Порошковые стали

http://finnka.com/uploads/posts/2012...00262-copy.jpg

К этому времени и пользователям, и производителям стали ясны естественные ограничения в использовании клинков из этого материала, закаленного до твердости 56-61 HRC. Значительный разброс процентного состава затруднял правильную термообработку, а неоднородность структуры обуславливала склонность режущих кромок к сколу и скромные антикоррозионные свойства. На повестке дня встал поиск нового материала, который, сохраняя основные достоинства 440С, был бы лишен ее основных недостатков.

Создание подобной стали - большое искусство, так как для задания необходимого комплекса свойств в ее состав должны входить различные компоненты, работающие согласованно и гармонично. Сложность «конструирования» новой сложнолегированной стали заключается в том, что у компонентов разные температуры плавления, химические свойства, плотность. В ходе плавки удается управлять множеством конкурирующих процессов, используя вакуум или защитные атмосферы, флюсы, разделяя плавку на этапы, но при кристаллизации единственный способ воздействия на структуру - регулировать режим охлаждения. А ведь именно при охлаждении стали ее компоненты в полной мере проявляют свой «несговорчивый» характер. Одни упрямо не хотят растворяться в общей массе сплава и выделяются прослойками, другие впитывают загрязнения и примеси, образуя стойкие и вредные соединения, третьи кристаллизуются в слишком крупные или слишком мелкие зерна, нарушая структурную однородность сплава. А неоднородности - это потенциальные источники повреждений: сколов, трещин, коррозионных пятен. И чем больше компонентов, тем больше подобных проблем, побороть которые до конца невозможно в силу самой кристаллической природы металла. Даже максимально очистив сталь от примесей и включений путем использования таких методов, как электрошлаковый, вакуумно-дуговой и электронно¬лучевой переплав, а также добившись ее однородности путем расплава, производитель не может рассчитывать на высокую внутреннюю однородность готового продукта.

При остывании слитка возникает фронт кристаллизации, вновь делающий полученную сталь неоднородной. Это происходит потому, что при затвердевании стали образуются центры кристаллизации, из которых начинается активный рост кристаллов. Кристаллы растут всему объему в разных направлениях, образуя микрообласти и вытесняя к своим границам иные фазы и примеси. При встрече таких областей и образуется различимая глазом зернистая структура, наблюдаемая, например, на изломе.

А если учесть, что сегодня в режущих инструментах широко используются стали, насыщенные для повышения их рабочих характеристик дополнительными элементами (т. н. легированные), то задание однородности становится еще более сложным. К примеру, создание столь модной нержавеющей стали требует введения в раствор 13-18% хрома, который при охлаждении слитка создает собственную фазу и норовит коагулировать. На какие только технические ухищрения не идут, чтобы подавить появление нежелательной неоднородности! Тут и снижение температуры прокатки, быстрое охлаждение, и другие, достаточно сложные и дорогие, мероприятия. Однако до конца победить неоднородности стали все равно не выходило.

Поскольку только атомы расплавленного металла не имеют фиксированного положения в пространстве, то давно возникла идея «заморозить» (путем очень быстрого охлаждения) беспорядочное расположение атомов, характерное для жидкости. Чтобы обмануть природу, технологам пришлось идти на ухищрения. Четверть века назад в ходе экспериментов по быстрому охлаждению металлических расплавов было установлено, что в некоторых случаях кристаллическая решетка в металле вообще отсутствует, а расположение атомов характерно для бесструктурного, аморфного тела. Чтобы опередить кристаллизацию в металлах, необходимы громадные скорости охлаждения – 104-106 град/с и достаточное количество элементов-аморфизаторов. Аморфизаторами являются неметаллы: кремний и углерод. При этом кристаллизации не происходит, так как за столь короткое время атомы не успевают переместиться на расстояние, которое позволило бы им сформировать кристаллическую решетку. Полученные таким образом металлы и сплавы с беспорядочным расположением атомов стали называть аморфными металлическими стеклами, по аналогии, которая существует между неупорядоченной структурой металлического сплава и неорганическим стеклом.

Их изготовление основывается на распылении струи газом или жидкостью, центрифугировании струи, сверхбыстром охлаждении из газовой среды и др. Использование этих методов позволяет получать ленту различной ширины и толщины, проволоку и порошки. Именно порошки являются основой в производстве сырья для будущих клинков. В дальнейшем порошки спекаются в экструдере для получения заготовок, а далее полученная сталь обрабатывается по традиционным технологиям, отправляясь к потребителям в форме прутка или проката.

Аморфные металлические сплавы (металлические стекла) представляют собою жидкоподобные соединения в твердом состоянии, одним из характерных свойств которых является отсутствие дальнего порядка в расположении атомов - они расположены хаотически. Обработав традиционными способами такое сырье, изначально имеющее «идеальную» структуру, можно получать на готовых изделиях более высокую (в сравнении с аналогами, полученными по традиционным схемам) прочность, коррозионную и радиационную стойкость за счет полной структурной и химической однородности сплава.

Главное достоинство нового материала заключается в том, что в нем прекрасно «уживаются» все необходимые компоненты. При сверхбыстром охлаждении сплав затвердевает, прежде чем компоненты-антагонисты успевают проявить свой антагонизм. При этом они попадают в термодинамически неравновесное состояние, т.е. не очень стабильны и кристаллизуются со временем или под действием внешних факторов. Это одна из основных проблем, ограничивающих их применение. Однако при изготовлении клинков такой материал - лишь исходное сырье для создания улучшенных сталей и сплавов. Далее его подвергают термообработке, возвращающей его в стабильное состояние и приводящей к кристаллизации, но уже без тех негативных процессов, которыми сопровождается традиционная кристаллизация после плавки. В результате прочность и износостойкость металла, полученного по такой технологии, намного превышает аналоги, имеющие сходный процентный состав, но выработанные по традиционным технологиям. Другое важнейшее преимущество - их высокая коррозионная стойкость, которая определяется равномерностью концентрации хрома.

После того как прошла первоначальная эйфория от долгожданной победы, начались подсчеты: а сколько стоит такой материал? Оказывается, довольно дорого. Мечты разработчиков новых технологий о том, что крупное промышленное производство массово ринется переходить на новые материалы, не спешили сбываться. И тут искавшие новые рынки сбыта производители новых металлов и ищущие новых материалов ножовщики, что называется, нашли друг друга. Следует отметить, что зарубежные сталепроизводящие гиганты совершенно лишены присущего их российским коллегам снобизма, связанного с нежеланием работать с мелкими клиентами и небольшими партиями. Более того, поняв перспективы рынка, многие из них быстро включили в ассортимент весьма привлекательные для ножевой отрасли виды сталей, а также всемерно поощряли энтузиастов, экспериментировавших с новыми металлами. Посредством использования новых технологий оказалось возможным создать стали с содержанием углерода 2% и даже 3%, скачкообразно повысив их износостойкость. Обычные технологии превратили бы такой материал в хрупкий и нефункциональный чугун. Казалось, забрезжила новая веха - прочный коррозионностойкий стальной клинок, который по износостойкости не уступает металлокерамике. В результате уже в 90-х на сталь СРМ440V обратили внимание сразу две крупные фирмы, Kershaw и Spyderco, применив на своих складных моделях.

Однако стали с 2% углерода и более на ножах пользовательской группы себя зарекомендовали весьма неоднозначно. В качестве режущих инструментов для аккуратной работы они оказались весьма недурны, но, одновременно, потребовали высокой аккуратности при работе на разумных углах заточки. После выпуска первых же пробных партий в технологию были внесены доработки. Так, Spyderco, под влиянием нареканий потребителей на чрезмерную хрупкость и сложность в заточке, снизили величину твердости клинков из СРМ440V с 60-61 НRС до 56-57 НRС, а в дальнейшем вообще перешли на новый материал - S30V с количеством углерода менее 1.5%, обладающий повышенной прочностью. В какой-то степени такой переход можно характеризовать как дань уважения "продвинутым» пользователям, открывающим ножом консервы и использующим клинок в качестве отвертки. Таким образом, упругость режущих кромок из высокоуглеродистых нержавеющих сталей, с содержанием углерода 2% и выше, оказалась их ахиллесовой пятой. Требования рынка к улучшению прочностных свойств режущих кромок - наиболее нагруженных частей клинка - вызвало постепенный переход к новым материалам, содержание углерода в которых снизилось до 1%-1.5%. В США это была сталь SЗОV, в Японии -Соwrу Y, Европе - RWL34. Фирма «Южный Крест» также внесла свою лепту во внедрение новых технологий, произведя серию экспериментальных моделей из отечественной стали РОМ2ФЗС-МП (новое обозначение ТСП-38, производства ОАО «Электросталь»). Такие материалы существенно превосходят по прочности, износостойкости и коррозионной стойкости и 440С, и АТS-34, и 154СМ, но воплощение вожделенной мечты отдельных любителей о режущем стекло и рубящем гвозди нержавеющем клинке, который можно точить раз а полгода, похоже, вновь отодвинулось на неопределенное время.

Стали с содержанием углерода 2-3%, закаленные до твердости 64-67 НRС, пока нашли ограниченное распространение лишь в Японии, у таких производителей дорогостоящих моделей, как Нattorу и Kitano Edge. Аккуратность и культура работы клинком в Японии - составная часть национального характера. А дополнительной гарантией, сулящей такому клинку долгую и счастливую жизнь, является немалая цена, переводящая их из ранга высококачественных ножей в предмет долгосрочных инвестиций.

Александр Марьянко