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[其他物品] 刀具热处理经验小结

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  • TA的每日心情
    难过
    2015-8-19 18:50
  • 签到天数: 62 天

    [LV.6]常住居民II

    发表于 2018-8-22 01:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
    这个帖子很早就想写了,前段时间在群里问,写这样一个东西合适么?其实说到底我也没数。

    让我想写的原因:
    我一年极少去老外论坛玩具论坛看一眼。最早的感受是,老外个人刀匠对热处理基本上开放态度,仅仅某些细节是保密的。最近我看见一个小众老外论坛,我发现了一些老外个人刀匠对比较优秀的热处理工艺也是很开放的态度。帖子内容我还记得是一个刀匠并不是很明白某个热处理工艺,操作了多次失败,然后另外一个刀匠几乎是手把手教导。
    当然,纵览那个论坛,关于热处理的板块的帖子十来年也没几个。不过高度开放的态度,让我很感慨,自锁不利于进步。


    让我敢写一些的原因:
    大约在去年春,我跟朋友聊过这个,朋友是反对的。主要原因是不管啥技术都不外泄。后来和国内某个知名刀匠也侧面聊过,大意是知识和技术是我自己学习和实验来的,凭什么就白白教给你?对我来说,更多的是反思。第一,热处理不挣钱,热处理本身没啥好挣钱的。第二、热处理合格或者还不错的前提下,挣钱的更多是刀具的设计。刀是玩具,热处理属于配套工艺而已。想挣钱,做好看好用的刀。第三,工艺原理和操作细节并不相同。有人可能见过热处理厂的招聘广告,老师傅的工资是相对高的,而且可以“免去”部分文凭要求。经验也是技术,这种技术只能靠时间去堆。


    我写的东西,不一定都对,本来我是想把引用的东西都截图拍照整理成一个帖子,但是我下午茶叶喝多了,晚上睡不着,就起来边想边写,可能有些乱,如果有要证明的地方,回帖,我再找出来好了。


    一、刀具需要什么样的性能。
    热处理不能不说刀具需要什么性能,没有指标要求,也就没有检验标准。
    从已有的论文和文章来看。刃口最好是一整块,均质,超高强度,塑性、韧性、硬度等等。显然,在目前科技下,是不存在的。简化到实际的钢中,我们把刃口分为基体和碳化物。
    基体:就是混凝土里面的水泥砂浆,基体的硬度是有限的,根据钢不同,硬度HV600左右,差值也很高,但是不会说硬度HRC七八十这样。
    碳化物:根据钢材元素成分不同,硬度从HV1000到HV3000+都有。尺寸和形态根据成分和冶炼方式也不同。传统高和金可以轻松超过20um,粉末钢可以做到4um左右,甚至平均不到2um,高碳钢和低合金碳钢可以做到1um左右。但是碳钢类的碳化物虽然天生小,但是硬度和数量对比粉末钢都完败。


    所以,我们需要均匀的把碳化物搅和到基体里面,而碳化物尺寸要较小,但不能全是最小的,较大的碳化物可以有效阻止裂纹扩展。但是较大的碳化物对冲击本身没有较小的碳化物那么牢固,这是一个取舍点。
    其次,碳化物在不同的组织,其结合强度又不同,在奥氏体里面结合强度更高,同时奥氏体又有足够的韧性塑性,可以更好的缓冲冲击。


    最理想的是,碳化物被奥氏体包裹,较小的碳化物密布在基体上,较大的碳化物,每隔一定距离均匀分布一个。然后基体还要有着较高的硬度和一定的强度,以及韧性塑性。显然,这也是不现实的。。。但这个结论说明了一件事情,极致的马氏体含量并没有更高的刃口改观。这也是近几十年热处理行业在某些行业内对工艺进行革新的一个原因,比如九十年代大力引进欧洲某国的热处理生产线。


    我们要做的,就是根据刀型不同,对热处理进行微调,调整主要的马氏体、残奥、铁素体、碳化物等等。
    而整刀根据长短和设计方向,主要是调整整体的弹性,塑性变形能力。这个之前说过,就不说了。


    以下有点乱,主要是直接写,没有整理。


    二、高晶粒度的追求
    刀圈最多就是一句口头禅就是晶粒度低/高。甚至出现了肉眼看晶粒的各种大神。


    晶粒度,主要是说平均晶粒度,因为这个钢热处理之后,不可能,每一个晶粒都一样大一样外形,所以就搞了个平均,有相应国标,统计计算查表,看看对应几级。除了混晶,比如大家都小,有一个很大,那就说明组织有问题。


    高晶粒度几乎是很多人的追求,我个人也做过几次高晶粒度的试样。根据资料总结如下:
    1、高晶粒度有着极高的强度,但是对应缩水的就是塑性。有些人觉得不对啊,百度一搜不是这样啊。那是因为两点,一个是前提条件要对应,一定要注意这个经典理论是有前提条件的。一个是忽略一下道听途说的人吧,看看老院士和新研究的人写的书挺好的。晶粒度越高,根据位错塞积理论,自然更难以变形断裂,断裂纹也会在高晶粒度下会走更多的路,表现为高强度。当晶粒尺寸小于一定尺寸,就无法“有效的”位移,也就是超大晶粒度和超小晶粒度,都会存在反霍尔-佩奇现象。
    2、具体表现为,个人用同尺寸试样弯曲测试,高晶粒度的需要双手使劲,弯曲度不是特别高然后断裂。表现为极高强度,较低塑性。对于做刀来说,首先,你需要看把这种组织你想用在哪,用在刃口,在一定的前提条件下,有助于提升切割和抗冲击,在一定的条件下,会降低切割和抗冲击。因为塑性同比较低,在一定情况下刃口难以吸收“超量”的作用功。


    so~怎么做呢?


    一般高晶粒度不能一次完工,ED在九十年代写过反复淬火。这个路数是七十年代(我见过最早的资料,不代表不会更早)国内外工业界很流行的。
    原理为:
    当钢材奥氏体化的时候,良好加热前提下,奥氏体是慢慢形成,也是慢慢长大。当长大到一定的程度,淬火,使其原始晶粒度固定下来,但是一次并不足以提升到相当高的水准,所以要多次低温淬火。


    以GCr15/52100为例,其它钢原理一样。
    假设原材料是OK的,一次没问题的淬火,晶粒度在8级左右。如果要提高到比如12级或者以上。
    需要在良好的前提组织下,比如球化退火。
    第一次以较高温度淬火,860度淬火。使其碳化物尽量溶解在基体里。
    第二次开始降温热处理,以845度淬火。
    第三次830度淬火。
    第四次820度或者更低一点温度淬火。注意以上保温时间不要太长,以防止奥氏体长大。


    这里面也是有尺寸要求,一般做刀的尺寸都还好。根据实际刀型和晶粒度要求,淬火可以缩为3次。
    只需要控制奥氏体不要长大了就固定下来就可以。


    如果想做的更细致,还会需要更麻烦的操作。涉及到钢材预处理、回火、以及其它细节。


    我以D2为例,分别用真空普通、盐浴普通、盐浴高晶粒度操作来看。
    高晶粒度盐浴操作,有较高的变形风险。如果个人刀匠,建议不要随便把大马拿来折腾,还是单钢合适。


    有人说是否反复淬火会淬裂。这个是有一定技术操作的,所以我只能说,会有这个风险,但是也有办法降低(比如做一堆也是个办法)。


    三、细化碳化物
    这个其实更多的是针对传统高和金钢,比如D2\M2等等。这个技术也是爷爷辈的了,后来么,大家都知道了。欧美六十年代搞理论,七十年代粉末钢一代,九十年代粉末钢三代。已经从冶金上解决这个问题,根本不需要热处理冒这么大风险了。


    首先,不可能将比较严重的网状碳化物、超大、异形碳化物变成粉末钢水平。
    只能一定程度缩小碳化物,改善碳化物外形。
    比如带有尖锐角的碳化物容易从锐角的地方产生微裂纹,使其圆润之后,就会极大的降低产生风险。


    具体为:
    将钢材加热到极高温度保温,然后淬火。
    原理是,高温下,碳化物被快速大量的溶解到基体(奥氏体)中,等于把一大块巧克力,掰开放入热牛奶。等几秒捞起来的时候,小渣渣巧克力已经溶化了,大的碎渣巧克力都圆润了。


    还是以GCr15/52100为例。
    还是钢材为OK的,加热OK的前提条件。


    将GCr15/52100加热到1030-1050度,保温20分钟,如果是单个刀,可以用高压风冷(别赶着炉子边上高温)。然后高温回火。
    这时候组织是粗大的,但不是过烧一类。


    之后正火或者预淬一次。


    以D2为例,加热到1150度保温,之后流程一样。


    多的是一次高温加热。


    实际操作来看,风险主要在于后续热处理。因为此时组织是较粗大,处理不好容易混晶。


    这个操作目前来说,有额外的改版,主要是工业界在用,改版的特点是不以追求最小碳化物为标准,改为适合生产,减少报废,优化碳化物外形为主。
    因为对于传统高和金,你烧炸了,碳化物也不会特别小。而这个工艺对碳钢做刀来说,实际意义小于噱头意义。带来的报废和变形问题,恐怕让人更麻烦。尤其是有些加热炉,脱碳问题很严重,T10进炉,出来变成T几都不知道。操作得当,加分项。


    四、低温淬火
    低温淬火比较常见了,比如GCr15正常常见是840起步,偏偏800度去淬火。
    优点是:因为奥氏体化不完全,温度足够低或者时间足够短的适合,还带有一定的铁素体。整体的韧性、塑性能力相当好。
    缺点是:碳化物还未融入基体,基体含碳低,硬度低,有些高和金的碳化物还很“原始”,难以析出更多数量和复杂碳化物。保持性低。


    操作上:
    一般以相对正常淬火温度低几十度淬火。至于几十度,这个。。。不同的钢都不同,而且也不是绝对值。


    我个人金相上检查过,降低温度淬火的O1还有大量未溶碳化物,即使硬度没有低太多,实际保持性已经偏低了。主要看刀型取舍,不代表不好,适当用反而是好操作。


    五、深冷
    深冷说过很多次了,大致是冷却到Mf点以下,根据新的文献,温度越低,在一定程度上析出更多的碳化物,残奥更多的转换为马氏体。但是低到一定程度,长到一定时间,基本上也没什么变化了。


    优点是硬度高,某些切割条件下保持性好,比如切割皮革,但是综合切割和劈砍下,不占优势,因为残奥是韧性相,大量转换为马氏体,那么整体更脆。有国外的个人刀匠称之为脾气暴躁的,当然,这句话是不是翻译软件的锅我就不知道了。。。


    如果搞,适合做某些类型厨刀,切割刀。


    操作:
    最简单的版本,找个大冰柜,调到最低温,一般为零下25度,放置。找个温度没有在Mf以下,但是放置一段时间,有极轻微的变化。如果没条件,这个可以玩玩。
    第二简单,干冰半盆,酒精(化学试剂店)淹没,然后刀放进去。
    第三种,找深冷电冰箱。
    第四种,就是人们常说的液氮深冷。一般分为两种,一种是工业机控制,冷到多少度可调,一种是直接闷刀上。


    液氮类型直接闷,有开裂风险,可以先把刀超低温回火一次。


    不可完全回火之后深冷,无意义了。一般情况下,硬度增加1-2度。


    技术含量=零,这个深冷,貌似二战还是二战刚结束就已经开始实用了。也不知道为何几十年过去了,爷爷都入土了,才开始炒作。


    六、回火设置
    回火没什么好说的,时间优于温度但不高于温度。


    简单的说,该什么温度就什么温度,但是某些情况下,温度低点,时间长点更好。


    七、淬火液
    对于刀匠来说,切实际的就是油,刀很薄,很多油都可以淬上硬度。但是如果觉得油不合适。可以尝试PAG类。


    PAG是可调冷速,想硬点就少放点。想接近油,就多放点,根据厂家不同,比例不同。真正的优点是,可以淬的很硬还不容易挂。


    嗯,淬的很硬还不裂。自来水和盐水淬刀,即使外观看不出来,还是有一定的微观裂纹风险。PAG的冷却很赞,我个人用着,举个例子,较低温度下D2出水即可上66度无压力。无压力的意思就是说不是偶然,油淬极限一般稳定在65-66,不同钢材会有不同差异。


    缺点:PAG会长些玩意,而且需要每次淬火前检查含量和水质,也就是要养护。如果刀匠有这个时间,可以试试。不养护的后果是,比如有软点,比如过于接近水。


    八、局淬掰弯90度。
    局淬掰弯90度很简单。淬火带窄一点,就可以了。刀背露出油面多一点。


    九、升温细节
    对于做刀来说
    1、直接放入淬火炉温加热,优点是正确操作下,氧化脱碳少,同等时间下平均晶粒度优势。缺点是变形相比大。
    2、缓步升温,变形变比小,如果一捆刀,有助于降低实际温差,保证同一均匀性。
    以上两点还有保温时间影响,比如保温时间都很长,那么影响很小,如果时间恰到好处,那么都很优秀,如果时间短,前者可能碳化物未足够融入。


    对于某些电阻炉刀匠,前者更合适,因为一般的电阻炉实际温差和波动很大,不如先升到温度稳定之后放入刀加热。这样刀不容易实际温度过温。


    十、高和金做刀温度参例
    对于高和金来说,韧性取下限,保持性(切割软物)取上限。
    设备合适的,可以尝试特殊温度。


    以M2做刀操作为例
    正常一般最高温度1230度淬火,组织良好的前提下,1200度以下淬火温度10-11级基本没问题。如果追求极限软物保持。


    改进工艺预热完毕
    1260度,30-40秒保温,冷却。
    如果预热温度低,可以略微长一点点淬火保温时间。
    例如1230度保持3分钟,平均晶粒度一般8-9级。切割性能优秀。注:这个是按盐浴来操作。


    如果想要韧性好,1060度淬火,180度回火。这样意义不大,主要是高速钢失去了保持性,还玩啥?


    十一、防锈性
    追求防锈性的,如果正常淬火温度分为1-5档,建议3-4档加热。然后低温回火。


    原理没什么,温度。


    同时,所有的做刀高和金都是点锈为主,没什么D2点锈M390不点锈。这是其防锈机制的原因。有兴趣的朋友,可以把刀盖一个湿抹布,然后浇水撒盐,每天重复一次。不管是ZDP-189、M390、还是440C、VG10、D2、3V通通都是点锈为主。


    十二、刃口掉渣
    这个分两类
    一类是钢材原因和打磨不当。一类是热处理过热。
    因为钢材原因很容易和热处理过热在正常没检测下分不清,很多时候都被刀友划分为一类。


    过热,我个人总结为:
    气炉因为结构、使用不当等导致,即使炉内塞个温度计,其也不代表炉内温度均匀。
    马弗炉(电阻炉)性能原因。就小电阻炉,好一点的就要几万,进口好的小的就可以十几万,单价加热能力/售价比真空炉都贵。即使这样的,也需要升温工艺设计优化。
    真空炉,这个一般是比如走一波却挨着上限而且炉内有大工件。工业生产炉内有大件很正常。加热炉一般分区域,比如赶在最“表面”,如果加热温度高时间长,那最起码是平均晶粒度偏低无压力。
    盐浴炉,刀挨着电极太近了。


    十三、碳钢正火
    正火在书上写着的是提高晶粒度。这对碳钢低合金来说是没错的。但是也是有前提条件的,比如锻造后组织。


    如果需要较高的晶粒度,正火一般取较低的温度。


    还是以GCr15/52100为例


    传统正火在900度左右。这样的优点是对细网状碳化物有好处,大块碳化物也会尽量融入。
    在传统正火之外,可以低温正火,低于淬火温度正火。
    在800-820度额外正火。


    优点是预先组织会比较细。缺点是搞不好就混晶。


    十四、淬火失败之后
    以前经常听说,淬一次没弄好就不能再弄了,什么你怎么弄也不可能弄成钢材出厂的铸态。。。


    因为做刀的钢材不是铸铁,所以我们买的钢也不是完全的铸态。
    做刀的钢,基本上都在钢厂完成后期处理,比如锻造之后会退火。交给客户手里是退火料。


    如果热处理失败,但是又没有搞成严重脱碳,脱合金,开裂,过烧,严重过热等等,可以重新退火处理。
    只要工序做的好,没得事情。


    之前有书说过热可以救,但是现在普遍认为严重过热不可救,换句话说,救了也不一定合格,只能回炉。


    十五,有点困了,先睡觉去了,改日再码。欢迎大家指正探讨。谢谢!

    评分

    参与人数 9参与分 +87 技术分 +12 收起 理由
    fbnzdp + 1 不错,支持下
    道高一尺 + 1 写的不错!
    EDEAB5eRUz + 1 字字珠玑
    0707007 + 1 同意
    机器战警全区2号 + 60 + 10 寫的有點亂,不過看在碼這麼多字的份兒上,.
    刀到道 + 1 有才
    xxxxx213641 + 20 + 2 好!
    尼尔杨 + 1 很好,支持!
    cemidle + 1 写的不错!辛苦了

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  • TA的每日心情
    开心
    2018-10-20 22:58
  • 签到天数: 12 天

    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2018-8-22 10:41 | 显示全部楼层
    原創內容,加精鼓勵(並不代表本人或者論壇認同文章內容)。
    但是,再提醒一下樓主,論戰不誅心,對別人的動機妄加猜測,隱晦的人身攻擊,在別人的帖子里挾持主題、胡攪蠻纏,簽名檔違規,都已經提示過的。
    違規行為依然會處罰。謝謝!
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  • TA的每日心情
    难过
    2015-8-19 18:50
  • 签到天数: 62 天

    [LV.6]常住居民II

     楼主| 发表于 2018-8-22 10:49 | 显示全部楼层
    机器战警全区2号 发表于 2018-8-22 10:41
    原創內容,加精鼓勵(並不代表本人或者論壇認同文章內容)。
    但是,再提醒一下樓主,論戰不誅心,對別人的動 ...

    谢谢,以后注意改正。
  • TA的每日心情
    慵懒
    2018-8-28 09:41
  • 签到天数: 29 天

    [LV.4]偶尔看看III

    发表于 2018-8-23 20:15 | 显示全部楼层
    此门学问很深

    评分

    参与人数 1参与分 -5 收起 理由
    机器战警全区2号 -5 請仔細閱讀論壇規則,不要灌水

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  • TA的每日心情
    擦汗
    2016-8-3 11:45
  • 签到天数: 439 天

    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2018-8-24 13:25 | 显示全部楼层
    這種技術性的資料,真的是無私的心才會公開出來。
    感謝刀友的熱心。
    ED的52100鋼刀據大拿講的也是很厲害。讓人憧憧憬,被刀友這麼一分析,馬上就解毒。
    不過實際評價還是要看該刀具使用在什麼切割任務上。說不定能實際拿來用在適合的切割任務上,使用經驗就又非常迷人了。
    或許這就是刀具的魅力。熱處理在理論上真的太直白了。但熱處理的過程又很熱血,對非本職的人又是非常賭注性的過程。
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