Характеристики алмазной стали ХВ5 для ножей

Какой заядлый охотник, домашний мастер (да и опытная домохозяйка) откажется от долговечного и «вечно» острого ножа, который с лёгкостью справляется с разделкой любого материала? Такие инструменты существуют, а для их производства используется так называемая алмазная сталь марки ХВ5 (в просторечии – «алмазка»).

Сталь производят методом электродугового или электрошлакового переплава с последующим рафинированием.

Высокоуглеродистая (за что и получила название твёрдой как алмаз) среднелегированная сталь ХВ5 относится к классу инструментальных сплавов. Общие технические требования к поставке исходных заготовок регламентированы ГОСТ 5950-2000, а свойства – ГОСТ 5950-63 (из более новых редакций данного нормативного документа сталь ХВ5 исключена).

Алмазная сталь ХВ5 относится к І-й группе (стали неглубокой прокаливаемости, используемые для обработки материалов, температура которых не превышает 300⁰С).

Сфера применения алмазной стали

Сталь ХВ5 используется не только для производства ножей, но также в ограниченных объёмах применяется для изготовления шнеков экструдеров установок для горячего прессования пластика, а в пищевой промышленности - для получения закаточных валов. Иногда из данного материала изготавливают рабочие детали пресс-форм для литья пластмасс и прессования таблеток в фармацевтической промышленности. В некоторых случаях ХВ5 используют как материал винтов пластиковых инжекционных и обратных клапанов.

Последующая термообработка стали

В своём исходном состоянии катаные заготовки из алмазной стали ХВ5 (прутки и полосы) обладают сравнительно невысокой твёрдостью, которая не превышает 285НВ. Поэтому после прокатки, дрессировки и резки на мерные заготовки материал подвергают термообработке и иногда травлению.

Закалка

Алмазная сталь ХВ5 относится к сталям пониженной прокаливаемости, поэтому перед заточкой или шлифованием твёрдость заготовок необходимо повысить. Сталь ХВ5, твёрдость которой по Роквеллу не менее 64-65 HRC, закаливают с температур 1050-1080⁰С с последующим низким отпуском при 150-300⁰С.

Режим закалки и применяемое оборудование соотносят с размерами исходных заготовок. Например, для круглых прутков учитывают диаметр (от 0,5 до 15 мм), для полос – размеры сечения (толщина*ширина, мм) от 1*400 до 6*500.

Необходимая оснастка и материалы:

• Источник тепла, например, пропановая горелка или мини-горн;
• Наждачная бумага с зернистостью Р150, чтобы притупить кромку;
• Огнеупорный контейнер с крышкой, в качестве которого можно использовать металлическую банку из-под кофе, форму для печенья или нечто подобное;
• Закалочное масло (использование воды исключается! В этом случае нож быстро остывает и растрескивается);
• Огнеупорный блок регулятора, например, алюминиевая трубка с внутренним диаметром на 1-2 мм больше ширины ножа. Она поможет удержать лезвие в закалочном масле на нужной глубине и обеспечит равномерность закалки;
• Инфракрасный бесконтактный пирометр, рассчитанный на температуры от 150 до 1600⁰С;
• Газовая духовка;
• Щипцы или плоскогубцы для безопасного удержания лезвия во время термообработки;
• Маска для лица и термостойкие перчатки;
• Напильник для проверки твёрдости закалённого лезвия.

Клинок из стали ХВ5 можно закалить в следующей последовательности:

1. Предварительное притупление кромки клинка: это сведёт к минимуму его последующую деформацию.
2. Нормализация. Необходима для повышения упругости стали и предотвращения роста зерна. Клинок нагревают до 800-850⁰С с последующим охлаждением на спокойном воздухе. В процессе нагрева изделие обязательно поворачивают.
3. Собственно закалка. По достижении нужной температуры клинок быстро помещают в алюминиевую трубку и опускают в ёмкость с маслом. Лезвие в ёмкости медленно двигают взад-вперёд: это исключит образование пузырьков воздуха вокруг и предотвратит возможную деформацию. Через 10-15 секунд изделие извлекают из закалочной среды и охлаждают на воздухе до тех пор, пока кромка лезвия не остынет до 480-500⁰С. При таких температурах происходит набор твёрдости. Тестирование ножей из стали ХВ5 проводят при помощи напильника, которым с усилием проводят по кромке ножа: на лезвии не должно быть царапин.
4. Отпуск. Для снятия накопившихся напряжений и снижения хрупкости нож вновь нагревают – на этот раз до температуры 180-200⁰С. Удобнее всего это сделать в духовке, выполнив два цикла нагрева-охлаждения продолжительностью по 60 минут каждый.

При снижение температуры отпуска менее 150⁰С сталь станет чрезмерно твёрдой (до 68-70 HRC). Такой нож получится чрезвычайно хрупким.

Травление

Выполняется с целью создания на поверхности ножевого полотна рельефного узора. Считается, что получить подобную текстуру означает сохранить форму лезвия ножа.

Рассмотрим подробнее, как и чем травить клинок из алмазной стали ХВ5? Чаще всего используют два метода - травление в электролите и травление в кислотах. Если травление алмазной стали выполняется перед термообработкой, то оно должно быть достаточно глубоким, чтобы сохранить текстуру после окончательной полировки поверхности клинка.

Для травления в электролите используют любое зарядное устройство на 12В и ток 2А. Положительный провод (анодный вывод) от зарядного устройства прикрепляется к лезвию, а отрицательный (катодный) - к небольшому участку уголка, который затем обматывается марлей. Следят за тем, чтобы металл отрицательного вывода не касался лезвия ножа. Затем марлю смачивают в растворе электролита (в качестве которого можно использовать тёплую солёную воду) и накладывают на виниловый трафарет, которым покрывают лезвие. Инструмент подвешивают на деревянной подставке, погружают в электролит и держат там циклами по 15-20 с, пока нужная текстура поверхности не будет сформирована. После этого нож извлекают, споласкивают от остатков электролита и полируют наждачной бумагой зернистостью от 400 до 1500.

Для кислотного травления нож погружают в раствор концентрированной серной или соляной кислоты, а все последующие операции выполняют так, как и для травления в электролите.

Заточка

Алмазная сталь (ХВ5), закалка которой уже произведена, требует последующей заточки лезвия. Для затачивания ножей важно верно выбрать зернистость поверхности точильного инструмента. Степень зернистости камня определяется типом ножа. Рекомендуется применять для заточки:

• Охотничьих ножей: зернистость 600-1000;
• Тяжёлых ножей, предназначенных для разделки массивных материалов: 220-320;
• Хозяйственных ножей: 1600-8000.

Выбор можно производить согласно нормам ГОСТ 9206-80.

Основные рекомендации по заточке клинков из ножевой стали ХВ5 сводятся к следующему:

1. Выбирать угол заточки в пределах 20-25⁰.
2. Попеременно снимать то с одной, то с другой стороны кромки образующийся заусенец.
3. Регулировать давление на нож: вначале оно должно быть наибольшим и, по мере уменьшения высоты заусенца, снижаться.
4. Остатки материала снимать с помощью текстильного стропа.
5. После правки выполнить простой тест на качество заточки: готовый нож должен легко разрезать лист бумаги.

Подготовленный к работе нож из стали ХВ5 следует хранить в сухом месте.

Химический состав ХВ5

В состав стали ХВ5 входят элементы:

1. Углерод, %: 0,95-1,05.
2. Вольфрам, %: 4-5.
3. Хром, %: 0,4-0,7.
4. Марганец, %: 0,15-0,40.
5. Кремний, %: 0,15-0,35.
6. Ванадий, %: 0,15-0,30 (легировать ванадием оговаривается в условиях поставки).

Допускается наличие никеля (не более 0,35 %) и меди (не более 0,30%). В качестве металлургических примесей присутствуют сера и фосфор, процентное содержание которых (по каждому из элементов) не должно превышать 0,03 %.

Для заготовок, которые впоследствии будут подвергаться проковке, процентное содержание легирующих элементов может устанавливаться по нижнему пределу.

Физико-механические свойства

Характеристики стали ХВ5 приводятся в ГОСТ 5950-63 для металла после горячей прокатки:

1. Плотность, кг/м³ – 7700.
2. Предел прочности, МПа, не менее – 910.
3. Предел текучести, МПа, не менее – 460.
4. Относительное удлинение, %, не менее – 3.
5. Ударная вязкость, Дж, не менее – 41.
6. Модуль упругости при 561⁰С, ГПа, не менее – 116.
7. Коэффициент температурного расширения при 20⁰С – 2,3×10^-7.
8. Теплоёмкость при 20⁰С, Дж/кг∙град – 112.
9. Теплопроводность, Вт/м∙град – 41,3.

Ближайшими зарубежными аналогами материала считаются сталь 1.4528 (или X105CrCoMo18-20), выплавляемая в Германии, японская VG-10 и сталь N690 шведского производства.

Преимущества и недостатки ножа из стали ХВ5

Все плюсы и минусы стали ХВ5 являются следствием трёх существенных ограничений, вследствие чего она исключена из редакций ГОСТ 5950 после 1983 года. Первое ограничение - неблагоприятное влияние высокой твёрдости инструмента на его стойкость от ударных и динамических нагрузок. Поэтому в промышленной практике рассмотренный материал применяется редко.

Второй недостаток – низкая коррозионная стойкость, что обусловлено отсутствием никеля и молибдена в химсоставе стали. А без этих элементов хром не может эффективно противодействовать ржавлению.

Третье ограничение связано с незначительной прокаливаемостью материала, из-за чего алмазная сталь неэффективна для производства ножей толщиной более 4-5 мм.

Поэтому ножевая сталь ХВ5 распространена преимущественно в бытовой практике, где вышеупомянутые особенности не имеют большого значения, а в плюс материалу идёт его относительно низкая стоимость, высокая твёрдость и хорошая режущая способность.

Популярные модели ножей из алмазной стали от кузницы «Вострый нож»