Стали и Материалы

Ну, и закалка сталей от того же В.Кузнецова, если кому интересно, ну очень интересные моменты:
Закалка – кульминация всей работы кузнеца. Издавна закалка была окутана покровом таинственности, и существует множество легенд, перечислить которые просто не хватит времени и бумаги. Закаливали мечи и кинжалы в моче рыжего трехлетнего ребенка и в моче козы, которая неделю голодала, а потом три дня ела только лопухи. Закаливали, протыкая тело жирного раба, поэтически описывая при этом цвет раскаленного меча: «Цвета солнца, когда оно на треть поднимется над краем пустыни». Закаливали в родниковой воде, при этом для темноты закрывали двери в кузнице, выгоняли посторонних и заодно рубили руки не в меру любопытным подмастерьям, пытающимся раньше времени узнать температуру этой воды. Нам тоже нужно закаливать, нужен отличный результат, но нет времени повторять все эти опыты, да и дорого купить раба и откормить его – сам по миру пойдешь.
Как-то так сложилось, что традиционно закалкой пытаются достичь максимальной твёрдости при жалких остатках прочности. Но ведь у ножа важна режущая стойкость лезвия, а этот параметр напрямую связан с прочностью кромки и в гораздо меньшей степени зависит от твёрдости. Сильно закалённый нож выкрашивается по кромке и от этого быстро тупится. Получается абсурд: добиваются твёрдости в ущерб режущим качествам, хотя стойкость лезвия – это величина практическая, а супертвердостью можно только абстрактно похвалиться: «У тебя нож в 58ед.?! А у меня в 72ед.!!!», совсем упуская из вида, что этот супертвёрдый точится только алмазными брусками и делать это приходится в 4 раза чаще.
Для начала уясним, что нож работает в совершенно других условиях, нежели зубило или нож электрорубанка, даже саблю нельзя сравнивать в работе с ножом. У неё большая масса и скорость, поэтому структура кромки лезвия у неё может быть грубее и тверже для лучшей работы. Сравнивать саблю и нож – это всё равно, что сравнивать две пилы: одна для лесоповала – с крупными зубьями, а вторая для тонких столярных работ.
Рабочий нож должен быть тонким и прочным. При разделке туши вы можете уронить нож на булыжник и тут же наступить на него - такое испытание нож должен выдержать. Поэтому, при закалке приоритет отдаётся прочности а не твердости. Я утверждаю, что нормально закален тот нож, который в тисках можно согнуть от 45° до 90° от вертикали. Очень сильно закаленный нож ломается при отклонении до 45° от вертикали. Так можно калить большой и толстый в обухе нож, прочность будет достигаться толщиной. Недопустимо, чтобы нож ломался при отклонениях меньше, чем 45° от вертикали – это явный перекал и такому изделию место на ковре, как украшению, а в работе он подведёт хозяина: лезвие будет выкрашиваться, кончик ножа обламываться.
Невозможно закалить идеально одну вещь (даже, если вам сказали марку стали, переврав за давностью лет). Технологический справочник – не помощник, в нем дана закалка не стали, а изделия. Т.е. подшипник калится на твёрдость, рессора – на упругость, клапан – жаропрочность. Нож тоже калится как изделие, т.е. нож может иметь зонную, или поверхностную закалку, но не равномерную.
Всё это было предисловие, а практика закаливания такова. Надо сделать несколько пластинок из того металла, что вы намерены калить. Первую пластинку греем неравномерно от max до min t° и калим в воде, чтобы легче ломалась. Неравномерность нагрева зависит от марки стали, которую надо определить пробой на искру, анализом.
Диапазон температур таков:
Низкоуглеродистые стали: от 727° до 950°
Высокоуглеродистые стали: от 680° до 850°
Легированные стали: от 850° до 1150°
Мой учитель все сведения о закалке выдал одной фразой: «Есть сталь и полусталок, сталь калить в масле, полусталок в воде, а железо и чугун – не калятся»
Итак, первую полоску от max до min по длине, закаливаем в воде и ломаем в тисках, ищем на изломе нужное нам по размеру зерно. Излом не должен быть крупнозернистым, но и не гладким (парафиновым), отсутствие зерна - это плохие режущие свойства. Если переломить крупный напильник, то по периметру у него будет гладкий излом, а в центре – примерно такое зерно, какое нужно. Чаще проверяйте готовые изделия на рез и вскоре будете знать, какое зерно лучше работает. Итак, нужная температура найдена. Теперь на второй полоске проверяем свой глазомер: нагреваем кончик до нужной температуры, закаливаем и ломаем, зерно должно быть одинаковое.
Теперь нужно подобрать закалочную среду. В XIX веке на любом заводе использовали до 12-ти закалочных сред: от спокойного воздуха до медных барабанов со ртутью или азотом. Нам такая роскошь не по карману, увы! Я обхожусь половиной: спокойный воздух, воздушная струя, масло +20°, масло +90°, масло +200°, вода + 25°.
Закалочные среды отличаются только скоростью охлаждения. Можно составить таблицу: Спокойный воздух - 50° в сек.
Вентилятор или всадник на лошади - 70°в сек.
Масло комнатной температуры - 150° в сек.
Масло при температуре в 200° - 300° в сек.
Вода +27° - 450° в сек.
Ледяная вода - 600° в сек.
Если закалка в воде не противоречит здравому смыслу - чем холоднее, тем сильнее, то закалка в масле вначале смущает незрелые умы. А всё просто - с ростом температуры масло менее вязкое и быстрее охлаждает. Если это даёт нужное зерно и прочность, то закалка в дымящемся масле - одна из лучших. Нагрев изделия, потом в масло t-200°, выдержка от 15 мин до 2 часов, потом в воду - сразу и закалка и отпуск. Такая же закалка в жидком свинце, но более жесткая.
Возможно чередование сред, возможна двойная закалка, а также зонная – это всё. Любой борец скажет, что лучше знать три приёма хорошо, нежели триста – плохо. Продолжаем свои исследования. Берём пластинку, греем её до той t°, которую уже определили, последовательно закаливаем в разных средах до той степени прочности, чтобы она ломалась в тисках при отклонении в 30° от вертикали, и отпуском добиваемся того, чтобы пластинка сломалась при 45°. Вот и вся методика. Мы получили максимум прочности, при максимуме режущих свойств.
Твёрдость зависит от стали. Попытки выжать твёрдость из любой стали - приводят к потере прочности и режущих свойств. Если вы закалили две стали правильно, (с приоритетом прочности), например: Х12ФМ и У- 8А, то Х12ФМ будет иметь 60-61 единиц HRC, а У-8А - 56-58 единиц. Правда У-8А будет резать в четыре раза дольше, но зато Х12ФМ режет даже после вскрытия банки консерв – вот и выбирайте. Кстати, я не сказал, что эти две стали закаливать надо одинаково, нет – все условия разные, но одинаков результат: они имеют одинаковое зерно и ломаются в тисках при 45°.
Несколько общих слов: перед закалкой клинок отжечь - меньше крутить будет и меньше трещин. Нагрев делать медленно, не выше нужной температуры – это дает равномерность прогрева без ненужного роста зёрен. Нагрев под отпуск лучше долгий. Хорошо, если есть муфельная печь с регулировкой. Если, к примеру, сталь продержать нагретой при 190° около двух часов, то она будет вдвое прочнее, чем та, которую вы нагревали в горне 10 мин. до золотистого цвета (190°). Охлаждение после нагрева при отпуске обычно делается в той же среде, что и закаливание, хотя это правило не всегда соблюдается, лучше поэкспериментировать на той же пластинке. Нагрев под закалку старайтесь сделать как можно равномернее, иначе получите трещины поперёк лезвия, а отпуск можно делать неравномерный. Можно обух трижды нагреть до фиолетового (285°), в то время, как остриё только однажды нагреется до жёлтого цвета – это легко делается в горне.
Такая закалка даёт более стабильные результаты, нежели опыты с обмазкой. Надо всегда помнить о прокаливаемости (глубине закалённого слоя). В воде - этот показатель равен 1 мм в сек, а в масле - вдвое меньше. Если нужно закалить двулезвийный клинок (обоюдоострый, как в народе говорят), и уже найдена температура и среда, например, вода, то вы греете очень ровно без пятен, до нужной температуры, опускаете в воду на две секунды, а потом переносите в масло. Кромки с толщиной в два миллиметра прокалились насквозь, а сердцевина осталась упругой. Отпуск делается равномерным. На двулезвийном клинке очень трудно нагреть середину до высокой температуры, не перегревая кромки. Но если всё же нужен неравномерный отпуск, то середину клинка прогреваем прутком диаметром 10 мм, нагретым до тысячи градусов. Если требуется невысокий отпуск (до 190°), то пользуются кипящей водой, стеарином, канифолью. В воде клинок можно кипятить пару часов, потом окунуть в ледяную воду – это и будет низкий отпуск. Кусочек канифоли (свечи) кладут на клинок и греют в пламени, как только расплавится, температура достигнута (130°-150°).
Если вдруг нужна большая твёрдость, то она достигается понижением температуры нагрева (уменьшение зерна) и резким понижением температуры среды. Обычно всё делают наоборот: сильно греют, получают крупное зерно и клинок рассыпается. Сначала находим при какой температуре данная сталь дает «парафиновый» излом, и закаливаем в максимально холодной среде: соль + снег + вода приблизительно даёт -4°; ацетон + сухой лед приблизительно даёт -70°. Закаливать 2 сек, перенос в воду, отпуск по обушку. Кромку не делать тоньше 0,5мм, угол заточки 45°. Такой нож легко вскрывает консервную банку, надрубает все ножи соседей по нарам в зимовье, после этого даже бумагу режет. Но кроме этого ничего не режет: скользит по салу (на столе) и по шкуре лося – тоже. Но иногда и такое изделие полезно иметь при себе. Если вы закаливаете стамеску, или саблю, то ищите температуру, которая даёт парафиновый излом. Это max твердости при min прочности. Так называемая точка «В» Чернова. В каждой она своя, но в основном это переход от красного цвета – к алому. Т.е. от тусклого цвета – к светящемуся. В стамеске прочность достигается толщиной, частичной закалкой (только кромка); в длинномере – тоже частичной закалкой: обмазка на японский манер, или неглубокая прокаливаемость (уголь, песок, сургуч). Отпуск при такой закалке подбирается очень тщательно.
Лезвие опускают в жидкость вертикально, иногда остриём вниз - это более жесткая закалка, остриём вверх - эта помягче, и держат неподвижно. Если будете дергать лезвием, то охлаждение будет неравномерным - лезвие поведёт и закрутит в поросячий хвост, могут появиться трещины. Хотите стабильных результатов, держите лезвие неподвижно, давая потоку жидкости забирать тепло. Допустимо движение лезвия в воздухе и в твёрдых средах: сургуч, мокрый песок, мокрый древесный уголь, ну, и жирного раба протыкали трижды. Мокрый песок и уголь уменьшают прокаливаемость. Если песок и уголь смочены водой, то получите закалку на глубину в 1,5-2мм, а внутри останется сталь закаленная на упругость.
Так что потренируйтесь, сделайте 4 клинка из одной стали, а параметры определите заранее, т.е. поставьте цели и выполните их. Этот опыт десятикратно сэкономит время в дальнейшей работе.
Наиболее полно термообработка стали освещена в учебнике «Металловедение», А.П.Гуляев. стр.285-311 и стр.369-508.

При закалке изделий из одной стали в одной среде режущие свойства этих изделий напрямую зависят от достигнутой твёрдости. Пример: сталь 9 x C, закалка в масле. Резание происходило в станке с установленным давлением, резалась бумага.
HRC Кол-во резов
37 80
48 180
63 900

При закалке в разных средах иногда более мягкий нож будет резать дольше, т.е.при одном химическом составе – разная структура. Я это не проверял сам, сошлюсь на П.П.Аносова, статья «Об опытах закалки в сгущённом воздухе». У него мягкий нож, закалённый в струе воздуха резал в 5 раз дольше, нежели твёрдый, закалённый в масле.
И третий случай, когда стали и твёрдости разные. Вот яркий пример из моих опытов. Условия испытаний описаны выше.
Сталь HRC Кол-во резов

Р18   66   600
Р9   65   750
9 x C     63     900
ШХ-15     63     220

То есть, нож из Р18 легко надрубит 9 х С, но точить его в быту и на охоте придётся вдвое чаще. Здесь скорее разница и в химическом составе, и в структуре. Отсюда следует, что даже работая с одной сталью, нельзя тупо добиваться какого-то max. HRC, надо доводить испытание до полевых условий, а потом выбирать лучшее не глядя уже на твёрдость. Хочу намекнуть, что испытывать надо на том материале, с которым этому изделию предстоит чаще встречаться на его жизненном пути. Все материалы, с которыми ножам приходится работать, делятся на две группы: мягкие и твёрдые. П.П.Аносов сравнил ножи на войлоке, если бы сравнил на самшите, то мягкий нож уступил бы твёрдому в 8 – 15 раз ( это как раз мной проверено). Но группа мягких материалов несравненно больше, вот и выбирайте. Универсального режущего инструмента нет.