Порошковая сталь Crucible CPM® Rex® 121®
CPM® REX® 121 (Crucible Industries LLC) - это инструментальная сталь с высоким содержанием ванадия и кобальта, разработанная для достижения высокой износостойкости, твердости и красностойкости, характерных для быстрорежущей стали. Её превосходная красностойкость (красностойкость — характеристика жаропрочности стали, обозначающая способность стали сохранять при нагреве до температур красного каления высокую твёрдость и износостойкость, полученные в результате термической обработки) обеспечивает более высокую скорость резания по сравнению с другими быстрорезами. Превосходная износостойкость (благодаря высокому содержанию ванадия) помогает сохранять остроту кромки при повышенных скоростях резания.
Порошковая быстрорежущая сталь была разработана в конце 60-х годов прошлого века в Швеции. Метод порошковой металлургии позволяет вводить в сталь большее количество легирующих элементов, при этом не происходит снижение прочности и обрабатываемости.
Порошковая сталь, в отличие от обыкновенной, в расплавленном виде подается через специальную насадку через поток жидкого азота. Сталь быстро затвердевает в виде небольших частиц. В результате получается порошок с равномерным расположением карбидов (место скопления карбидов – это место зарождения трещин). Карбиды выполняют в составе стали ту же функцию, что и булыжники на улице: они (карбиды) тверже, чем сталь, их окружающая, и способствуют повышению ее износостойкости.
Полученный порошок просеивается и помещается в стальной контейнер, в котором создается вакуум. Далее содержимое контейнера спекается при высокой температуре и давлении — таким образом достигается однородность материала. Этот процесс называется горячим изостатическим прессованием. После этого сталь обрабатывается давлением. В результате получается быстрорежущая сталь с очень маленькими частицами карбидов, равномерно распределенных в стальной основе. Полученная сталь может прокатываться традиционным способом, так же как и серийные марки стали, в результате чего достигается ее повышенная прочность.
Различия в показателях износостойкости разных марок порошковой стали объясняются наличием в их составе разных карбидов в разных пропорциях и с разной равномерностью распределения по всему объему стали. Из двух сталей, имеющих примерно одинаковую твердость, более износостойкой будет та, в составе которой карбидов больше или же они более твердые.
CPM REX 121 заполняет разрыв между высоколегированными инструментальными сталями и твердосплавными материалами (карбид вольфрама, который по твердости уступает лишь алмазу). Может использоваться в режущих инструментах, где высокие скорости резания требуют более высокой термостойкости, но твердосплавный инструмент слишком хрупкий, или в инструментах с высокой износостойкостью (штампы), где твердосплавные инструменты также слишком хрупки.
CPM Rex 121 разработана в 1998 году. Что касается твердости, это действительно чемпион, способный достичь твердости 70-72 HRC. Для сведения, официально шкала Rockwell C имеет максимальное значение 70 HRC.
Также чрезвычайно высокая износостойкость. Трудно шлифовать и, следовательно, трудно точить. Заточка этого сплава может превратиться в страшный кошмар даже при 68HRC, и она будет экспоненциально тяжелее при более высокой твердости. С таким большим количеством легирующих элементов в стали много карбидов, и некоторые из них не очень малы. Сталь работает лучше с грубой заточкой (на фото ниже предсталено сравнение микроструктур популярный марок сталей и микроструктуры CPM Rex 121).
В мире много твердых сталей, но, по словам известного мастера по изготовлению ножей Gary Creely, REX 121 выводит их на новый уровень. «Сталь имеет низкую твердость по Роквеллу 40 даже после отжига, а после термообработки она близка к 70 HRC». Сталь описывается как ответ от Crucible конкурирующей стали Carpenter CTS - Maxamet Micro-Melt Alloy. Хотя они очень похожи по химическому составу, REX 121 содержит на 1% больше углерода и на 3% больше ванадия. Практический результат этого значения твердости - беспрецедентное удержание остроты. Ножи из REX 121 значительно превзойдут даже другие высококачественные стали, такие как M4 и S35VN.
Сталь не обладает высокой ударопрочностью и может сломаться при злоупотреблении, но Creely считает, что отличное удержание остроты кромки более полезно, чем высокая прочность в маленьких ножах, которые мы носим каждый день. «Такая сталь лучше всего подходит для ножей меньшего размера. Если REX 121 найдет путь к большему клинку, шансы на её неправильное использование резко возрастут».
Недостатком REX 121 является то, что она настолько тверда, что может повредить обычные абразивные материалы. «Короче говоря, вам нужно использовать алмазные абразивы для заточки этого вида стали», - отмечает Крили. «Если вы выберете свой любимый японский водный камень, есть большая вероятность того, что сталь будет резать ваш водный камень сильнее, чем камень будет затачивать сталь».
Состав стали:
C 3.4% — содержание углерода в сплаве составляет 3.4%. Углерод — наиболее важный элемент в стали, он повышает ее прочность, придает металлу хорошую твердость.
Сr 4.0% — содержание хрома в сплаве составляет 4.0%. Хром — серовато-белый блестящий твердый металл. Хром влияет на способность стали к закаливанию, придает сплаву антикоррозийные свойства и повышает его износостойкость. Содержится в нержавеющей стали любой марки.
Mo 5.0% — содержание молибдена в сплаве составляет 5.0%. Молибден — серебристо-белый металл. Молибден — твердоплавкий элемент, он предотвращает ломкость и хрупкость клинка, придавая ему необходимую жесткость, делает его достаточно стойким к высоким температурам.
V 9.5% — содержание ванадия в сплаве составляет 9.5%. Ванадий — серовато-белый блестящий металл, обладающий большой твердостью. Он отвечает за упругость и усиливает свойства хрома, придает металлу инертность к агрессивным химическим средам.
W 10.0% C содержание вольфрама в сплаве составляет 10.0%. Вольфрам - металл светло-серого цвета. Самый тугоплавкий металл, имеет температуру плавления tпл = 3380 °С. Применяется для создания сплавов с высокой прочностью. Вольфрам используется в качестве одного из основных компонентов или легирующего элемента при производстве быстрорежущих сталей.
Co 9.0% — содержание кобальта в сплаве составляет 9.0%. Кобальт — серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом. Повышает жаропрочность, улучшает механические свойства. Из сплавов с применением кобальта создают обрабатывающий инструмент: свёрла, резцы, и. т. п.
S 0,03 - 0.12% — содержание серы в сплаве — 0,03 - 0.12%. Сера, как и фосфор, относится к вредным технологическим примесям в сталях и сплавах. Повышение содержания серы существенно снижает механические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластичность, ударную вязкость, сопротивление истиранию и коррозионную стойкость. Пределы содержания серы как технологической примеси составляют 0,035...0,06%. Из-за чрезвычайно мелкой и однородной микроструктуры СРМ (фирменный техпроцесс порошковой металлургии Crucible Particle Metallurgy) при желании может быть добавлена сера для улучшения обрабатываемости. Более высокое содержание серы приносит пользу производителю инструмента, облегчая его производство, а пользователю инструмента - облегчая повторную заточку. Процесс CPM гарантирует, что дополнительная сера не окажет вредного воздействия на прочность инструмента.