Вплив хімічного складу з термічною обробкою сталі на структуру та механічні властивості клинка ножа

Abstract

UK: Головною вимогою до якісної ножової сталі є її збалансований хімічний склад і відповідна термічна обробка, яка забезпечує оптимальні показники твердості, зносостійкості та корозійної стійкості ріжучої частини. Саме поєднання цих характеристик визначає експлуатаційні властивості ножа, включаючи його здатність тривалий час утримувати ріжучу кромку та протистояти механічним і хімічним впливам. Сучасна промисловість пропонує широкий спектр якісних матеріалів для виготовлення ножів, зокрема інструментальні сталі, спеціальні штампові сталі, а також високотехнологічні сталі, отримані методом порошкової металургії. Використання порошкових технологій дозволяє досягти однорідної мікроструктури, підвищеної зносостійкості та покращеної міцності, що робить такі матеріали особливо популярними серед виробників високоякісних ножів. Матеріали та методика. У цій роботі була використана конструкційна шарикопідшипникова сталь ШХ15Ш (ТУ 141594, ДСТУ 4738:007) та жаростійка нержавіюча сталь 40Х13 (ДСТУ 4738:007), які поєднуються між собою методом горнового зварювання. Сталь ШХ15Ш є високовуглецевою легованою сталлю з високою твердістю та чудовою зносостійкістю, що робить її придатною для виготовлення ріжучої частини. Водночас, сталь 40Х13 характеризується високою корозійною стійкістю та ударною в'язкістю, що дозволяє використовувати її для обкладок композитного матеріалу. Таким чином, отриманий композитний клинок поєднує в собі жорсткість і гостроту ріжучої частини з механічною міцністю та стійкістю до корозії зовнішніх шарів. Результати експерименту. Для порівняння ефективності різних матеріалів досліджується також клинок із сталі N690 (Böhler, Австрія) – високоякісної кобальтової нержавіючої сталі мартенситного класу. Додавання кобальту до сплава сприяє утворенню більш дрібнозернистої мікроструктури, що покращує загальні експлуатаційні характеристики матеріалу. Крім того, ця сталь відома своєю високою твердістю (до 60 HRC після термообробки) та стійкістю до зношування, що робить її популярною серед виробників преміальних ножів. Висновки. Подальший аналіз порівняльних характеристик отриманих клинків дозволить визначити їх оптимальні сфери застосування та оцінити ефективність використання композитних матеріалів у ножовій індустрії.

EN: The main requirement for high-quality knife steel is its balanced chemical composition and appropriate heat treatment, which provides optimal indicators of hardness, wear resistance and corrosion resistance of the cutting part. It is the combination of these characteristics that determines the operational properties of the knife, including its ability to hold the cutting edge for a long time and resist mechanical and chemical influences. Modern industry offers a wide range of high-quality materials for the manufacture of knives, including tool steels, special die steels, as well as high-tech steels obtained by powder metallurgy. The use of powder technologies allows you to achieve a homogeneous microstructure, increased wear resistance and improved strength, which makes such materials especially popular among manufacturers of high-quality knives. Materials and methods. In this work, structural ball bearing steel ShKh15Sh (TU 141594, DSTU 4738:007) and heat-resistant stainless steel 40X13 (DSTU 4738:007) were used, which are combined with each other by the method of furnace welding. Steel ShKh15Sh is a high-carbon alloy steel with high hardness and excellent wear resistance, which makes it suitable for the manufacture of the cutting part. At the same time, steel 40X13 is characterized by high corrosion resistance and impact toughness, which allows it to be used for composite material linings. Thus, the resulting composite blade combines the rigidity and sharpness of the cutting part with the mechanical strength and corrosion resistance of the outer layers. The results of the experiment. In the course of research, it was found that changes in the chemical composition of the 40КХНМ alloy significantly affect its mechanical properties, including hardness and resistance to shock loads. An increase in the content of carbon, molybdenum and chromium in the alloy leads to an increase in its hardness. This is with the formation of stronger carbide and molybdenum phases in the structure of the alloy, which leads to an improvement in its mechanical properties. Increased hardness makes the alloy more resistant to wear and increases its durability in operating conditions. An increase in the nickel content in the alloy leads to an increase in its resistance to shock loads. This is caused by an increase in plasticity and impact toughness of the alloy with an increased nickel content. Higher resistance to shock loads makes the alloy suitable for use in conditions that require high resistance to shocks, for example, in the production of machine parts and equipment. A mathematical model of the dependence of the strength of the alloy on the percentage content of the components of the chemical composition was built, which allows to control the indicators of the strength of the alloy in the process of its manufacture. Conclusions. To compare the effectiveness of different materials, a blade made of N690 steel (Böhler, Austria) is also studied − a high-quality cobalt stainless steel of the martensitic class. Adding cobalt to the alloy contributes to the formation of a finer-grained microstructure, which improves the overall performance characteristics of the material. In addition, this steel is known for its high hardness (up to 60 HRC after heat treatment) and wear resistance, which makes it popular among manufacturers of premium knives. Conclusions. Further analysis of the comparative characteristics of the obtained blades will allow to determine their optimal areas of application and assess the effectiveness of the use of composite materials in the knife industry.