Твердость металлов

Твердость металлов

Машиностроительные детали и механизмы, а также инструменты, предназначенные для их обработки, обладают набором механических характеристик. Немалую роль среди характеристик играет твердость. Твердость металлов наглядно показывает:

• износостойкость металла;
• возможность обработки резанием, шлифованием;
• сопротивляемость местному давлению;
• способность резать другой материал и прочие.

На практике доказано, что большинство механических свойств металлов напрямую зависят от их твердости.

Нож R009 — от 3800 рублей

Базовая сталь — булат (от 5300р)

Возможные варианты стали — ЭИ107ТЦ (тигельный переплав) — стоимость такого ножей 3800р

Варианты рукояти — любые

Надежный нож охотника, который не подведет в любой ситуации

Бурятские охотничьи ножи — от 3050 рублей

Базовая сталь — 95Х18

Возможные варианты стали — 100Х13М, 110Х18МШД, Elmax, Дамаск марок ZD0803 (ржавеющий) и ZD1016 (нержавеющий)

Варианты рукояти — орех, карельская береза, наборная береста или кожа,

Очень удобный и универсальный нож, хит продаж уже более 3 лет.

Выбор твердости клинка (hrc)

Главный химический элемент, отвечающий за количество Роквеллов «на клинке» – углерод. Чем больше в составе углерода, тем тверже сталь. Ярким примером тому является знаменитая японская сталь ZDP-189 с содержанием углерода от 2,9 до 3 %, закалить которую можно до фантастических 69 единиц по шкале Роквелла. По сравнению с японским монстром, американская 420hc, углерода в которой всего 0,45—0,55 % и закалкой в 57 HRC, выглядит более чем скромно, однако это не мешает ей вот уже несколько десятилетий оставаться одной из самых востребованных сталей для производства ножей.

Нож из японской премиум стали zdp-189

Главным преимуществом сталей с высокой твердостью (hrc) и большим содержанием углерода является их способность долго держать остроту. Говоря простым языком, такие клинки дольше остаются острыми и их надо реже точить, поэтому они хорошо себя показывают на кухонных ножах. В туристических, универсальных, ножах для дайвинга и бушкрафта, где важна прочность и возможность заточить режущую кромку в полевых условиях, чаще используют стали, которые меньше склонны к коррозии, которые гораздо лучше переносят боковые и ударные нагрузки, легче точатся. В химическом составе таких сталей меньше угля и ниже твердость (hrc ).

Поэтому, при выборе колюще-режущего инструмента необходимо учитывать:

• его назначение;
• размер клинка;
• желаемый тип спусков;
• вид стали;
• толщину сведения режущей кромки.

Сегодня уже никого не удивить цифрой в 60 и больше hrc, но стоит понимать, что такие высокие показатели подходят не для всех задач. Учитывайте это при выборе ножа, и тогда работа с ним будет доставлять вам одно удовольствие!

Часто, находясь в походе или за городом, нам приходится жалеть о том, что недодумались заранее купить нож? Ведь, отдыхая на природе, вы не обойдетесь без него. Современный рынок ножей очень разнообразен и представлен известными мировыми брендами, среди которых leatherman, benchmade, spyderco и др.

Складные ножи benchmade славятся высочайшим качеством стали, из которой они изготовлены. Купить нож benchmade — это как стать обладателем высококлассной скоростной машины, только в мире ножей. Ножи benchmade выпускаются в качестве, близком к идеалу. Вы можете просмотреть весь интернет, но навряд ли найдете кого-нибудь, кто критикует benchmade. Компания настолько заботится о качестве своей продукции, что в случае дефекта, за свой счет чинит и отправляет по почте ваш benchmade. Иногда, стоит купить нож benchmade, чтобы убедиться, как идеально его рукоятка ложится в руку, а сталь лезвия режет не только продукты, но и дерево, пластмассу и т.п.

Компания spyderco выпускает множество разнообразных ножей. В основном, пользуются спросом складные ножи spyderco. До недавнего времени купить нож spyderco можно было с уверенностью, что он произведен в США или Японии. Сейчас, часть производства перенесена в Китай, поэтому будем надеятся, что spyderco не потеряет в качестве. Фирменной особенностью продуктов spyderco является прорезанное в лезвии кольцо для большого пальца, которым удобно раскрывать нож. Компания spyderco выпускает около 200 моделей, поэтому купить нож можно не только для походов, но и для использования на кухне.

Ножи leatherman необходимы для туристических походов. Отличительной чертой изделий leatherman является наличие в одном ноже множества полезных функций. Кроме собственно ножей, открывачки и плоскогубцев, бренд leatherman выпускает маникюрные наборы.

Если хотите сделать мужчине — туристу подарок, то вам нужно купить нож leatherman в чехле и подарочной упаковке. Без такого ножа как leatherman сегодня прожить очень сложно. Особенно тем, кто привык пользоваться многофункциональными устройствами. Ножи leatherman многократно помогут вам в жизни!

​Виды и особенности ножевых марок стали

Поскольку сталь — это сплав железа и углерода, к которому могут быть добавлены некоторые другие примеси, разновидностей стали существует огромное множество. Естественно, в зависимости от точного состава, и качества разных марок этого металла существенно разнятся. Сегодня мы немного поговорим об особенностях наиболее популярных марок стали, которые используются в ножевом производстве. С учетом этих особенностей, вы сможете подобрать себе нож с такими характеристиками, которые наиболее полно будут соответствовать вашим запросам.

Не вся сталь используется для производства ножей. Ведь чтобы стать действительно подходящим материалом, она должна иметь определенные качества, которые были бы сбалансированы по отношению друг к другу. Одна из важных характеристик — это твердость металла. Она определяет способность стали противостоять деформации во время разрезания ножом других материалов. Измерить твердость можно разными способами. Соответственно, и единиц измерения существует несколько. Один из наиболее распространенных вариантов — использование шкалы Роквелла. Этот метод предполагает вдавливание в металл алмазной пирамидки под определенной нагрузкой и замер оставшегося оттиска. Основным элементом, влияющим на твердость, является углерод. Чем его больше, тем тверже получается металл. Однако, он также становится более восприимчивым к ржавчине, что для ножа уже не хорошо. Во многом, от твердости зависит износостойкость стали. Во время использования ножа, от него постоянно отделяются микрочастицы металла. Если износостойкость низкая, то режущая кромка быстро стирается, нож не только становится тупым, но и деформируется.

Прочность — еще одна важная характеристика металла. Речь идет о прочности металла на изгиб, необходимой, чтобы он остался невредимым после падения на пол, при неравномерном распределении нагрузок на отдельные части лезвия. В связи с этим, важно учитывать вязкость металла — его способность выдерживать импульсные нагрузки.

Три категории стали

Однако все эти характеристики не слишком понятны без конкретных примеров. Итак, марки сталей, которые используются для ножей, условно можно разделить на три категории. Основным фактором для их разделения служит процентное содержание углерода, от которого и зависят основные характеристики сплава.

В первую категорию входят стали с низким процентом углерода и не стабилизированные в достаточной мере легирующими добавками. На больших фабриках они используются для бюджетных моделей ножей. К данной категории относятся такие марки как 440А, 420 и 420НС, AUS-6, Sandvik 12C27. Главное преимущество всех сталей этой группы в том, что они имеют высокий уровень сопротивления коррозии. Ножи из таких сплавов хорошо подходят для использования в сырых условиях, могут использоваться для дайвинга, в том числе, и в соленой воде. Но все они слишком мягкие, чтобы нож мог долго оставаться острым. И в случае работы с твердыми материалами, их придется слишком часто затачивать. Сталь 440А содержит не более 0,75% углерода, 16-18% хрома, 1% марганца и 0,75% молибдена, закаливается до 55-57HRC. Если на ноже указано только число 440 без буквенного обозначения, речь также идет о стали 440А, как самой дешевой из своего семейства. Сплав 420HC содержит 0,46% углерода, 13% хрома, 0,3% ванадия, по 0,4% молибдена и кремния. Закалка этого металла производится в рамках 52-55HRC. Шведским аналогом этой марки является сталь Sandvik 12C27.

Это простая, но качественная сталь. Ее отличительная черта — высокая степень чистоты, которая достигается благодаря технологичной обработке сплава. Содержание в такой стали углерода составляет 0,6%, хрома — 13,5%, марганца и кремния — 0,4%. Из стали Sandvik производятся многие модели ножей Morakniv.

Вторая группа — это стали с качеством Hi-end. В нее входят марки 440С, AUS-8, 8Cr13MoV, Sandvik 14C28N, VG-10. Они немного хуже справляются с противостоянием коррозии, поскольку уровень углерода в этих сплавах выше, но зато могут закаливаться до большей твердости и обладают более высокой износостойкостью. В сталь 440С добавлено 0,95-1,2% углерода, 16-18% хрома, 0,75% молибдена, по 1% марганца и кремния. Ее твердость составляет около 58-60HRC. Хотя следует учитывать, что испанская сталь этой же марки может быть несколько мягче. Сталь 440С используется для многих карманных ножей и при неплохих рабочих качествах является доступным по цене материалом. Широко использует такую марку стали компания Ganzo. Схожими с ней качествами обладает марка AUS-8. В такой стали содержится 0,7-0,75% углерода, 13-14,5% хрома, 0,49% никеля, 0,5% марганца, 1% кремния. Твердость закалки — 58HRC. Но нужно отметить, что хорошо работать с этой японской сталью умеют только японцы.

Марка 8Cr13MoV по сравнению с AUS-8 содержит больше углерода — 0,8%, и примерно такие же пропорции других легирующих добавок. Сталь закаливается до 58-59HRC. В целом, соотношение стоимости и качества у данной марки достаточно выгодное. А умелая обработка позволяет получить очень практичные ножи, например, как у бренда Spyderco.

Сталь Sandvik 14C28N имеет шведское происхождение. Разработку этого сплава заказала компания Kershaw, пожелавшая улучшить сплав 13C26. В итоге, в сталь включено 0,62% углерода, 14% хрома, 0,55% молибдена. Сталь имеет твердость 58-60HRC. Это один из лучших вариантов нержавейки для ножей стоимостью не более 30$.

VG-10 — сталь японского производства. Она широко применяется брендом Spyderco. Этот сплав отлично держит заточку, хотя режущую кромку нужно оберегать от импульсной нагрузки, иначе возможны сколы. В ней 0,95-1,05% углерода, 14,5-15,5% хрома, 1,4% кобальта, 1,05% молибдена, 0,5% марганца, 0,6% кремния. Твердость сплава очень высока — 59-61HRC.

Третья группа объединяет марки стали наилучшего качества. Среди самых известных марок этого уровня можно назвать Elmax и CPM S30VN. Elmax производится в Австрии. Она очень прочная, отлично держит заточку и относительно легко точится, ее твердость составляет 58-62HRC. Этот сплав содержит 1,7% углерода, 18% хрома, 1% молибдена, 0,8% хрома, 3% ванадия. Это порошковая сталь, которую многие знатоки считают лучшей для ножевой индустрии.

CPM S30VN получила 1,45% углерода, 14% хрома, 4% ванадия, 2% молибдена. Твердость ее закалки достигает 61HRC. Из такого сплава изготавливают высококачественные клинки верхнего ценового сегмента.

Влияние примесей

В характеристиках каждой из марок стали указано процентное содержание различных химических элементов, каждый из которых наделяет сплав теми или иными качествами. Как же разобраться в особенностях стали, зная ее состав?

Углерод является основным элементом, помимо железа, для получения стали. Он способствует тому, что сталь можно закалить, влияет на твердость и прочность металла. Эти качества повышаются с увеличением количества углерода. Впрочем, одновременно возрастает и склонность к коррозии. Кухонные ножи и туристические бюджетного сегмента могут быть сделаны из стали с 0,4-0,6% углерода, но в более качественных — этот показатель выше.

Хром добавляют в сплав, чтобы повысить его стойкость к ржавчине. В нержавейках его не менее 14%. Но нужно сказать, что высокий процент примеси хрома снижает прочность металла.

Молибден — одна из наиболее распространенных легирующих примесей. Он повышает жаропрочность сплава, усиливает стойкость к коррозии, которую дает хром. В целом, молибден позитивно влияет практически на все качества стали. Это обязательная составляющая для ножей, которые должны работать в агрессивной среде или при высоких температурах.

Этот химический элемент снижает содержание кислорода в металле. Как следствие, повышается стойкость к ржавчине, прочность металла.

Кобальт добавляется в качестве примеси в твердые и быстрорежущие марки сталей. Необходимо отметить, что из кобальтосодержащих сталей изготавливают не только качественные ножи, но даже некоторые детали для космических ракет.

Ванадий существенно улучшает показатель износостойкости стали. Металл с этой примесью сложнее поддается заточке, но зато очень долго остается острым. А помимо того, он хорошо подходит для ножей, которые будут резать волокнистые материалы, ткани, войлок.

Этот химический элемент существенно повышает твердость стали. Поэтому металл с его примесью используют не только для ножей, но и для производства сейфов, рельсов и прочих предметов, которые должны выдерживать большие нагрузки.

Вольфрам обязательно входит в состав быстрорежущих сталей. Он существенно повышает жаропрочность сплава, а также его износостойкость и твердость.

Этот элемент улучшает стойкость металла к коррозии, а также повышает прочность стали. Его процентное содержание в стали не очень велико.

Теперь вы сможете свободнее ориентироваться в характеристиках ножей, которые известны исходя из того, какая марка стали используется для его производства. Эти знания помогут выбрать нож не только в соответствии с размерными параметрами и привлекательностью дизайна, но и с учетом его рабочих качеств, заложенных в стали.

4 комментария

Кирилответить 5 мая 2016 17:30

Я не являюсь фанатом ножей. Прочитал эту статью и узнал много нового и интересного для себя. Собираюсь взять себе нож, теперь хоть буду иметь представления о том, из какой стали сделано лезвие. Спасибо большое за статью.

Никитаответить 12 мая 2016 17:14

Полезная и интересная статейка. Прочитал с удовольствием. Спасибо!

Валераответить 24 мая 2016 16:05

Очень содержательная статья. Полезно прочитать перед покупкой ножа.

Игорьответить 27 сентября 2016 17:07

Никогда не понимал, что эти все циферки означают в наименовании стали, благодаря этой статьи стало все понятно. Спасибо большое.

Метод Роквелла

Именно он используется в последнее время. Суть заключается в измерении глубины проникновения индентора в изучаемый материал. Процесс происходит следующим образом:

• выбирается шкала и индентор;
• материал кладут на стол;
• образец подвергается предварительной нагрузке в 10 кгс;
• прилагается максимальная нагрузка.

Значение последнего теста и есть маркировка по Роквеллу. Применяется 11 шкал от А до T, где А — самый мягкий вариант. К преимуществам такого подхода можно отнести:

• нет необходимости в подготовке поверхности;
• тестировать можно любой металл, даже не зная точного химического состава;
• минимальное повреждение заготовки;
• не нужно дополнительных исследований, прибор сразу определит твёрдость;
• автоматизация процесса;
• быстрота и удобство проверки.

Расшифровка

Например, вы увидели, что твёрдость клинка составляет 59-60 HRC. Расшифровка — следующая:

• HR — Hard Rocwel, метод измерения;
• С — шкала (одна из 11);
• 59-60 — количественный показатель твёрдости.

Интересно! В Европе и США никаких законодательных ограничений по твёрдости нет, а потому производители часто не указывают этот параметр в описании своей продукции.

Метод Виккерса

При измерении твердости по методу Виккерса в качестве индентора используется наконечник в форме пирамиды, грани которой сходятся между собой под углом в 136 градусов. Для обеспечения точности испытания важно соблюсти несколько моментов:

• нагрузка должна приходиться строго в центр алмазного наконечника;
• вектор приложения нагрузки должен быть строго перпендикулярен поверхности испытуемого образца.

Измерения происходят по следующему алгоритму: проверяемый образец помещают на специальный стол, сверху в образец происходит вдавливание индентора сразу с необходимым уровнем нагрузки (максимальное возможное значение до 100 кгс). Далее происходит удержание индентора под нагрузкой в течение 10-15 секунд. После снятия индентора происходит измерение глубины вдавливания и диагонали отпечатка.

Далее происходит расчет по форму, где учитывается соотношение приложенной нагрузки к диагонали отпечатка и времени в течение которого происходило испытание. Твердость указывается в формате кгс/мм2, формат отображения HV. Метод Виккерса за счет использования алмазного наконечника позволяет делать более точные измерения, чем метод Бринелля.

План исследования по методу Роквелла

Измерение твердости металла более упрощено, нежели для способа Бринелля.

1. Оценка размеров и характеристик поверхности детали.
2. Проверка исправности аппарата.
3. Определение типа наконечника и допустимой нагрузки.
4. Установка образца.
5. Осуществление первичного усилия на материал, величиной в 10 кгс.
6. Осуществление полного соответствующего усилия.
7. Чтение полученного числа на шкале циферблата.

Также возможен математический расчет с целью точного определения механического параметра.

При условии использования алмазного конуса с нагрузкой 60 или 150 кгс:

при совершении испытания с помощью шарика под усилием 100 кгс:

где h – глубина внедрения индентора при первичном усилии 10 кгс; H – глубина внедрения индентора при полной нагрузке; 0,002 – коэффициент, регламентирующий величину перемещения наконечника при изменении числа твердости на 1 единицу.

Метод Роквелла является простым, но недостаточно точным. В то же время он позволяет измерять показатели механического свойства для твердых металлов и сплавов.

Определение твердости по Бринеллю – о цифрах и буквах

Результаты исследований выражаются в буквенно-цифровой записи. Из букв в ней присутствуют либо HB, либо HBW. Первое обозначение актуально для стального шарика. Вторая запись указывает на то, что вдавливали сферу из карбида вольфрама. К буквам добавляют 2 или 3 числа. Первое – показатель твердости. Максимально возможный по Бринеллю – 650. Такой показатель измеряется карбидным индентором. Стальной вдавливается в материалы твердостью до 450-ти единиц.

Второе число в записи – диаметр шарика-наконечника. Он не указывается лишь в том случае, если максимальный, то есть равен 10-ти миллиметрам. Третье число в обозначении – сила, с которой давили на испытуемый образец. Рассмотрим такой перевод твердости по Бринеллю: 500 HBW 5/800. Запись HBW свидетельствует о применение карбидного шарика. Его диаметр составил 5 миллиметров.

Сила давления была равна 800-от килограммов силы (кгс). 500- итоговая твердость материала. Вычисляется она по формуле отношения приложенного усилия к площади отпечатка. Интересно, что со значениями шкалы Бринелля совпадает еще одна – Виккерса. Обе начинаются со 100 единиц. Правда наивысшая твердость по Виккерсу и Бринеллю разнится.

У Виккерса значения доходят до 1 200-от. Записи результатов отличаются лишь буквами. Шкала Виккерса обозначается HV. Стоит учитывать это, выбирая товары с указанием твердости. То, что по Бринеллю тверже стали, по Виккерсу – материал весьма податливый.

Кстати, согласно большинству словарей, твердость – это свойства пластичности, упругости и сопротивления деформациям, или иным разрушениям, при вдавливании в верхний слой испытуемого образца другого, более твердого вещества. Ну, вот, уточнили о чем речь. Пора разобраться, какая твердость и для каких материалов считается приемлемой.

Как упрочнить сталь

Химические способы

Добавление в состав стали легирующих элементов способно упрочнить сталь. Например, многие японские стали содержат до 8 % молибдена, и это существенно повышает не только их прочность, но и вязкость, что делает сплавы с ним очень ценными.

Еще один способ повысить прочность и износостойкость стали – это добавление в сплав марганца: он делает структуру более мелкозернистой и прочной. Кроме этого, такой сплав лучше поддается заточке – чем более мелкие зерна у его структуры, тем более тонкую режущую кромку можно будет вывести и даже довести ее до бритвенной остроты.

Механический способ

Теперь, когда мы определились с составом сплава, мы можем перейти и к самому важному способу увеличения прочности стали – ее отпуску. Сделаем небольшое пояснение по этапам работы со сталью, чтобы была ясна разница между закалкой и отпуском.

Отпуск после закалки стали

После отжига и механической обработки заготовки сталь закаляется – подвергается нагреву до определенной температуры. Обычно называется цифра в 800 градусов, хотя для разных марок она, конечно, будет разной. При отсутствии оборудования оптимальная температура определяется по цвету, до которого раскаляется сталь при закалке: подходящим считается вишневый или алый цвет, иногда – желтый. Оттенки, близкие к белому, говорят о том, что температура перевалила за допустимую отметку и достигла как минимум 1 300 градусов. Если мы с определенной скоростью охладим нагретый под закалку сплав, то с ним можно работать – отпускать и повышать его прочность, а вот сплав, который перекалился, иногда нельзя спасти даже отпуском.

Заготовки из стали охлаждаются с заданной скоростью в различных охлаждающих средах: в растворе соли или масле. В чистой воде сталь охлаждать нельзя: скорость охлаждения будет слишком высока и на заготовке могут появиться трещины; соль, напротив, снижает скорость охлаждения, что добавляет клинку вязкости.

Теперь у нас есть очень твердая сталь, которую получится поцарапать только алмазом, а вот разбить мы ее сможем легко – у нее пока нет нужной прочности. Значит, нужно провести отпуск. Это практически та же закалка, только многократная и, что важно, имеющая куда более низкие температуры. Для изготовления ножей подходит низкотемпературный отпуск – до 250 градусов.

Охлаждается нож между подходами отпуска точно так же, как после закалки – в солевом растворе или масле.