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5160 ist ein niedrig legierter Stahl, der für seine hervorragende Zähigkeit bekannt ist. Es wurde von vielen Schmiedeklingenschmieden aufgrund seiner guten Eigenschaften und seiner breiten Verfügbarkeit, insbesondere in Form von Blattfedern, verwendet. Es gibt jedoch nur wenige Informationen darüber, wie die Eigenschaften des Stahls durch Wärmebehandlung maximiert werden können. Also haben wir zusammen mit meinem Vater, Devin Thomas, eine kleine Studie über die Zähigkeit von 5160 durchgeführt.

Vorverarbeitung

Der Stahl musste auf die für die Zähigkeitsprüfung geeignete Größe heruntergeschmiedet werden, so dass sich dies in mehreren Schritten hinzufügt und einen signifikanten Einfluss auf die Reaktion des Stahls auf die Wärmebehandlung hat. Während die von uns durchgeführten Wärmebehandlungen bei einem anderen vorherigen Schmieden und Glühen auf einen breiteren Bereich von 5160 zutreffen können, führt die Wärmebehandlung höchstwahrscheinlich zu demselben Ergebnis, wenn sie auf dieselbe Weise geschmiedet, normalisiert und geglüht wird.

Schmiedetemperatur = 1800 ° F

Normalisierung = 1600 ° F für 20 Minuten, gefolgt von einer Plattenabschreckung

Glühen = 1250 ° F für 2 Stunden

Austenitisieren = 15 Minuten bei der angegebenen Temperatur halten. Temperaturen von 1475, 1500, 1525, 1550 und 1575 ° F wurden getestet.

Quench = Bei 50 Öl, gefolgt von 15 Minuten in flüssigem Stickstoff

Tempern = 1 Stunde zweimal durchgeführt (abgekühlt auf Raumtemperatur zwischen den Tempern). Temperaturen von 350, 375, 400 und 450°F wurden verwendet.

Zähigkeitsprüfung

Wir haben das gleiche Testverfahren wie bei allen anderen Zähigkeitsprüfungen angewendet, mit vollständigen Spezifikationen für die Testmuster auf dieser Seite. Sie sind 2,5 x 10 x 55 mm Proben ohne Kerbe (ungekerbt) und mit einem Charpy-Schlagprüfgerät getestet. Die Härte wird durch die Energie gemessen, die erfordert wird, um das Exemplar zu zerbrechen. Wie Charpy funktioniert, erfahren Sie in diesem Artikel über Zähigkeit. Die Verwendung dieser Standardprobe ermöglicht es uns, die Zähigkeit von 5160 mit allen anderen von uns getesteten Messerstählen zu vergleichen.

Härte

Die niedrigste Härte wurde wie erwartet mit der niedrigsten Austenitisierungstemperatur (1475 °F) gemessen. Jedoch war Härte von 1500-1575°F verhältnismäßig flach, anzeigend, dass mehr Karbid aufgelöst wurde, indem man von 1475 bis 1500°F Austenitisierungstemperatur erhöhte, aber dass es keine bedeutende Änderung über dieser Temperatur gab.

Bei steigender Anlasstemperatur wurde die Härte erwartungsgemäß reduziert. Knapp über 60 Rc wurde mit einer relativ niedrigen Anlasstemperatur von 350 ° F und nur 57,3 Rc mit 450 ° F erreicht.

Zähigkeit

Mit einer Austenitisierungstemperatur von 1525 ° F wurde ein Zähigkeitspeak erreicht, obwohl die Zähigkeit zwischen 1475 und 1525 ° F relativ flach ist. Die Zähigkeit fällt über 1525 ° F ab, entweder aufgrund von überschüssigem Kohlenstoff in Lösung oder aufgrund von Kornwachstum. Da die Härte über 1500 ° F flach war, ist das Kornwachstum wahrscheinlicher. 1525°F ist die empfohlene Temperatur der Wärmebehandlung im ASM Heat Treater’s Guide.

Beim Anlassen gab es einen Zähigkeitsspitzenpunkt mit einer Temperatur von 400 ° F, wobei bei einem Anlassen von 375 ° F etwas weniger verwendet wurde. Es gibt einen überraschend großen Abfall der Zähigkeit, wenn die Anlasstemperatur von 375 auf 350 ° F verringert wird. Dieser große Abfall ist überraschend, da wir beim Testen von CruForgeV und AEB-L keine ähnlich großen Abfall der Zähigkeit sahen, selbst wenn die Härtung so niedrig wie 300 ° F war. Es gab auch einen Abfall der Zähigkeit, wenn die Anlasstemperatur von 400 auf 450 ° F erhöht wurde, trotz der Verringerung der Härte. Der Abfall der Zähigkeit beim Tempern bei 450 ° F ist auf die „temperierte Martensitversprödung“ zurückzuführen, die in diesem Artikel beschrieben wird.

Härte-Zähigkeit Balance

In bezug auf anlassen, die härte-zähigkeit balance ist höchste mit 375 oder 400 °F. Mit 350 °F führte zu einer erhöhung der härte von nur 0,7 Rc, aber die zähigkeit war drastisch reduziert, so die härte-zähigkeit balance ist viel ärmer. Eine Erhöhung der Anlasstemperatur von 400 auf 450 ° F führte zu einer Abnahme der Härte und Zähigkeit. Daher wird ein Tempern über 400 oder unter 375 ° F nicht empfohlen.

Die Erhöhung der Austenitisierungstemperatur zwischen 1475 und 1525 ° F führte zu einem Anstieg der Härte und Zähigkeit, für einen Peak in der Härte-Zähigkeit-Balance bei 1525 ° F. Austenitisierung höher als 1525 führte zu einer kleinen Abnahme der Härte und einer signifikanten Verringerung der Zähigkeit, so dass diese Austenitisierungstemperaturen nicht empfohlen werden.

Aufgrund der Zähigkeitsabfälle bei niedrigen oder hohen Anlasstemperaturen und der relativ flachen Härte bei unterschiedlichen Austenitisierungstemperaturen scheint 5160 in Bezug auf seine möglichen Eigenschaftskombinationen nicht sehr flexibel zu sein. Das Austenitisieren im Bereich von 1500-1525 ° F und das Anlassen im Bereich von 375-400 ° F bietet die beste Kombination von Eigenschaften, und das Einstellen von dort liefert entweder einen Abfall der Zähigkeit, Härte oder beides. Vielleicht würde das Entfernen des Kryoschrittes zu einer Verbesserung der Zähigkeit zusammen mit einem entsprechenden Härteabfall führen. Andernfalls werden Sie bei der Wärmebehandlung von 5160 nicht zu kreativ.

5160 gegenüber anderen Messerstählen

Für unsere optimierte Wärmebehandlung ist die Zähigkeit von 5160 im Vergleich zu anderen Stählen sehr hoch. Dies entspricht dem, was wir aufgrund des sehr niedrigen Karbidanteils in wärmebehandeltem 5160 erwarten würden. 5160 war besser als jeder andere Stahl außer 8670. Der 8670-Stahl wurde jedoch ohne Kryo-Behandlung wärmebehandelt, daher bin ich mir nicht sicher, ob der 8670 von Natur aus eine bessere Zähigkeit aufweist, möglicherweise aufgrund seiner Nickelzugabe, oder ob ein höherer Austenit aus Mangel an Kryo eine verbesserte Zähigkeit aufweist.

Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

5160 hat eine sehr gute Zähigkeit mit einer Wärmebehandlung unter Verwendung einer Austenitisierungstemperatur von 1500-1525 ° F und temperiert bei 375-400 ° F. Das führt zu 58,5-59.5 Rc und sehr hohe Härte, wenn sie mit einem Cryo-Schritt wärmebehandelt werden. Das Überspringen von Kryo kann die Zähigkeit mit einem Abfall der Härte leicht verbessern, dies wurde jedoch nicht getestet. Die in dieser Studie verwendete vorherige Verarbeitung (Schmiedetemperatur, Normalisierung und Glühen) wird empfohlen, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen, aber die Wärmebehandlung kann immer noch mit geglühtem Stangenmaterial funktionieren, das für die Materialentfernung verwendet wird.