На выставке МАСТЕР КЛИНОК 2008 украинский мастер Юрий Васильевич Кульбида представил нож «Алмазная Сталь» при изготовлении которого была использована новая российская сталь...

Что мы о ней знаем?

Со слов изготовителя ножа состав стали: углерод - 1,3-1,5%; хром - 0,5-0,7%; вольфрам - 4-5%; ванадий – 1,0-3,0%; кремний – 0,1-0.3%; марганец -0,1-0,35%; медь -0.03%.

Термообработка - закалка от 800-850°С, твердость - 69 HRC. Собственно, это все, что известно.

Внешний осмотр ножа: вдоль нап­равления горячей деформации сигарообразные каверны длиной 5-10мм и шири­ной до 1 мм, дальнейшей полировке обычными абразивами нож не поддается.

На основании этих скудных данных, используя известные представления о структурообразовании и свойствах леги­рованных сталей, попробуем разобраться, с чем же мм имеем дело в действи­тельности. Ведь для неискушенных людей этот материал можно представить как открытие или некий феномен.

На самом деле все достаточно просто. Для краткости, объяснение дадим в виде нескольких положений.

1. Предлагаемая сталь является по­пыткой (удачной или нет, судить не нам, а потребителям) объединить достоинства и исключить недостатки двух классов материалов. Первым из них являются из­носостойкие белые чугуны (как правило, хромсодержащие). Вторым - быстроре­жущие стали (Р18, P6MS и им подобные), имеющие высокие режущие свойства.
2. Недостаток белых хромистых чугунов очевиден –они практически не деформируемы и получить ковкой лезвие невозможно. Известно также и решение проблемы (как один из вариантов) - введение в значительных количествах ванадия. В этом случае изменяется мор­фология эвтектической составляющей и материал становится, в принципе, де­формируемым. Все это подробно изучено в работах днепропетровской школы металловедения (Таран, Нижниковская и др.) в 70-80-х годах прошлого века.
3. Для любой быстрорежущей стали характерен целый комплекс технологических трудностей, связанных с термообработкой, решить которые в любительских условиях просто невозможно. Отнюдь не случайно ножовщики используют для изготовления клинков из быстрорежущей стали только отрабо­тавшие машинные пилы по металлу, не требующие уже никаких технологических операций, кроме вышлифовки спус­ков и заточки.

Собственно говоря, предлагаемая сталь и предполагает устранение тех­нологических проблем, отмеченных в пунктах 2 и З.

Сталь хоть и тяжело, но куется и получить полосу можно.

С термообработкой также никаких проблем (температура закалки «всего-то» 850°С).

Параллель, проведенная нами между новым материалом и хорошо из­вестными быстрорежущими сталями и белыми чугунами, может показаться достаточно условной и не имеющей практического применения. Все станет на свои места, если мы рассмотрим осо­бенности структурных и фазовых прев­ращений при изменении состава, например, быстрорежущей стали.

Для практической реализации это более подходящий вариант.

Итак, для получения высоких режу­щих свойств, ножевых полотен, режущих все без исключения, быстрорежущие стали сбалансированы по соотношению углерода и карбидообразующих элементов.

Цель - обеспечить образование в стали только специальных карбидов МбС (на основе W и Мо), МС (на основе V), М23С6 (на основе Cr). Именно их частичное (или полное) растворение при нагре­ве под закалку до очень высоких температур (примерно 1200°С) обеспечивает на­сыщение аустенита не только углеродом, но и вольфрамом, молибденом, ванади­ем, хромом, а в конечном итоге, горячую твердость и красностойкость – самые главные свойства любого быстрореза.

Что происходит, если мы будем увеличивать содержание углерода в ста­ли, оставляя количество карбидообразующих элементов неизменным?

Сначала увеличивается количество и размеры богатых углеродом карбидов МС. При дальнейшем добавлении углерода, в конце концов, легирующих эле­ментов становится недостаточно для об­разования специальных карбидов и на­чинают формироваться так же частицы карбидов цементитного типа МЗС на ос­нове железа с незначительными добав­ками легирующих элементов. В отличие от специальных карбидов, цементит растворяется легко уже при температуре 800°С, а нагреть такую сталь до начала растворения специальных карбидов просто нельзя. Сначала произойдет час­тичное оплавление стали, т.к. несбалан­сированное введения углерода приво­дит, том числе, к снижению температур ликвидус и солидус стали. Наиболее прочими и твердый карбид МС на осно­ве ванадия фактически становится первичным, т.е. с его появления в расплаве в виде крупных грубых частиц процесс кристаллизации начинается. Именно эти первичные карбиды, превосходящие по твердости обычные абразивные материалы, резко ухудшают шлифуемостъ, что мы и наблюдаем на новой стали.

Конечно, при закалке от 850°С ни о какой горячей твердости и говорить нельзя. Но это и неважно, ведь матери­ал предназначен для резания неметал­лических материалов, а не сталей.

Так, в целом, происходят фазовые и структурные превращения в любой быстрорежущей стали при несбалансированном введении углерода. Оправдан ли этот прием для изготовления ножей для обработки неметаллических мате­риалов? В промышленном масштабе ответ однозначный - нет. Для лезвийного инструмента хорошая шлифуемостъ слишком важная технологическая характеристика, перевешивающая даже

повышение стойкости до переточки (в разумных пределах, конечно). При изго­товлении ножа «для себя» можно и пот­ратить в несколько раз больше труда и абразивов, по сравнению с обработкой лезвий из «не алмазных» сталей.

Хотя лезвие из «алмазной» стали в любом случае будет выглядеть грубова­то - заполировать поверхность нечем, вывести режущую хромку невозможно и т.п. В общем, мастер и потребитель должны вопрос о целесообразности ее использования решать сами.

В заключение несколько практичес­ких рекомендаций по изготовлению та­кой стали:

1. В качестве шихты можно использоватъ лом быстрорежущих сталей (обрез, изношенный инструмент и про­чее), в том числе разных марок (ведь они все сбалансированы по углероду и карбидообразующим элементам).
2. По расплавлению большей части шихты добавить графит из расчета 0,7% на массу плавки.
3. Раскислители (ферромарганец, ферросилиций и пр.) добавлять по необходимости. Опытный сталевар это определит по состоянию расплава.
4. При ковке затвердевшего слитка важно не перегреть металл. Если быстрорез принято нагревать до температуры 1130-1150°С, то при добавлении углерода уже и 1100°С могут оказаться губительными.
5. После ковки желателен отжиг во избежание растрескивания.

В конечном итоге, полученная сталь будет, конечно же, отличаться по химсоставу от рассмотренной выше, но попадание в точный состав не является самоцелью.

Следует понимать, что свойства стали определяются не химическим составом, это лишь средство получение требуемой структуры и фазового состава.

В данном случае совершенно без­различно, какое получится сочетание вольфрама, молибдена, хрома и вана­дия от смешивания разных марок быстрорежущей стали в шихте. Главное, до­бавить столько углерода, чтобы, образ­но выражаясь, сталь перестала быть быстрорежущей (по комплексу основ­ных свойств). Предположительно, если в качестве шихты используется P6M5, конечное содержание углерода в слитке должно быть не менее 1,5%, если P6M5Ф3, то 1,7%, для P9Ф5 - более 2,0%. С увеличением содержания ванадия шлифуемостъ, и без того плохая, бу­дет падать.

В заключение несколько слов, яв­ляется ли такой материал булатом.

С исторической точки зрения, ко­нечно, нет.

Не было в древности ни ферросплавов, ни технологий, требуемых для выплавки и обработки таких сталей.

В рамках наших представлений, что необходимым условием для обозначения

булата является макроузор, как отражение фрактальной структуры cтали, тоже нет.

С другой стороны, главное - режу­щие свойстве, с этим у новой стали все в

порядке. Еще бы шлифуемостъ повыше, но как говорится «наши недостатки -продолжение наших достоинств». Жела­ющим поэкспериментировать следует не забывать, что за последние 50 лет в области инструментальных сталей было создано очень много всяких экономно-легированных, безвольфрамовых и прочих быстрорежущих сталей.

Фактически ни одна из них не нашла себе применения по одной (но главной!!) причине - плохой шлифуемости. Лезвийный инструмент необхо­димо ведь и перетачивать. Уникальность булата (и нашего, украинского в том числе) в отличном сочетании как эксплуатационных., так и технологичес­ких свойств.

Удастся ли решить эту задачу разра­ботчикам новой стали покажет будущее.

Нож «Алмазная сталь» Юрия Кульбиды – призер выставки МАСТЕР КЛИНОК 2008 - 1-е место в номинации «Хозяйственно-бытовой, охотничий нож»