В последнее время как мастера-ножеделы, так и продавцы термообработанного железа всё чаще заявляют о проведении мегаэксклюзивной термообработки с совершенно уникальными свойствами. Что вызывает вполне резонные сомнения и желание разобраться, что и попробуем сделать.
Тема достаточно обширная и сложная, поэтому пройдёмся по ней крупными мазками, скорее тезисно, и ограничимся более-менее современными сталями, используемыми в производстве ножей. Всё изложенное в данной статье является личным мнением автора и не претендует на истину в последней инстанции.
Термообработка – это совокупность способов влияния на структуру и комплекс свойств стали путём термических воздействий. Ну и под термообработкой в данной этой статье мы будем понимать именно окончательную термообработку, формирующую комплекс служебных свойств.
«МАСИЧЬКА» ИЗ СТАЛИ CPM S125V С АВТОРСКОЙ ТЕРМООБРАБОТКОЙ WOLF AGE И ДЕТАЛЬНЫМ МНОГОУРОВНЕВЫМ ХУДОЖЕСТВЕННЫМ ТРАВЛЕНИЕМ
Для того, что бы разобраться, что же считать авторской термообработкой, наверное, стоит понять, что такое «стандартная». Термообработка должна удовлетворять следующим критериям (в порядке приоритетности):
- Обеспечивать приемлемый комплекс потребительских свойств для целевого потребителя.
- Иметь минимальную стоимость.
- Обеспечивать высокую производительность и стабильность получаемых свойств с учётом технологических возможностей. Сюда же технологичность по всему циклу производства.
- Минимизировать количество производственного брака и гарантийных случаев.
Решение этой «системы уравнений» приводит к максимально упрощённой термообработке «по даташиту» на неэкстремальные значения твёрдости. Что, собственно, мы и видим на всех крупносерийных моделях. Третий сорт не брак. Да, datasheet, в дословном переводе «информационный листок» – это документ производителя стали, как правило, содержащий краткую информацию о её составе и свойствах, а также краткую информацию/инструкцию по режимам её термообработки. Даташиты на одинаковые или сильно похожие стали от разных производителей сильно отличаются по информативности, и этим можно пользоваться. Наиболее подробные – у сталей компании Uddeholm. Все виды ТО, и стандартные, и «авторские», базируются на рекомендациях производителей и базовых вариантах ТО для этого класса сталей. При этом нужно понимать, что информация, приводимая в даташитах, является неким усреднением, и конечный результат может в заметной степени зависеть от особенностей реализации конкретной схемы ТО.
«КАСТОМНЫЙ» КУХОННИК ИЗ СТАЛИ M390 С АВТОРСКОЙ ТЕРМООБРАБОТКОЙ WOLF AGE
Итак, мы определились, что «стандартная» ТО рассчитана на массового нетребовательного потребителя с учётом оптимизации технологических и экономических показателей. И в отдельных случаях она может быть весьма неплохой. Теперь надо разобраться, чем от неё отличается «авторская» ТО. Как уже было сказано выше, авторская ТО почти всегда базируется на стандартной (исключения крайне редки). Но за счёт большего внимания к отдельным важным моментам, оптимизации параметров, введения дополнительных этапов или способов обработки она может либо «кастомизировать» комплекс свойств под требования конкретных пользователей, либо даже заметно этот самый комплекс улучшить. На мой взгляд, все «авторские» схемы ТО можно разделить на 3 группы по нарастанию степени их отличий от «стандарта».
- Стандартная оптимизированная ТО. В этом случае не используются дополнительные способы или этапы ТО, но сама термообработка производится с целью получения максимально возможного в рамках стандартной схемы качества. Наиболее часто используются режимы, обеспечивающие лучшую твёрдость и режущие свойства, применяется криообработка. При этом затраты на проведение такой ТО растут относительно незначительно, а прирост потребительских свойств может быть довольно значимым. Для некоторых сталей этот вариант ТО является оптимальным. Такие схемы вполне пригодны даже для крупносерийного производства.
- Продвинутая. Ко всему перечисленному в пункте 1 добавляются редко используемые, но в целом условно «стандартные» способы типа термоциклирования для уменьшения размера зерна или распределения карбидных фаз, закалки с изотермической выдержкой и т. д. В целом эти способы довольно хорошо описаны, но их грамотное использование в конкретной ситуации – показатель грамотности термиста.
- Высший пилотаж. В данном случае термист может применять нестандартные варианты термообработки, глубоко понимая суть происходящих при этом процессов. Это может быть закалка на нетипичную структуру (например, на наноструктурный бейнит) или грамотно выстроенная комбинация из способов, описанных в пункте 2, обеспечивающих значительное улучшение комплекса свойств.
СКЕЛЕТНАЯ «МИНИМАСИЧЬКА» ИЗ СТАЛИ 95Х18 С АВТОРСКОЙ ТЕРМООБРАБОТКОЙ
Надо понимать, что термообработка по пунктам 2 и 3, как правило, приводит к резкому росту трудоёмкости, времени работы оборудования, росту затрат и, следовательно, часто имеет значительно более высокую (иногда на порядок) стоимость и более низкую производительность. К тому же при этом могут усиливаться негативные эффекты длительной ТО: окисление и обезуглероживание, увеличение поводок, более строгие требования к параметрам шлифования и т. д. Более того, для отдельных типов сталей все эти сложные схемы не приводят к заметному улучшению комплекса свойств. А этот самый оптимальный комплекс свойств для разных изделий может быть сильно разным. Поэтому выбор оптимальной схемы ТО и её реализация – показатель квалификации термиста. Который, к сожалению, иногда вынужден действовать в рамках пожеланий заказчика, который временами хочет странного.
А теперь рассмотрим подробнее, что же термист может такого «авторского» сделать с железом.
- Подобрать оптимальные значения режущих свойств и «прочности» за счёт получения правильной твёрдости в рамках стандартной схемы ТО. Обычно твёрдость (с увеличением которой растут режущие свойства) и «прочность» – свойства, находящиеся в противофазе, и, например, с ростом твёрдости стойкость к механическим повреждениям падает. Имеем своего рода одеяло, которое можно натянуть либо на голову (твёрдость), либо на ноги (обеспечить высокую надёжность). И тут выбор оптимальных параметров ТО (в самом примитивном виде – температур закалки и отпуска) может обеспечить требуемое сочетание свойств.
- Улучшить механические и иногда режущие свойства за счёт максимально эффективного измельчения зерна при аустенизации под закалку. Это обеспечивается грамотным выбором температуры предварительного подогрева, малым весом садки, перегревом печи под аустенизацию и т. д. На более высоком уровне дополнительно можно измельчить зерно за счёт термоциклирования в области фазовых превращений. Для ряда сталей это позволяет в разы поднять ударную вязкость, улучшить стойкость к повреждениям РК и иногда режущие свойства. Но для некоторых сталей режущие свойства могут даже несколько ухудшиться, за счёт изменения режима деградации РК с микроскола на износ или смятие.
- Максимально снизить количество остаточного аустенита за счёт криообработки (иногда многократной). Для сталей, обрабатываемых на вторичную твёрдость, криообработка не является обязательной, но может применяться.
- Улучшить режущие свойства за счёт выделения карбидов по границам зёрен. Это несколько ухудшает механические свойства, но за счёт микроскалывания в процессе эксплуатации РК может значительно дольше сохранять приемлемую остроту (эффект «самозатачивания»). Это может быть реализовано, например, нагревом до высокой температуры (обычно несколько выше стандартной температуры аустенизации под закалку) с последующим медленным охлаждением в аустенитной области, а лучше –изотермической выдержкой в области наиболее эффективного выделения вторичных карбидов.
- Повысить прочностные и режущие свойства одновременно за счёт увеличения плотности дислокаций путём сочетания высокотемпературной закалки, высокого отпуска и стандартной закалки с последующим отпуском. Тот же эффект можно получить за счёт ТМО.
- Улучшить механические свойства и твёрдость за счёт закалки из межкритического интервала с последующим высоким отпуском и далее реализацией «стандартного» режима ТО.
- Сделать ТО на «нестандартную» структуру, например термообработку на структуру наноструктурного бейнита (супербейнита) для некоторых сталей. Скажем, длительная изотермическая выдержка стали ШХ15 в диапазоне 90–130 °С приводит к формированию такой структуры, обладающей существенно более высокими вязкопластическими характеристиками.
Рисунок 1. Термокинетическая диаграмма. Температура аустенизации 1020–1060 °С. Выдержка 30 мин. Источник – официальный сайт Uddeholm
И всё вышеперечисленное можно комбинировать. Если делать это правильно. Надо понимать, что не существует «волшебных» схем ТО, которые значительно улучшают все свойства одновременно (увеличивают размер того самого «одеяла»), и в каждом отдельном случае будут свои приоритеты. Также надо понимать, что есть стали, благодарно реагирующие на «авторские» методы ТО, например практически все малолегированные, большинство штамповых, включая высокованадиевые, среднелегированные быстрорежущие. Здесь можно рассчитывать на значительное улучшение комплекса свойств.
Рисунок 2. Диаграмма изотермического распада 1020 °С, 30 мин. Источник – официальный сайт Uddeholm
Есть стали, которые очень слабо реагируют на нестандартные способы ТО, что с учётом нарастания окисления и т. д. ставит рациональность применения таких способов под сомнение. Это практически все топовые порошковые нержавеющие стали. Все остальные стали занимают промежуточное положение. И нужно иметь в виду, что стали, обработанные на максимальные значения твёрдости, всё равно будут обладать худшими механическими свойствами, требовать более аккуратного шлифования и т. д. И принцип «всё и сразу» практически никогда не работает. Так что не стоит хотеть странного. А головой иногда можно думать. И надо понимать, что топовая термообработка не может стоить 300 руб. А приличная – может.
А теперь конкурс: как правильно читать даташиты? На рисунках 1 и 2 приведены диаграммы для стали Vanadis 10. Интересное выделено. К чему бы это?
Все статьи номера: На острие клинка №13, 2024
