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Le 5160 est un acier faiblement allié connu pour son excellente ténacité. Il a été utilisé par de nombreux forgeurs de lames en raison de ses bonnes propriétés et de sa grande disponibilité, en particulier sous la forme de ressorts à lames. Cependant, les informations sur la façon de maximiser les propriétés de l’acier avec un traitement thermique sont rares. Ainsi, avec mon père, Devin Thomas, nous avons fait une petite étude sur la ténacité du 5160.

Traitement préalable

L’acier devait être forgé jusqu’à la taille appropriée pour les tests de ténacité, de sorte qu’il s’ajoute en plusieurs étapes et a un effet significatif sur la réponse de l’acier au traitement thermique donné. Bien que les traitements thermiques que nous avons effectués puissent s’appliquer à une gamme plus large de 5160 compte tenu d’un forgeage et d’un recuit antérieurs différents, le traitement thermique est le plus susceptible de donner le même résultat lorsqu’il est forgé, normalisé et recuit de la même manière.

Température de forgeage = 1800 °F

Normalisation = 1600 °F pendant 20 minutes suivie d’une trempe à plaque

Recuit = 1250 °F pendant 2 heures

Austénitisation = 15 minutes maintien à la température indiquée. Des températures de 1475, 1500, 1525, 1550 et 1575 ° F ont été testées.

Trempe = Parks 50 huile, suivie de 15 minutes à l’azote liquide

Trempe = 1 heure effectuée deux fois (refroidie à température ambiante entre les températures). Des températures de 350, 375, 400 et 450 ° F ont été utilisées.

Test de ténacité

Nous avons utilisé la même procédure de test que pour tous nos autres tests de ténacité, avec des spécifications complètes pour les échantillons de test sur cette page. Ce sont des éprouvettes de 2,5 x 10 x 55 mm sans encoche (non entaillée) et testées avec un testeur d’impact charpy. La ténacité est mesurée par l’énergie nécessaire pour fracturer l’échantillon. Vous pouvez vous pencher sur le fonctionnement de charpy dans cet article sur la ténacité. L’utilisation de ces échantillons standard nous permet de comparer la ténacité de 5160 à tous les autres aciers à couteaux que nous avons testés.

Dureté

La dureté la plus basse a été mesurée avec la température d’austénitisation la plus basse (1475 °F), comme prévu. Cependant, la dureté était relativement plate de 1500 à 1575 ° F, ce qui indique que plus de carbure a été dissous en augmentant de 1475 à 1500 ° F température d’austénitisation, mais qu’il n’y avait pas de changement significatif au-dessus de cette température.

Pour augmenter la température de revenu, la dureté a été réduite, comme prévu. Un peu plus de 60 Rc a été atteint avec une température de revenu relativement basse de 350 ° F, et seulement 57,3 Rc avec 450 ° F.

Ténacité

Un pic de ténacité a été atteint avec une température d’austénitisation de 1525 ° F, bien que la ténacité soit relativement plate entre 1475 et 1525 ° F. La ténacité chute au-dessus de 1525 ° F, soit à cause de l’excès de carbone en solution, soit à cause de la croissance des grains. Parce que la dureté était plate au-dessus de 1500 ° F, la croissance des grains est plus probable. 1525 ° F est la température recommandée pour le traitement thermique dans le Guide du traitement thermique ASM.

Avec le revenu, il y avait un pic de ténacité avec une température de 400 ° F, avec un peu moins en utilisant un revenu de 375 ° F. Il y a une baisse de ténacité étonnamment importante lors de la réduction de la température de revenu de 375 à 350 ° F. Cette baisse importante est surprenante car lors des tests de CruForgeV et AEB-L, nous n’avons pas constaté de baisses de ténacité aussi importantes même lors d’un revenu aussi bas que 300 ° F. Il y a également eu une baisse de ténacité lors de l’augmentation de la température de revenu de 400 à 450 ° F, malgré la réduction de la dureté. La baisse de ténacité lors du revenu à 450 ° F est due à la « fragilisation de la martensite tempérée” décrite dans cet article.

Équilibre dureté-ténacité

En termes de revenu, l’équilibre dureté-ténacité est le plus élevé avec 375 ou 400 ° F. L’utilisation de 350 ° F a entraîné une augmentation de la dureté de seulement 0,7 Rc, mais la ténacité a été considérablement réduite, de sorte que l’équilibre dureté-ténacité est beaucoup plus pauvre. L’augmentation de la température de revenu de 400 à 450 ° F a entraîné une diminution de la dureté et de la ténacité. Par conséquent, une trempe supérieure à 400 ou inférieure à 375 ° F n’est pas recommandée.

L’augmentation de la température d’austénitisation entre 1475 et 1525 ° F a entraîné une augmentation de la dureté et de la ténacité, pour un pic de l’équilibre dureté-ténacité à 1525 ° F. Une austénitisation supérieure à 1525 a entraîné une légère diminution de la dureté et une réduction significative de la ténacité, de sorte que ces températures d’austénitisation ne sont pas recommandées.

En raison des baisses de ténacité avec des températures de revenu basses ou élevées, et de la dureté relativement plate avec des températures d’austénitisation différentes, 5160 ne semble pas très flexible en termes de combinaisons de propriétés possibles. L’austénitisation dans la plage de 1500-1525 ° F et le revenu dans la plage de 375-400 ° F fournissent la meilleure combinaison de propriétés, et l’ajustement à partir de là fournit une baisse de ténacité, de dureté ou des deux. Peut-être que la suppression de l’étape de cryo entraînerait une amélioration de la ténacité ainsi qu’une baisse correspondante de la dureté. Sinon, ne soyez pas trop créatif dans le traitement thermique 5160.

5160 vs Autres Aciers à couteaux

Pour notre traitement thermique optimisé, la ténacité 5160 est très élevée par rapport aux autres aciers. Ceci est conforme à ce à quoi nous nous attendions sur la base de la très faible fraction de carbure dans le 5160 traité thermiquement. Le 5160 était meilleur que tout autre acier mis à part le 8670. Cependant, l’acier 8670 a été traité thermiquement sans traitement cryogénique, je ne suis donc pas sûr que le 8670 ait une ténacité intrinsèquement meilleure, peut-être en raison de son ajout de nickel, ou si de l’austénite retenue plus élevée par manque de ténacité améliorée par cryogénie.

Résumé et conclusions

5160 a une très bonne ténacité avec une chaleur traitement utilisant une température d’austénitisation de 1500-1525 ° F et tempérée à 375-400 ° F, Ce qui donne 58,5-59.5 Rc et très haute ténacité lors d’un traitement thermique avec une étape cryo. Sauter cryo peut améliorer légèrement la ténacité avec une baisse de dureté, mais cela n’a pas été testé. Le traitement préalable utilisé dans cette étude (température de forgeage, normalisation et recuit) est recommandé pour assurer les mêmes résultats, mais le traitement thermique peut toujours fonctionner avec du papier bar recuit utilisé pour l’enlèvement du stock.