точность и получение уникальных свойств. А эксплуатационные характеристики продукции можно сделать более гибкими за счет применения возможностей порошковой металлургии.

Естественно, производство порошковой стали дороже и требует специального оборудования.

Содержание углерода и легирующих элементов в сталях ZDP 189, ZDP 247, Cowry-X и Cowry-Y

Элемент/Марка стали ZDP 189 ZDP 247 Cowry-X (RT-6) Cowry-Y (CP-4)
Углерод (C), % 2,90-3,00 2 3,00 1,20
Хром (Cr), % 19,00-20,50 17 20,00 14,00
Молибден (Mo), % 0,90-1,00 1,00 1,00 3,00
Ванадий (V), % 0,25-0,35 0,30 1,00
Кремний (Si), % макс. 0,35
Сера (S), % макс. 0,020
Фосфор (P), % макс. 0,030
Твердость по Роквеллу, HRC макс. 69 61-63 63-66 61-64

Так называемая, «суперсталь», разработанная на основе технологии аморфных металлических сплавов, и применяемая на самых дорогих и качественных ножах. При правильной заточке обладает невероятно агрессивным резом и держит заточку очень долго. Такие свойства обусловлены очень высоким содержанием углерода в сплаве. Традиционно сплавы с содержанием углерода более 2% относят уже не к сталям, а к чугунам, однако метод создания ZDP-189 позволяет при содержании углерода в 2.90-3.00% относить материал к высокоуглеродистым сталям.

При этом ZDP-189 – достаточно коррозионностойкий и ударопрочный материал. Сталь была разработана в Японии в 1996 году специально для ножевой промышленности компанией Hitachi Metals совместно с мастерами Китано Катсуми и Кодзи Хара. Производится только в Японии.

ZDP-189 считается одной из самых сбалансированных высокоуглеродистых порошковых сталей и позволяет закаливать материал до предельной твердости 69 HRC. Сталь ZDP-189 не предназначена для изготовления ножей с вогнутыми спусками. Клинки из стали ZDP-189 требуют аккуратного обращения.

Высокоуглеродистая инструментальная сталь производства корпорации Hitachi Metals, разработанная на основе технологии аморфных металлических сплавов, как и сталь ZDP-189. Используется в изготовлении высококлассных ножей. Состав стали является коммерческим секретом. Предельная твёрдость по шкале Роквелла – 63 HRC.

Вязкая порошковая высокоуглеродистая сталь, близкая по свойствам к ZDP-189. Была специально разработана в 1993 году японской фирмой Diado Steel Company по технологии аморфных металлических сплавов. Это ножевая сталь с высокими показателями прочности. Она содержит 3% углерода, 20% хрома, 1% молибдена, 0,3% ванадия и может быть закалена до 63-66 HRC без повышения хрупкости.

Сталь Cowry-X обладает прекрасным резом при правильной заточке и обладает высокой коррозионной стойкостью.

Японская коррозионностойкая сталь производства Daido Steel Company, применяемая в ножевой промышленности. Сталь содержит 1.2% углерода, 14% хрома, 3% молибдена, 1% ванадия и может быть закалена до 64 HRC по шкале Роквелла. Повышенное содержание молибдена говорит о высокой твёрдости и прочности.

Сталь YXR7 – это «секретная разработка» компании Hitachi Metals, результат попыток создания «идеальной» ножевой стали с помощью порошковой металлургии. Состав стали YXR7 засекречен и является коммерческой тайной. Известно лишь, что предельной для подобного материала является закалка до 65 HRC, а также что сталь обладает высокой ударной вязкостью и хорошо противостоит сколам при высочайшей износоустойчивости.

Читайте также  Сварка чугуна электродом по нержавейке

Матричная быстрорежущая сталь YXR7 из серии YXR стала первой коммерчески доступной на мировом рынке сталью, которая решила традиционные проблемы с недостаточной твердостью и вязкостью. YXR7 обладает высокой вязкостью даже при твердости в 65 единиц Роквелла.

В настоящее время YXR7 используется для производства высококлассных и профессиональных стамесок, рубанков и ножей.

Активно используется производителем высококлассных ножей – японской компанией Rockstead. Для укрепления стали и придания ей коррозиестойких свойств Rockstead наносят либо алмазоподобное покрытие DLC, либо титано-алюминиевое HPC.

Мартенситная нержавеющая сталь CPM S30V (так же называемая просто S30V) была разработана в 2001 году Диком Барбером из шведской компании Crucible Materials Corporation и ножевым мастером Крисом Ривом. Считается одной из лучших среди порошковых сталей. По мнению американской компании Buck Knives, CPM S30V является «абсолютно лучшей сталью для ножей».

Порошковая сталь S30V была специально разработана для ножей высокого качества. По сравнению с «родственными» сталями S60V и S90V имеет более низкое содержание ванадия, что обеспечивает лёгкую обработку и шлифование.

Кроме того, благодаря очень равномерному распределению ванадия, именно эта порошковая сталь позволяет добиться очень тонкого сведения к режущей кромке.

Для проявления лучших свойств S30V рекомендуется закаливать до твёрдости по шкале Роквелла в 58-61 HRC. При закаливании до большей твёрдости сталь сможет сталь ломкой и склонной к образованию зазубрин. По своим свойствам CPM S30V является более износостойкой, нежели популярные D2, 440C и 154CM, а по устойчивости к коррозии значительно превышает 440C.

Наиболее часто сталь CPM S30V используют Sal Glesser, Ernest Emerson, Tony Marfione, Phil Wilson, William Harsey Jr., Tom Mayo, Jerry Hossom, Paul Bos, а также японские мастера Suzuki Yoshiro и Suzuki Hiroshi.

Порошковые стали для клинков

Порошковые стали для клинков

В последнее время оружейниками и мастерами ножевого дела был отмечен заметный рост интереса именно к группе порошковых сталей или, как их еще называют, «порошки». Что собственно и не удивительно, ведь именно они в настоящее время прочно укрепились на позициях лидеров среди материалов для стали.

Возможно, причина такого интереса в том, что данный тип стали и ее разновидностей неоднократно устанавливал мировые рекорды, как по способности удерживать режущую кромку, так и по показателям устойчивости к разнообразным физическим нагрузкам. Кроме этого, данный вид стали стал пользоваться популярностью среди производителей ножей, как среднего, так и высокого класса.

Технология изготовления порошковой стали

Большая часть сталей, из которых в настоящее время производят почти 90% клинков, представленных на прилавках магазинов, при упрощенном рассмотрении имеют практически одинаковую структуру, в большинстве своем состоящую из мартенсита и карбидов. Также сюда могут добавлять остаточный аустенит, неметаллические включения и т.д. При этом не секрет, что использование карбидов в ножевой стали обусловлено тем, что сами по себе карбиды более твердые и хрупкие, чем мартенситная матрица, но при этом они заметно увеличивают износостойкость стали и ухудшают (сверх некоторого предела) механические характеристики. Особенно сильно ухудшения коснулись показателей прочности и вязкости. Кроме этого общая степень уменьшения «прочностных» свойств напрямую зависит от параметров карбидной фазы. Особенно от ее количества, типа, размера самих карбидов и их скоплений и равномерности их распределения в общей структуре.

Стоит отметить и тот факт, что хорошо выраженная карбидная неоднородность (именно этим термином пользуются для характеристики «качества» карбидной фазы и ее распределения) создает проблемы при шлифовке метала, а также увеличивает вероятность появления поводков и трещин. При этом мастерам ножевого дела, хорошо известно, что стали, содержащие большое количество крупных и неравномерно распределенных карбидов, намного хуже поддаются горячей деформации, и, начиная с некоторой степени карбидной неоднородности, материал практически полностью перестает деформироваться в обычных условиях.

Исходя из вышеперечисленных аспектов при создании ножа мастера, получается, попадают в своеобразный замкнутый круг – для повышения показателей стойкости им нужно увеличивать количество карбидной фазы, но в то же время с целью сохранения нужных показателей механических характеристик приходиться уменьшать ее количество и улучшать распределение. В связи с тем, что количество и тип карбидной фазы напрямую зависят от состава стали, основу которого составляет показатель содержания углерода и количества и типа легирующих элементов, то в «классических» марках ножевой стали существует некоторый предел по легированию при достижении которого сталь еще обладает минимально допустимыми механическими и технологическими свойствами. А соответственно, существует и предел стойкостных характеристик.

Все ЗА и ПРОТИВ порошковых сталей

Что кроется за столь необычным названием «порошковая сталь» мы рассмотрели в первой части данной статьи, сейчас же стоит подвести итоги и попытаться кратко отписать все положительные и отрицательные стороны порошковых сталей.

К преимуществам порошковым сталей можно отнести:

  • Гибкость. Ведь за счет небольших размеров и максимально близкого к идеальному распределения карбидов, в данной разновидности стали можно весьма сильно повысить степень легирования, что приведет к росту ее стойкостных свойств.
  • Механика. По тем же причинам при разумном подходе к ограничению количества карбидной фазы, можно добиться заметного улучшения механических характеристик.
  • Шлифовка. Из-за того, что в составе порошковой стали имеются мелкие, равномерно распределенные карбиды они гораздо лучше поддаются шлифовке и ковке.
  • Закалка. Во время процесса закалки порошковая сталь получает более насыщенный твердый раствор, более мелкое и равномерное зерно. В результате чего отмечается повышение показателей ее твердости, теплостойкости, механических свойств и коррозионной стойкости.
  • Изготовление. Порошковая технология позволяет достаточно легко получать высокоазотистые стали методами твердофазного азотирования.
  • Применение. Порошковые стали легко могут применяться для создания материалов методами механического легирования (карбидостали, керметы, ДУО стали).

При довольно внушительном списке плюсов, как и все в этом мире, порошковая сталь также обладает и некоторыми недостатками:

  • Порошковый передел расширяет, но не отменяет пределов по легированию. Например, если такая сталь не имеет в своей структуре эвтектических карбидов, то ее порошковый передел не имеет смысла и чаще всего приводит к некоторому ухудшению свойств.
  • Стали порошкового передела содержат в себе большее количество неметаллических включений, правда, в последнее время, благодаря усилиям ученых с этим фактором уже успешно борются.
  • Стали порошкового передела заметно дороже. Кроме того, для их успешного производства требуется дорогостоящее специальное оборудование, также существуют ограничения на максимальный размер заготовок.

Необходимо понимать, что порошковый передел — это не палочка выручалочка. Он решает одну задачу — борьбу с карбидной неоднородностью. Наиболее целесообразно получение этим методом высоколегированных сталей (например, быстрорежущих или коррозионно-стойких), где улучшение стойкости, механических и технологических свойств компенсирует повышение стоимости.

На сегодняшний день клинки почти 90% ножевых изделий различных брендов изготавливаются из порошковой стали.

Далее рассмотрим порошковые нержавеющие стали

1. СРМ 154 Порошковая версия стали 154CM (ATS 34) и практически полный аналог стали RWL-34. От “простой” 154 отличается лучшей механикой (выше прочность и вязкость) и несколько лучшей шлифуемостью. Одна из самых популярных сталей на ножах среднего класса. Потенциал этой стали раскрывается при ТО на вторичную твердость (62-63 HRc), чего, к сожалению большинство производителей не делает из за технологической сложности и худшей коррозионной стойкости.

2. CPM S30V Фактически стала неким “золотым стандартом” для серийных и авторских ножей среднего и высокого класса. К сожалению, большинство производителей обрабатывают ее на твердость 58-60 HRc (в расчете на неквалифицированного пользователя, да и из технологических соображений), при которой она демонстрирует среднюю стойкость РК и агрессивность реза. Потенциал этой стали полностью раскрывается при ТО на твердость 61-62HRc, при которой она демонстрирует стойкость РК примерно на 50% выше чем при 59 HRc.

3. CPM S35VN Рестайлинговая версия “тридцадки”. Особеннностью данной стали является легирование ниобием, что становится модной тенденцией и обеспечивает несколько лучшую механику. По ощущениям сталь полностью соответствует CPM S30V и находится с ней в одной нише.

4. CPM S90V На сей момент ветеран модельного ряда, но не уступающий своих позиций. Сталь содержит первичные карбиды ванадия, что несколько ограничивает механику, но теоретически обладает высокой износостойкостью. На практике ее в заметной степени ограничивает максимально достижимая твердость (часто 59-60 HRc) при которой стойкость РК не превосходит S30V при 62 HRc.

5. CPM S125 Еще больше ванадия, еще выше износостойкость и хуже механика. Впрочем, при нормальной эксплуатации сталь ничем не отличается от других. Эта сталь периодически используется некоторыми фирмами и мастерами, часто с обработкой на низкую твердость, что лишает затею смысла.

6. CPM S110V Лидер модельного ряда. Карбидный монстр, сочетающий огромное количество твердых карбидов с высокой твердостью (до HRc 64). Особенностью легирования является очень большое количество ниобия (на мой взгляд, излишне большое, в структуре стали присутствует эвтектика NbC) и добавка кобальта, увеличивающая вторичную твердость. Несмотря на высокую твердость и большое количество карбидной фазы сталь обладает хорошими мех. характеристиками. Стойкость РК – на уровне лидеров, из “нержавеек” может только Vanax 75 поспорит. Казалось бы все хорошо. Ан не совсем. Особенностью данной стали является весьма неагрессивный рез. То есть он неплох для “обычного” ножа, но от изделия (и стали) премиум класса ждут совершенно иного. Проблема частично решается тонкой геометрией и особой заточкой, но именно это пока мешает назвать 110 своей любимой нержавейкой.

Читайте также  Что крепче сталь или алюминий?

Пожалуй, стоит вспомнить и CPM S60 (CPM 440V), с которой все начиналось. Сталь больше не выпускается, но, иногда, еще встречается на рынке. Недостаточная твердость на большинстве изделий не позволяют реализовать потенциал этой стали. В настоящее время лучше предпочесть S30-S35 или S90.

Порошковая сталь для ножей

Сейчас всё чаще можно встретить в описании ножей термин «порошковая сталь». В данной статье мы расскажем, что же это за новый материал, будет ли нож из него крепче и долговечнее привычной нам стали. Для этого потребуется изучить саму технологию процесса изготовления и историю возникновения этого сплава.

Клинок из стали ELMAX.

  1. История
  2. Состав и свойства ножа из порошковой стали
  3. Технология изготовления порошковой стали
  4. Порошковая сталь для ножей плюсы и минусы.
  5. Виды порошковых сплавов для изготовления ножей
  6. Премиум класс
  7. Хай энд
  8. Механические и химические свойства стали Elmax
  9. Как делают ножи из порошковой стали
  10. Как заточить нож из порошковой стали
  11. Удобство и простота применения
  12. Дешёвые аналоги Elmax

История

Первыми, кто её изготовил, были индусы. Они ещё в конце VII века до нашей эры сделали железную колонну именно из порошковой стали. Она была весом почти 6 тонн и длиной около 7 метров. Что самое интересное, эта колонна отлично сохранилась до наших дней! Однако широко использовать данную технологию начали только в 60х годах XX века. В США пытались повысить твёрдость путём введения легирующих добавок.

Состав и свойства ножа из порошковой стали

Для ножей из порошковой стали используются разных виды сплавов. От того, какие металлы в составе, будут зависеть характеристики каждого конкретного ножа.

Влияет на стойкость к износу и твёрдость, но снижает прочность. Такие ножи имеют стойкость к коррозии, не требуют частой заточки.

Сталь, содержащая 13% и более хрома, называют нержавеющей. Однако она также требует ухода.

Влияет на стойкость к износу и твёрдость, однако снижает прочность.

Для того чтобы глубже погрузиться в данную тему, нам потребуется разобраться в составе современной стали.

Итак, в настоящее время большинство сталей (по ТО) имеют структуру:

Схема структуры большинства сталей.

мартенсит + карбиды (+ остаточный аустенит + неметаллические включения и т.д.).

Рассмотрим каждые из этих частиц:

  • карбиды твёрдые, но хорошо ломаются. Они крупнее других частиц и поэтому плохо распределяются между ними. Из-за этого может страдать прочность изделия;
  • мартенсит легче и прочнее, чем карбид, но более тягучие, чем карбиды.

Технология изготовления порошковой стали

От того, как много карбидов, и насколько хорошо они распределены, будет зависеть прочность готового ножа. Большое количество мартенситов ведёт к большей гибкости и меньшей твёрдости.

Карбиды – это крупные частицы, и распределение будет неравномерным.

Чтобы добиться высокой прочности, нужно улучшать распределение частиц.

Как же этого можно добиться? Технология изготовления довольно сложна:

Для этого размер карбида делают не очень большим, распыляя сталь в виде порошка, микрочастицы которого похожи на слитки. Их теперь можно быстрее охладить (т.е. кристаллизировать).

  1. Далее идёт обработка и прессовка под высоким давлением.
  2. Далее идёт сплавление твердофазное и двухфазное. В сплав возможно добавлять самые различные добавки. Это позволит улучшить необходимые показатели.
  3. Полученная из порошка сталь на выходе получается прочнее обычной (даже при одинаковой твёрдости).

Процесс изготовления стали из порошка.

Порошковая сталь для ножей плюсы и минусы.

У порошковой стали есть не только существенные плюсы, но и некоторые минусы. Рассмотрим их:

  1. Дорогое производство. Для создания порошковой стали требуется более сложное и дорогое оборудование. На обычных станках невозможно повторить всю многоступенчатую технологию.
  2. Высокая цена готовых изделий. Она, в свою очередь, вытекает из стоимости производства.
  3. Трудность в заточке. За счёт того, что на выходе получается очень крепкий металл, снять верхний слой с него становится сложно. Обычная заточка для ножей вряд ли справится с такой задачей.

Плюсов больше:

  1. Гибкость.
  2. Прочность.
  3. Точность.
  4. Долговечность. Их гибкость, прочность, точность и долговечность превосходят во много раз обычную сталь.
  5. Экологичность. Производство таких ножей безотходное, лишних остатков металла нет.

Виды порошковых сплавов для изготовления ножей

Исходя из предназначения ножа, выбирают соответствующую сталь. Существует 4 класса порошковой стали:

  • премиум;
  • хай энд;
  • средний;
  • низкий класс.

Предлагаем подробнее остановиться на двух классах.

Премиум класс

Вид Описание
CPM S30V Этот сплав производят в США. Сейчас из него производят дорогие премиальные ножи. В основном это охотничьи ножи, которые обладают повышенной износостойкостью, в то же время, лезвия хорошо затачиваются.

Хай энд

Теперь рассмотрим разновидности металлов из порошковой стали класса «хай энд». С английского «high-end» переводится, как «высший класс». Ножи данной категории считаются лучшими среди не премиальной категории. В качестве охотничьего такое изделие немного уступает ножам класса «премиум», однако для неискушённых владельцев, такая сталь станет отличным приобретением.

  1. Производства США, противостоит коррозии и хорошо затачивается. Он очень схож с CPM S35VN, но характеристики немного скромнее.
  2. ATS-34. Сплав производства Японии, похожий свойствами на 154CM. Он часто применяется для профессиональных ножей. Очень хорошо затачивается, обладает антикоррозийными свойствами.
  3. D-2. В этой стали малое содержание хрома. Из-за этого она ржавеет, однако данный сплав более твёрдый и износостойкий, чем аналоги 154CM и ATS-34.
  4. VG-10. Японский сплав, который содержит ванадий и хром. Благодаря этому он прочнее 154CM, ATS-34 и D-2. Главный его минус – требуется частая заточка.

Складной Нож 8CR18MOVblade из стали Хай энд.

Механические и химические свойства стали Elmax

Рассмотрев взаимосвязь состава и характеристик можно выделить сплав Elmax. Он содержит молибден, ванадий, хром. Благодаря этому лезвие хорошо затачивается и долго не поддаётся коррозии.

Хром составляет 17,8%, углерод – 1,72%, поэтому Elmax относится к высокоуглеродистым. Легирующие элементы это:

  • ванадий, он повышает твёрдость и прочность;
  • кремний позволяет сохранить вязкость;
  • молибден увеличивает упругость и помогает противостоять коррозии и сопротивляемость окислению при высоких температурах;
  • никель делает ножи пластичнее, также противодействует коррозии;
  • вольфрам делает изделия менее хрупкими;
  • магний также улучшает характеристики изделия.

Как делают ножи из порошковой стали

Процесс изготовления ножей из порошковой стали включает несколько этапов:

  1. Материал распыляется в порошок на мельчайшие слитки.
  2. Если необходимо, сплав обрабатывается специальным образом.
  3. Порошок из металла помещается в вакуумную пресс-форму.
  4. Происходит прессовка под высоким давлением.
  5. Далее производится твердофазное или двухфазное спекание приз воздействии высокой температуры и давления.

Далее создаётся рукоять, сам клинок может быть украшен.

Как заточить нож из порошковой стали

Один из минусов порошковой стали – это, несомненно, сложность её заточки. На обычной кухне заточить нож, не допустив неровностей и мельчайших сколов очень сложно. Для этого необходимо специальное оборудование. Самый простой путь – обратиться в мастерскую, которая на этом специализируется.

Процесс заточки ножей.

Удобство и простота применения

Удобство и простота – это самые сильные стороны ножей из порошковой стали. Они очень острые, долго не тупятся. Их отличные свойства позволяют использовать их даже на охоте, рыбалке и в специализированном армейском снаряжении.

Дешёвые аналоги Elmax

Без сомнений, Elmax – лучших выбор, особенно для кухни. Однако есть его более дешёвые аналоги. Это сплавы Beta-ti Alloy, Blue Paper Super. Для их производства используется порошковая сталь более низкого качества. Если бюджет ограничен, то такие сплавы также станут неплохим вариантом.

Итак, мы можем сделать вывод, что порошковая сталь превосходит по своим характеристикам обычную. Однако сложность её изготовления влечёт за собой высокую цену, которую она, впрочем, оправдывает.

Лучший выбор сплава для ножа из порошковой стали – это Elmax. Если же бюджет ограничен, то можно остановиться на более дешёвых аналогах, которые могут использоваться даже на кухне.

Оцените статью
Добавить комментарий