Порошковая сталь — что это такое и ее плюсы и минусы для ножей

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.

Что такое порошковая металлургия

Два куска металла при нагреве и одновременном сдавливании деформируются и сближаются настолько, что атомы их поверхностных слоёв начинают взаимодействовать друг с другом. При определённых режимах граница между ними исчезает и два отдельных куска становятся одним целым.

Если вместо крупных кусков взять мелкий металлический порошок и сжать его при высокой температуре, отдельные частички спекутся с образованием одного массива. В зависимости от формы ёмкости, в которой происходит сжатие, можно получить полуфабрикат или готовую деталь.

Виды порошковых сплавов для изготовления ножей

При изготовлении ножей разных типов используют разнообразную порошковую сталь четырех классов: премиум, хай энд, средний и низкий класс. В зависимости от качества стали используют материал в конструкциях различных видов. Давайте рассмотрим два высших класса порошкового материала более подробно – премиум и хай энд сплавы.

Премиум класс

CPM S30V – обладает повышенной износостойкостью и имеет отличные способности к заточке лезвия. Эта сталь является американским сплавом, который используются исключительно в дорогих ножах премиум класса, в основном для производства охотничьих ножей, так как считается твердым и прочным порошковым сплавом.

M390 – современный нержавеющий сплав с уникальными антикоррозийными и износостойкими свойствами, включающий в свой состав хром и ванадий. Данная сталь легко поддается заточке и долго не тупится. Многие специалисты считают, что сплав М390 лучший на сегодняшний день для производства высококачественных ножей.

CPM S35VN – это модернизированный сплав S30V с добавлением ниобия и усовершенствованного мелкодисперсного порошка. Сталь этого типа отлично затачивается и обладает повышенной прочностью.

Elmax – популярный сплав европейского производства в состав которого входит молибден, ванадий, хром. Это позволяет создавать легко затачиваемые лезвия с высокими антикоррозийными свойствами.

ZDP-189 – инновационный сплав из Японии, обладающий высокой твердостью, сравнительно высокой пластичностью. Лезвия из этой стали отлично режут и легко полируются.

Хай энд

154CM – американский твердый сплав, который обладает отличными качествами, например неплохой заточкой лезвия и антикоррозийными свойствами. Сталь этого типа похожа на CPM S35VN но обладает не таким высоким качеством.

ATS-34 – является японским аналогом 154CM. Этот сплав очень популярен при производстве холодного оружия для профессионалов. Он идеально поддается заточке, устойчив к воздействию ржавчины и других видов коррозии.

D-2 – сталь этого типа способна ржаветь, так как в её составе очень малое количество хрома. При этом лезвия из этого сплава износостойки, а главное тверже своих аналогов – 154CM и ATS-34.

VG-10 – высококачественный аналог всех вышеуказанных сплавов, в котором используется дополнительно ванадий и хром, что повышает его эксплуатационные свойства. Сталь VG-10 используется в Японии для производства часто затачиваемых лезвий. Материал считается твердым, но не достаточно прочным для использования в охотничьих ножах.

Самые популярные порошковые сплавы

Сплавы порошкового производства изготавливают по всему миру. Они отличаются максимальным качеством и неприхотливостью в уходе в сравнении с остальными видами. Изделия славятся своей прочностью, твёрдостью, устойчивостью к коррозии и другими положительными качествами. Давайте рассмотрим самые популярные виды сплавов:

ZDP-189Это по настоящему японская суперсталь, встречается она на очень дорогих ножах. Производится в основном японскими предприятиями. Самым главным преимуществом можно назвать эксплуатационные характеристики, которых удалось достичь благодаря высокому содержанию углерода.CPM S30VСталь мартенситного класса, которую разработали Дик Барбер и Крис Рив. Одна из самых популярных марок стали. В ней меньше чем обычно ванадия, благодаря чему ножи из неё легко шлифовать и затачивать.

Клинки из стали пользуются успехом по всей Европе.CPM S35VNЭто можно сказать улучшенная сталь предыдущего варианта. Особенностью этого сплава можно назвать его легирование ниобием. Это обеспечивает лучшую механику, и последнее время приобретает определённую моду.CPM S90VЭто уже можно сказать ветеран порошкового мира, но который не уступает своих позиций более современным сплавам. Карбиды ванадия придают стали высокую износостойкость, но несколько ограничивают механику. Твёрдость сплава может достигать 59-60 HRC, что маловато для порошковых сплавов.M390Сплав относится к премиум классу и привлекает покупателей своей устойчивостью к коррозии.

Ножи из этой стали очень хорошо показывают себя в работе в не зависимости от окружающих условий. Следует отметить, что затачивать такие изделия очень сложно.CPM S110VЭтот сплав сочетает в себе огромное количество твёрдых карбидов. Также сталь легируют большим количеством ниобия с добавлением кобальта. Несмотря на высокую твёрдость, сталь обладает отличными механическими характеристиками. Стойкость режущей кромки очень высокая. А рез изделий из сплава не очень агрессивный.

Особенности производства

При производстве порошковой стали на её свойства влияют карбиды. Это особые элементы, от которых зависит срок службы, гибкость и прочность готового изделия.

Обычная сталь содержит в себе крупные карбиды и они расположены неравномерно.

В таком случае очень сложно сказать какой получится материал. А при изготовлении порошковой стали этого удаётся избежать. Это позволяет сохранить высокие показатели надёжности и прочности готового сырья. Процесс изготовления порошковой стали проводится в несколько этапов:

1. В азотной среде специальным оборудованием распыляется состав стали. Это позволяет получить металлический порошок с равномерным распределением карбидов. Происходит это благодаря быстрой кристаллизации металла.
2. Порошок обрабатывается и помещается в вакуумную пресс-форму из пластичных материалов.
3. Содержимое контейнера спекается под давлением.
4. В результате на выходе имеется слиток стали, который подвергают дальнейшей обработке, ковке или прокату.

Ещё клинки из порошка.

Смешивание

Важнейшая начальная подготовительная операция. Смешивание производится путём приготовления из металлопорошков различного состава однородной субстанции, которую называют – шихта. Однородность шихты зависит от тщательнейшего смешивания.Это очень важно для получения конечных порошковых свойств готовой продукции. Смешивание производят в специальных миксерах механическим способом. После завершения процесса получаемая масса тщательно высушивается и просеивается.

Формовка

На этой стадии происходит уплотнение поступающего в пресс-форму заданного количества готовой сыпучей шихты. Её обжимают и придают форму и размеры для последующего спекания.

Деформация частиц может быть одновременно упругой, хрупкой и пластичной.

Формовка шихты производится размещением шихты в прочных пресс-формах, и с последующим прессованием под давлением от 30 до 1200 МПа. Прессовка может производиться механическим, пневматическим и гидравлическим способами.

Спекание

Заключительной фазой порошковой металлургии является спекание. Это термическая обработка сформированных заготовок. В процессе всего производства этот этап считается самым ответственным. В результате операции заготовки преобразуются в исключительно прочные спеченные тела.

В процессе спекания происходит выгонка нежелательных примесей и удаляются возможные газы. А также снимается напряжение в частицах и точках контакта между ними. Происходит диффузное преобразование поверхностного слоя.

Ножи из порошкового сплава.

Состав и свойства

Марка elmax является высокоуглеродистой, высоколегированной.

В её состав входит в следующих количествах (в процентах):

• углерод — 1,72,
• хром – 17,8,
• ванадий – 2,99,
• молибден – 0,99,
• кремний – 0,8,
• марганец — 0.27,
• никель – 0,15,
• вольфрам – 0,11.

По приведённым данным можно сделать вывод, что сталь elmax обладает высокой прокаливаемостью, коррозионной стойкостью, износостойкостью, отличными режущими свойствами.

Благодаря порошковому происхождению, у неё равномерно распределённое мелкое зерно, исключён чрезмерный рост интерметаллидных включений. Поэтому elmax обладает хорошей пластичностью, не боится ударов.

Процесс изготовления ножа из порошковой стали

Современные порошковые сплавы для изготовления лезвий имеют в своем составе в достаточной степени карбиды и неметаллические включения, структура же зерен по фазовуму переходу следующую: мартенситы, аустенит.

Карбиды разного типа являются твердыми и при этом хрупкими материалами, которые увеличивают износостойкость сплава, но при этом ухудшают её механические характеристики, например общую прочность и вязкость стали. Если данный элемент распределен неравномерно, то может возникнуть анизотропия различных характеристик лезвия, общий внешний вид ножа приобретает неоднородность и его структура становится непредсказуемой.

Для того чтобы этого не произошло, в порошковой металлургии используются следующие технологии:

1. Оптимизация сплава – промышленное уменьшение количества эвтектических видов карбидов;
2. Микролегирование – добавление в сплав сильных карбидообразователей либо элементов РЗМ и второй группы во время производства стали;
3. Пластическая деформация – при помощи дробления карбидов улучшается и их распределение по составу;
4. Увеличение качества и скорости кристаллизации порошковой стали.

После того как состав порошкового сплава готов для производства заготовки лезвия, приступают к изготовлению самого ножа. Этот процесс происходит в несколько этапов:

1. Сплав распыляется, при этом получается металлический порошок, каждая частица которого является микроскопическим слитком;
2. Порошковый металл подвергается обработке, если в этом есть необходимость;
3. После этого металлический порошок засыпается в вакуумную пресс-форму из пластичных материалов;
4. Производится прессование контейнера под высоким давлением;
5. Далее делается твердофазное и двухфазное спекание под высокой температурой и давлением несколько сотен атмосфер.

Таким образом, изготовление ножа окончено. Далее компания производитель создает рукоятку и украшает лезвие в соответствии с запрашиваемыми требованиями.

Особенности заточки ножей из порошковой стали

Главной сложностью после приобретения ножа из порошкового сплава становится его заточка. Конечно же это можно сделать, но зачастую только в специализированных мастерских, потому что лезвие такого ножа довольно твердое и спекается из отдельных структур, поэтому неправильное распределение усилий на лезвие ножа при заточке вызывает выкрашивание лезвия ножа в больших масштабах, чем у аналогичных ножей из стали, произведенной штамповкой или ковкой.

В связи с этим при заточке ножа из порошков в домашних условиях, появляется опасность возникновения неровностей на его лезвии и микроскопические сколы в следствии выбора неверной технологии и приспособлений для заточки.

Удобство и простота применения

Порошковые сплавы считаются очень дорогостоящими, поэтому их применяют в производстве коллекционных ножей чаще всего. Но этот материал используется и при изготовлении холодного оружия, в том числе для охотничьих и рыболовных ножей. Очень редко используют он для создания кухонных ножей, так как очень дорогостоящий. Чаще всего ножи из порошков используются в охоте, рыбалке и армейском снаряжении.

Но сегодня производители используют и низкокачественную порошковую сталь, которая стоит в разы дешевле, что позволяет изготавливать и кухонные лезвия, при этом очень высокого качества. Например, в этих целях используют сплавы Beta-ti Alloy, Blue Paper Super.

Нож из такого материала удобен для использования, так как его лезвие настолько острое, что легко режет даже бумагу. Современные технологии заточки позволяют кухонным ножам из порошков долго не тупиться и служить максимально надежно своему хозяину.

Преимущества перед другими материалами

Технологии производства позволяют создавать уникальные лезвия из порошков, которые обладают разнообразными преимуществами перед обычными ножами. Вот список основных достоинств этого уникального материала:

1. Есть возможность увеличения качественного распределения карбидов, что повышает износостойкость, антикоррозийность и общие механические характеристики материала;
2. Шлифовка гораздо легче, чем такая же обработка обычной стали;
3. Порошковое производство стали позволяет получить высокотехнологичный азотистый сплав, который тверже большинства аналогов;
4. Лезвия намного острее, чем прототипы ножей из других металлов;

Недостатки сплава

Конечно же главным недостатком этого вида сплава является огромная цена изделий сделанных из порошка. Это связанно с высокотехнологичным производством и сложностью заточки лезвия. Но существуют и другие недостатки данного сплава, например высокое содержание инородных частиц и неметаллических включений в стали этого типа, которые могут попасть при фазе формовки изделия. Еще одним недостатком считается большие трудности и аккуратность при заточки в домашних условиях, это приводит к тому, что ножи этого типа нужно эксплуатировать аккуратно. Но эти недостатки перекрываются достоинствами ножей из порошковой стали, в особенности их необычайной остротой и высокой износостойкостью, а главное антикоррозийными свойствами.