Cталь у8 для ножей: плюсы и минусы, характеристики, отзывы

История появления сплава

Сталь марки D2 пластина 250х80х4 мм.
Сплав разработали в Америке в 60-х гг. для промышленных целей (изготовление ножей и режущих инструментов). Сейчас такая сталь производится не только в США. В Японии, Германии и Швеции разработаны сплавы, похожие по составу на D2. Единственное отличие заключается в количестве углерода.

У сплава имеются следующие обозначения:

X155CrMo12 – производится в Германии;
1.2379 – так маркируется D2 согласно Европейской системе обозначения сталей;
SLD – сплав в Японии;
SKD-11 – маркировка D2 в Швеции.

В России также существует аналог – Х12МФ.

Сплав активно применяется в металлообрабатывающей промышленности, автомобилестроении, при производстве лезвий для бритв. Кроме этого, он используется при создании клинков холодного оружия.

Химический состав

Сплав D2 разработан на основе высокоуглеродистой стали. Содержание углерода в его составе — 1,4-1,6%. Его высокая концентрация способствует образованию большого количества карбида железа. Особую прочность и износоустойчивость ему придают тугоплавкие металлы, концентрация которых составляет:

молибдена – 0,8-1,2%;
вольфрама – 0,9-1,1%.

Они вводятся в расплавленный металл в порошковом виде и замещают железо в соединениях с углеродом. Образуются прочные карбиды вольфрама и молибдена, придающие металлу свойства:

высокой прочности при нагреве;
способности к закаливанию;
равномерного распределения возникающих в процессе закалки внутренних напряжений;
предотвращения хрупкости.

Повышает антикоррозионные характеристики стали Д2 добавление хрома, в количестве более 11%. Дополнительную прочность придают сплаву карбиды хрома, образующиеся в процессе взаимодействия элементов.

Кремний и марганец добавляются в равных долях, по 0,6%, и обеспечивают стабилизирующее и упрочняющее влияние на внутреннюю структуру сплава.

Известно, что сера и фосфор способствуют ухудшению механических свойств, снижают износоустойчивость, одновременно повышая хрупкость металла. Содержание этих элементов снижено до тех пределов, когда их вредное воздействие не отражается на качестве стали:

сера – 0,03%;
фосфор – 0,04%.

Технология производства отжига

Режим отжига стали У8 определяется следующими факторами:

способом укладки заготовок на под термической печи;
соотношением высоты и толщины заготовок;
температурой нагрева;
типом нагревательной печи.

График отжига

Экспериментально установлено, что наиболее эффективным режимом отжига является укладка заготовок в один слой на теплоизоляционных подставках из асбеста, при расстоянии между смежными заготовками не менее 3D (под D следует понимать максимальный габаритный размер сечения в плане). Тогда для нагрева до нужной температуры (1000…1200 °С) потребуется:

для сечения до 20 мм – 5…6 мин;
для сечения до 30 мм – 8…10 мин;
для сечения до 40 мм – 9…12 мин;
для сечения до 50 мм – 12…15 мин;
для сечения до 75 мм – 15…18 мин;
для сечения до 100 мм – 19…25 мин;

Поскольку с увеличением продолжительности нагрева возникает опасность поверхностного науглероживания, то отжиг обычно ведут в печах с контролируемой атмосферой, либо в среде инертных газов (двуокиси углерода или даже аргона).

При иных способах укладки скорость нагрева уменьшается на 15…20%.

Лучшее качество отжига получается, если его проводить поэтапно. Вначале выполняется предварительный нагрев, для чего заготовки помещают в печь, которая уже имеет температуру в рабочей зоне до 500…550 °С, а потом постепенно нагревают изделия до требуемой температуры, не допуская скорости нагрева большей, чем 100 °С в час. По достижении требуемого температурного диапазона, отжигаемую продукцию выдерживают в печи не менее 30% от общей продолжительности операции, а потом отключают печь.

Для снятия наклёпа холоднодеформированных изделий из стали У8 их подвергают рекристаллизационному отжигу с охлаждением в расплавах солей (для мелкого инструмента), и в водном растворе поваренной соли – для более крупного. В результате улучшается механическая обрабатываемость, снижаются остаточные деформации (особенно для длинных и тонких прутков и полос), а также оптимизируется структура стали. Температура такого вида отжига составляет 670…700 °С пр выдержке в печи не более часа. При отжиге происходит полная перекристаллизация металла структура получается мелкозернистой, при равномерном распределении зёрен перлита. После отжига твёрдость стали У8 должна быть не более 190 НВ.

У8 — классическая ножевая сталь

Марку У8 относят к эвтектоидным сталям. То есть, наличие чистого углерода, равно тому, который находится в цементите перлита. Это обозначает что в составе стали отсутствуют вторичные карбиды. Это привело к появлению ряда тонкостей, возникающих при работе со сталью У8 и ее аналогами.

К примеру, в составе У8 их отсутствие гарантирует наличие однородной структуры, стали этого типа хорошо обрабатываются сваркой ковкой. Именно поэтому эти сплавы входят в состав дамасских сталей. Но, необходимо помнить и о том, что отсутствие карбидов усложняет процесс термической обработки. В частности, изменение оптимальной температуры закаливания на несколько градусов, приводит к снижению механических свойств, а именно прочности и вязкости.

Важное значение придаётся и предварительной термообработке. Ее задача оптимизировать структуру непосредственно перед закалкой

Надо отметить, что стали марки У8 и ее аналоги обладают низкой прокаливаемостью и в следствие очень чувствительны к длительности времени задержки охлаждения.

В 1997 в нашей стране был разработан и введен в действие ГОСТ Р 51015-97. Он разделяет все ножи на две большие группы:

хозяйственные;
бытовые.

К первой группе относят изделия, которые применяют для работы с хлебом, овощами. Ко второй группе относят ножи, предназначенные для обработки мяса. В эту же группу входят изделия, предназначенные для туристов и пр.

В этом же документе определён материал, из которого производят ножевую продукцию — это У8А или У10А. Индекс «А» обозначает, что это стали повышенного качества, в них понижено содержание фосфора и серы. В качестве заготовок применяют прутки и полосы из сталей У8А.

ГОСТ определяет, что твёрдость поверхности должна быть на уровне 49 по HRC, но вместе с тем допускается и производство ножей с твёрдостью поверхности 41,5 HRC.

Стали группы У8 позволяют выдержать параметры, определённые в ГОСТ Р 51015-97.

Бесспорно, кроме, описанного материала допустимо и применение других стальных сплавов, например, 40Х13 или 65Х13. Использование этих сплавов позволяет получить ножи с высокой прочностью и стойкость коррозии. Но использование сталей подобного рода позволяет получением продукции у которой, высокая прочность, стойкость к затуплению, разумеется, при использовании ножей по назначению. Но при резком ударном воздействии возможно получение сколов или трещин на теле клинка. Наличие большого количества легирующих элементов может привести к повышению хрупкости клинка.

Ножи, выполненные из семейства У8 практически не имеет легирующих компонентов, в ГОСТ определено то, что наличие хрома не должно превышать 0,2%, никеля и меди не более 0,25%

Плюсы

К плюсам стали марки У8, которая определена ГОСТ Р 51015-97, как основная для производства хозяйственных и бытовых ножей, можно отнести следующее — после проведения термической обработки, она приобретает достаточную прочность и твёрдость поверхности, достаточной для обеспечения остроты ножа на длительный срок эксплуатации. Острие клинка можно относительно легко заправить, то есть для этого можно использовать обыкновенные абразивные бруски. Такой нож сложно сломать при ударе.

Технические особенности стали марки D2

Есть пять характеристик для оценки сплава:

Твердость. Обладает высоким показателем – до 64 HRC по Роквеллу.
Жесткость. Отличается прочностью, но является недостаточно жестким, что приводит к неудобствам при заточке изделий.
Износоустойчивость к абразивному воздействию. Благодаря твердости этот показатель у сплава высокий.
Коррозионная стойкость. Данный вид стали не относится к нержавеющим, поскольку не содержит достаточного количества хрома, но сопротивляется ржавчине. Устойчивость к коррозии оценивается как средняя.
Защита краев от завалов. При эксплуатации лезвие изделия из D2 способно долгое время сохранять свою остроту.

Аналоги сплава и его применение

Марка стали D2 была разработана в 60-е годы прошлого века в Соединенных Штатах и первоначально использовалась для нужд промышленности. Из сплава изготавливали высокоскоростные резцы по металлу, которые могли работать при высоких температурах. Сегодня эта марка популярна во всем мире и имеет множество аналогов:

Х155CrMo12 – в Германии;
SLD – Японии;
1,2379 – в Евросоюзе;
SKD-11 – Швеции.

В России заменителем стали D2 является марка Х12МФ, состав которой регламентируется ГОСТом 5950. Ее сортамент представлен:

различными видами проката;
калиброванным прутком и серебрянкой;
полосой и коваными заготовками.

Инструментальная сталь D2, как и ее аналоги, нашла широкое применение:

в машиностроительной отрасли;
производстве металлообрабатывающих инструментов;
бритвенных лезвий.

Особенно востребована она в качестве материала для изготовления элитных ножей, что связано с ее способностью в течение длительного времени держать хорошую заточку. Ее в норме должно хватать на разделку крупной туши. Из сплава получают широкий ассортимент ножей:

универсальных складных, включая и подарочные варианты;
шейных охотничьих ножей, предназначенных для свежевания добычи;
туристических, имеющих широкий спектр применения;
разделочных, для разрезания больших туш.

Механические свойства

HRCэ	HB	KCU	y	d5	sT	sв
МПа	кДж / м2	%	%	МПа	МПа
Твердость по Роквеллу	Твердость по Бринеллю	Ударная вязкость	Относительное сужение	Относительное удлинение при разрыве	Предел текучести	Предел кратковременной прочности

Ku	s0,2	t-1	s-1
Коэффициент относительной обрабатываемости	Условный предел текучести с 0,2% допуском при нагружении на значение пластической деформации	Предел выносливости при кручении (симметричный цикл)	Предел выносливости при сжатии-растяжении (симметричный цикл)

N	число циклов деформаций/ напряжений, выдержанных объектом под нагрузкой до появления усталостного разрушения/ трещины

Применение сплава У7 (У7А)

Сталь У7 применяется для изготовления различного инструмента. Взять, к примеру – топор. Им производится черновая обработка древесины. С его помощью производится рубка брёвен, распускание поленьев на щепы и лучины.

Сплав имеет достаточные прочность, твёрдость и ударную вязкость, чтобы с его помощью расколоть, разрубить даже деревья твёрдых пород, как дуб и самшит.

Но следует отметить, что топор периодически необходимо подтачивать. Кроме таких изделий как топор, сплав применяют для изготовления: молотков, отвёрток, плоскогубцев, кусачек, стамесок и долото. Также из него делают пневматические инструменты, это бойки и отбойники. Из сплава ещё изготавливают иглы для швейных и технических машин.

Разнообразие изделий из Д2

Из инструментальной стали Д2 производится широкий ассортимент различных ножей. Среди них:

складные — универсального предназначения, в том числе – в подарочной упаковке;
шейные, с помощью которых можно освежевать убитого на охоте зверя, аккуратно снять с него шкуру;
туристические, с фиксированным клинком и широким спектром применения;
разделочные, которые помогут разрезать тушу животного на части и разрубить кости.

Отечественные производители ножей всё чаще используют современные и высококачественные сплавы при производстве ножей и среди них, завоевавшая широкую популярность, сталь D2 (Д2).

Уже много лет ножи, изготовленные из стали д2, остаются популярными и востребованными во многих странах мира. Высокие качества стали d2 с ее плюсами и минусами, дали возможность использовать этот металл для создания различных режущих инструментов в таких отраслях, как:

металлообработка;
автомобилестроение;
производство бритвенных лезвий.

Клинок никогда не крошится, не заминается. Нож свободно разрубает гвозди, причем режущая кромка остается целой и сохраняет рабочие параметры.

Охотничьи

Для настоящего охотника очень важно иметь хороший нож. Он должен свободно выдерживать огромные нагрузки, помогать в проведении сложной длительной работы: разделка туши, ее ошкуривание

Металл охотничьего ножа должен отличаться твердостью и высокой прочностью. Для клинка подходит легированная и углеродистая сталь.

От химического состава металла зависит несколько важнейших качеств оружия охотника:

лезвие должно длительное время оставаться острым;
не бояться механических нагрузок;
отличаться высокими режущими характеристиками;
свободно переносить скачки температуры, сохраняя свои первоначальные свойства.

Клинки, изготовленные из легированной или углеродистой стали, подвергаются коррозии. Чтобы увеличить срок их эксплуатации, лезвие проходит специальную обработку. После мытья его тщательно вытирают, сухую поверхность смазывают тонким слоем промышленного масла. Ножи, изготовленные из инструментальной легированной стали, намного реже подвергаются образованию коррозионных пятен. Их можно использовать для работы при высокой влажности.

Туристические

Ножи для туристов изготавливают из инструментальной стали с высоким содержанием углерода и хрома. На заводах Японии и США для производства туристических ножей используют сталь д2. Она считается лучшей в мире для производства клинков. Этот материал отличается повышенной коррозионной стойкостью, способностью долго сохранять острую режущую кромку. Твердость металла после термообработки достигает HRC 60-62 единицы.

Так как в д2 содержание хрома немного ниже, чем в настоящей нержавеющей стали, профессионалы советуют тщательно вытирать клинки после работы, стараться не оставлять нож в местах с повышенным содержанием влаги.

Бытовые

Из д2 редко изготавливают ножи для бытовых целей, ведь в процессе производства приходится менять конструкцию инструмента. Ярким примером такого изделия может служить лезвие, изготовленное на основе узбекского острого ножа пчак. Созданием таких приспособлений занимается компания «Русский булат». Чтобы получить высококачественную продукцию, применяется специально разработанная технология.

Нож сделан таким образом, что его не нужно точить, а только немного подправлять. В результате сохраняется толщина режущей кромки. Она обычно не превышает 0,1 мм. В восточных странах такой клинок считают универсальным приспособлением. Он свободно режет барана, его можно использовать, как боевое оружие.

В последние годы отечественная промышленность освоила выпуск специальных кухонных ножей из стали д2. Особой популярностью пользуются клинки «Овощной» и «Универсальный». Высокоуглеродистая, полунержавеющая сталь d2, твердостью 61-62 единицы, позволяет выполнять на кухне любые операции. К сожалению, стоимость таких изделий очень высока (6000 -7000 рублей).

Оборудование и расходные материалы, используемые при осуществлении нормализационного отжига

Требуемый температурный режим нормализации стали и ее охлаждения обеспечивают:

Нагревательные камеры с горелками плоско-факельного типа, работающие по принципу прямого или косвенного нагрева. Современные варианты – рекуперационные и регенерационные модели горелок.
Автоматика управления режимом нагрева. В печах косвенного нагрева для управления мощностью используются тиристорные схемы.
Теплоизолирующие материалы.

Для нормализации мелких деталей в среде защитного газа используются конвейерные нормализационные печи. Загрузочное и разгрузочное отверстия расположены ниже уровня рабочей камеры. Загрузочный и разгрузочный тамбуры расположены под уклоном. Конвейер представляет собой сетчатую конструкцию из нихромовой проволоки толщиной 3 мм. В разгрузочной части печи осуществляется охлаждение деталей. Охладительный коридор, через который проходит конвейер, имеет двойные стенки. Пространство между ними заполняется проточной холодной водой. Защитный газ присутствует во всем пространстве печи, включая части погрузки и разгрузки.

Детали располагают на конвейере в один слой, что обеспечивает равномерный нагрев и быстрое охлаждение изделий. При выходе из разгрузочной части детали должны иметь температуру, не превышающую +50 °C. При более высоких температурах на поверхности металлоизделий появляются оксидные пленки. Скорость движения конвейера – до 20 см в минуту.

Нормализация, как и другие технологии термообработки отливок, металлопроката, полуфабрикатов и металлоизделий, может быть промежуточной или конечной операцией. В большинстве случаев нормализационный отжиг является промежуточным процессом. Роль финишной процедуры нормализация выполняет при производстве фасонного металлопроката – тавра, двутавра, швеллера.

Химический состав и процесс обработки

Название У8 свидетельствует о том, что в составе сплава есть углерод в количестве 0,76-0,83%. Основная доля (97%) – это железо. Среди прочих добавок:

марганец (0,17-0,33%) – снижает пластичность, увеличивая твёрдость металла;
кремний (0,17-0,33%) – отвечает за упругость сплава, скорость его охлаждения, стойкость к воздействию влаги;
сера (0,28%) – повышает стойкость к истиранию клинка, качество его заточки;
никель (0,25%) – увеличивает стойкость к разрушению от коррозии;
хром (0,2%) – способствует росту показателей прочности, крепости, коррозионной стойкости;
фосфор (0,03%) – высокое содержание этого элемента делает металл хрупким;
медь (0,25%) – отвечает за стойкость к коррозии.

Для придания стали У8 заявленных характеристик, сплав подвергается особой термической обработке. Во время прерывистой закалки заготовки нагревают до температуры 780С, после в воде охлаждают до 400С.

Таблица химического состава.

Дальнейшее охлаждение производится в ёмкостях с маслом, что замедляет процесс, снижая структурные напряжения в металле. В итоге заготовки для изготовления ножей приобретают повышенные показатели прочности, твёрдости, стойкости к ударам и повреждениям.

Изготовление и обработка быстрорежущих сталей

Быстрорежущие стали изготавливают как классическим способом (разливка стали в слитки, прокатка и проковка), так и методами порошковой металлургии (распыление струи жидкой стали азотом). Качество быстрорежущей стали в значительной степени определяется степенью её прокованности. При недостаточной проковке изготовленной классическим способом стали наблюдается карбидная ликвация.

При изготовлении быстрорежущих сталей распространенной ошибкой является подход к ней как к «самозакаливающейся стали». То есть достаточно нагреть сталь и охладить на воздухе, и можно получить твердый износостойкий материал. Такой подход абсолютно не учитывает особенности высоколегированных инструментальных сталей.

Перед закалкой быстрорежущие стали необходимо подвергнуть отжигу. В плохо отожженных сталях наблюдается особый вид брака: нафталиновый излом, когда при нормальной твердости стали она обладает повышенной хрупкостью.

Грамотный выбор температуры закалки обеспечивает максимальную растворимость легирующих добавок в α-железе, но не приводит к росту зерна.

После закалки в стали остается 25—30 % остаточного аустенита. Помимо снижения твердости инструмента, остаточный аустенит приводит к снижению теплопроводности стали, что для условий работы с интенсивным нагревом режущей кромки является крайне нежелательным. Снижения количества остаточного аустенита добиваются двумя путями: обработкой стали холодом или многократным отпуском. При обработке стали холодом её охлаждают до −80…−70 °C, затем проводят отпуск. При многократном отпуске цикл «нагрев — выдержка — охлаждение» проводят по 2—3 раза. В обоих случаях добиваются существенного снижения количества остаточного аустенита, однако полностью избавиться от него не получается.

Принципы легирования быстрорежущих сталей

Высокая твердость мартенсита объясняется растворением углерода в α-железе. Известно, что при отпуске из мартенсита в углеродистой стали выделяются мельчайшие частицы карбида. Пока выделившиеся карбиды ещё находятся в мельчайшем дисперсном рассеянии (то есть на первой стадии выделения при отпуске до 200 °C), твердость заметно не снижается. Но если температуру отпуска поднять выше 200 °C, происходит рост карбидных выделений, и твердость падает.

Чтобы сталь устойчиво сохраняла твердость при нагреве, нужно её легировать такими элементами, которые затрудняли бы процесс коагуляции карбидов. Если ввести в сталь какой-нибудь карбидообразующий элемент в таком количестве, что он образует специальный карбид, то красностойкость скачкообразно возрастает. Это обусловлено тем, что специальный карбид выделяется из мартенсита и коагулирует при более высоких температурах, чем карбид железа, так как для этого требуется не только диффузия углерода, но и диффузия легирующих элементов. Практически заметная коагуляция специальных карбидов хрома, вольфрама, молибдена, ванадия происходит при температурах выше 500 °C.

Красностойкость создается легированием стали карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, хромом, ванадием) в таком количестве, при котором они связывают почти весь углерод в специальные карбиды, и эти карбиды переходят в раствор при закалке. Несмотря на сильное различие в общем химическом составе, состав твердого раствора очень близок во всех сталях, атомная сумма W+Mo+V, определяющая красностойкость, равна примерно 4 % (атомн.), отсюда красностойкости и режущие свойства у разных марок быстрорежущих сталей близки. Быстрорежущая сталь, содержащая кобальт, превосходит по режущим свойствам остальные стали (он повышает красностойкость), но кобальт очень дорогой элемент.

Плюсы стали

Идеальная углеродистая сталь. Таковой считается ножевая сталь с балансом твердости с жесткостью, который можно увидеть при помощи шкалы Роквелла. Она может быть от 42 до 61 HRC. Чем выше данная шкала, тем материал более ломкий и хрупкий. А если же все наоборот, твердость лишь 42, то такая сталь не будет стойкой. У8 имеет 58 HRC по шкале Роквелла, что создает нужный баланс.
Прочность. Сталь У8 на 97% состоит из железа, а значит ножи из нее будут отличаться неимоверной устойчивостью. Сломать их практически невозможно.
Острота без постоянной заточки. Углерод делает сталь прекрасным режущим средством. На протяжении нескольких месяцев не нужно даже думать о том, что нож затупился. Да и, если понадобилось его заточить, то это сделать довольно просто, воспользовавшись обычными абразивными брусками.
Качество материала. При обработке данной стали с другим металлом, можно быть уверенным, что они не сольются вместе. А значит качество никак не пострадает.
Маловероятное приобретение флокенов, то есть дефектов. Сталь У8 никак не повредится даже при сильных ударах и вибрациях. Никаких микротрещин не может появиться на данном металле.
Оружейный материал. У8 используют при создании шпаг, ведь в ее составе нет вторичных карбидов, что обозначает однородность металла при ковке, а также высокую пластичность. То есть при кузнечной сварке очень легко получить качественное оружие. Неслучайно в составе дамасской стали, самой популярной и изящной в изготовлении оружия, можно обнаружить данный сплав.
Популярность не только для изделия выше перечисленных клинков, но и бытовых ножей. Также У8 подходит для инструментов, не связанных с разогревом режущей кромки, — фрез, зенковок, стамесок, долот, пил продольных и дисковых, накатных роликов, кернеров, отверток, комбинированных плоскогубцев, боковых кусачек.
Низкая себестоимость. У8 не имеет легированных добавок, поэтому ее цена в пределах разумного.