podziękowania dla Lewisa, Davida Abbota i Nicka Shabazza za to, że stali się oni zwolennikami Patreona!

5160 to stal niskostopowa znana z doskonałej wytrzymałości. Jest używany przez wielu kucie bladesmiths ze względu na jego dobre właściwości, a także szeroką dostępność, zwłaszcza w postaci resorów piórowych. Jednak informacje o tym, jak zmaksymalizować właściwości stali dzięki obróbce cieplnej, są niewielkie. Razem z moim ojcem, Devinem Thomasem, przeprowadziliśmy małe badanie wytrzymałości 5160.

uprzednia obróbka

stal musiała zostać wykuta do rozmiaru odpowiedniego do testowania wytrzymałości, dzięki czemu dodaje się w kilku krokach i ma znaczący wpływ na reakcję stali na daną obróbkę cieplną. Podczas gdy obróbka cieplna, którą wykonaliśmy, może dotyczyć szerszego zakresu 5160, biorąc pod uwagę różne wcześniejsze Kucie i wyżarzanie, obróbka cieplna najprawdopodobniej da ten sam wynik, gdy zostanie sfałszowana, znormalizowana i wyżarzona w ten sam sposób.

temperatura kucia = 1800°F

normalizacja = 1600°f przez 20 minut, a następnie hartowanie płyty

wyżarzanie = 1250°f przez 2 godziny

Austenityzowanie = 15 minut przytrzymaj we wskazanej temperaturze. Testowano temperatury 1475, 1500, 1525, 1550 i 1575°F.

hartowanie = 50 olej, następnie 15 minut w ciekłym azocie

odpuszczanie = 1 godzina wykonywane dwukrotnie (chłodzone do temperatury pokojowej między temperaturami). Zastosowano temperatury 350, 375, 400 i 450°F.

testowanie wytrzymałości

użyliśmy tej samej procedury testowej, która została zastosowana we wszystkich naszych innych testach wytrzymałości, z pełną specyfikacją próbek testowych na tej stronie. Są to okazy o wymiarach 2,5 x 10 x 55 mm bez żadnego wycięcia (niezauważone) i przetestowane za pomocą testera uderzeniowego charpy ’ ego. Wytrzymałość jest mierzona przez energię potrzebną do złamania próbki. Możesz pochylić się o tym, jak działa charpy w tym artykule na temat wytrzymałości. Użycie tych standardowych próbek pozwala nam porównać wytrzymałość 5160 ze wszystkimi innymi testowanymi stalami nożowymi.

twardość

najniższą twardość mierzono przy najniższej temperaturze austenityzacji (1475°F), zgodnie z oczekiwaniami. Jednak twardość była stosunkowo płaska od 1500-1575°F, co wskazuje, że więcej węglika rozpuszczono przez zwiększenie temperatury austenityzacji od 1475 do 1500°F, ale nie było znaczącej zmiany powyżej tej temperatury.

w celu zwiększenia temperatury odpuszczania twardość została zmniejszona, zgodnie z oczekiwaniami. Nieco ponad 60 Rc osiągnięto przy stosunkowo niskiej temperaturze odpuszczania 350°F, a tylko 57,3 Rc przy 450°F.

wytrzymałość

szczyt wytrzymałości osiągnięto przy temperaturze austenityzacji 1525°f, chociaż wytrzymałość jest stosunkowo płaska między 1475-1525°F. wytrzymałość spada powyżej 1525°f, albo z powodu nadmiaru węgla w roztworze, albo ze względu na wzrost ziarna. Ponieważ twardość była płaska powyżej 1500°F, wzrost ziarna jest bardziej prawdopodobny. 1525°F to zalecana temperatura obróbki cieplnej w Przewodniku ASM Heat Treater.

przy odpuszczaniu był szczyt wytrzymałości przy temperaturze 400°F, przy nieco mniejszym użyciu temperatury 375°F. Występuje zaskakująco duży spadek wytrzymałości przy obniżaniu temperatury odpuszczania z 375 do 350°F. Ten duży spadek jest zaskakujący, ponieważ w testach CruForgeV i AEB-L nie widzieliśmy podobnie dużych spadków wytrzymałości, nawet przy odpuszczaniu tak niskich, jak 300 ° F. nastąpił również spadek wytrzymałości przy zwiększaniu temperatury odpuszczania z 400 do 450°F, pomimo zmniejszenia twardości. Spadek wytrzymałości podczas odpuszczania w temperaturze 450°F wynika z „hartowanego kruchości martenzytu”, która została opisana w tym artykule.

równowaga twardości i wytrzymałości

jeśli chodzi o odpuszczanie, równowaga twardości i wytrzymałości jest najwyższa przy 375 lub 400°F. użycie 350°F doprowadziło do wzrostu twardości tylko o 0,7 Rc, ale wytrzymałość została drastycznie zmniejszona, więc równowaga twardości i wytrzymałości jest znacznie gorsza. Zwiększenie temperatury odpuszczania z 400 do 450°F doprowadziło do zmniejszenia zarówno twardości, jak i wytrzymałości. Dlatego odpuszczanie powyżej 400 lub poniżej 375°F nie jest zalecane.

zwiększenie temperatury austenityzowania między 1475 a 1525°f doprowadziło do wzrostu zarówno twardości, jak i wytrzymałości, dla szczytowej równowagi twardości i wytrzymałości w 1525°F. Austenityzowanie wyższe niż 1525 doprowadziło do niewielkiego spadku twardości i znacznego zmniejszenia wytrzymałości, więc te temperatury austenityzowania nie są zalecane.

ze względu na spadek wytrzymałości przy niskich lub wysokich temperaturach odpuszczania oraz stosunkowo płaską twardość przy różnych temperaturach austenityzacji, 5160 nie wydaje się być bardzo elastyczny pod względem możliwych kombinacji właściwości. Austenityzowanie w zakresie 1500-1525°F i odpuszczanie w zakresie 375-400°F zapewnia najlepszą kombinację właściwości, a Regulacja stamtąd zapewnia spadek wytrzymałości, twardości lub obu. Być może usunięcie etapu cryo doprowadziłoby do poprawy wytrzymałości wraz z odpowiednim spadkiem twardości. W przeciwnym razie nie bądź zbyt kreatywny w obróbce cieplnej 5160.

5160 vs Inne stale nożowe

dla naszej zoptymalizowanej obróbki cieplnej wytrzymałość 5160 jest bardzo wysoka w porównaniu do innych stali. Jest to zgodne z tym, czego oczekujemy w oparciu o bardzo niską frakcję węglika w obróbce cieplnej 5160. 5160 był lepszy niż jakakolwiek inna stal poza 8670. Jednak stal 8670 została poddana obróbce cieplnej bez obróbki kriogenicznej, więc nie jestem pewien, czy 8670 ma z natury lepszą wytrzymałość, być może ze względu na dodatek niklu, lub czy wyższy zachowany austenit z braku ulepszonej wytrzymałości kriogenicznej.

Podsumowanie i wnioski

5160 ma bardzo dobrą odporność na ciepło obróbka przy użyciu temperatury austenityzacji 1500-1525°F i hartowana w temperaturze 375-400°F. co daje 58,5-59.5 Rc i bardzo wysoka wytrzymałość podczas obróbki cieplnej za pomocą kroku kriogenicznego. Pomijanie cryo może nieznacznie poprawić wytrzymałość przy spadku twardości, ale nie zostało to Przetestowane. Wcześniejsze przetwarzanie stosowane w tym badaniu (temperatura kucia, normalizowanie i wyżarzanie) zaleca się, aby zapewnić te same wyniki, ale obróbka cieplna może nadal działać z wyżarzonym prętem używanym do usuwania materiału.