Алмазная сталь ХВ5: описание, технические характеристики и применение

Алмазной называется легированная сталь с повышенным содержанием углерода, отличающаяся особой твёрдостью. Сравнение её с драгоценным камнем является просто красивым выражением. По уровню твёрдости данная сталь значительно уступает алмазу. Она имеет не только образное поэтическое название, но и техническое. Самую распространённую марку обозначают аббревиатурой ХВ5, что расшифровывается как хромовольфрамовая. По некоторым параметрам алмазная сталь превосходит любые другие сорта. Она широко используется в промышленности для разрезания более мягких металлов. Из-за сферы наиболее частого применения эту сталь называют инструментальной. Она была изобретена много веков назад, но современный процесс её получения отличается от старинного.

Общие характеристики

Свойства алмазной стали обусловлены её химическим составом. Соединение железа с углеродом создаёт исключительную твёрдость. В популярные современные марки также добавляют хром и вольфрам для придания дополнительной устойчивости к коррозии и высоким температурам. Оптимальным считается содержание 1 % углерода в сплаве. Увеличение его доли в составе стали негативно влияет на качество изделий, поскольку вязкость и пластичность материала снижаются при повышении твёрдости. Металл со сравнительно большим содержанием углерода становится хрупким. Клинки и инструменты из алмазной стали обладают отличными режущими свойствами, но легко могут сломаться. Твёрдость лезвий из сплава ХВ5 составляет 60-65 HRC по шкале Роквелла, что является максимальным показателем. Предельное значение этого параметра для любых клинков по данной системе измерения не превышает 65 единиц.

Дополнительные элементы

Современный сплав содержит около 1 % хрома, который делает его неподверженным ржавчине. Но количество этого компонента ограничено, поскольку он снижает прочность материала. Для сравнения: сплав считается полностью нержавеющим при содержании не менее 18 % хрома. В состав алмазной стали ХВ5 также входит вольфрам. Это исключительно тугоплавкий и плотный металл, обладающий уникальными свойствами. Помимо жаропрочности вольфрам отличается устойчивостью к воздействию кислот и других агрессивных веществ. Он улучшает режущие свойства стали и предохраняет её от износа. В сплаве ХВ5 содержится 4-5 % вольфрама.

Тамахаганэ

История изобретения алмазной стали уходит корнями в средневековую Японию. В эпоху самураев этот металл был известен под названием тамахаганэ. В переводе с японского языка это означает "драгоценная сталь". Именно из неё ковали легендарные самурайские мечи. Сохранилось множество мифов о старинном японском холодном оружии, свидетельствовавших о их принадлежности воинскому сословию. Одна из легенд рассказывает о том, что для проверки качества меча его вертикально вонзали в дно ручья и пускали лист бумаги по течению. Лезвие должно было разрезать его пополам.

Добыча руды

Процесс получения и обработки тамахаганэ был окружён тайной. Только кузнецы знали все секреты изготовления стали и передавали своё искусство наследникам. Руда, из которой добывали тамахаганэ, встречалась рядом с руслами рек в виде чёрного железного песка. Это был продукт распада естественных залежей. Требовался трудоёмкий процесс обогащения песка, поскольку он содержал только около 1 % железа. Породу промывали водой в каналах. Частички железа оседали на дне и задерживались специальными преградами.

Процесс выплавки

Для производства стали было необходимо большое количество рабочих. Процесс получения тамахаганэ происходил в традиционных японских плавильных печах. Особенность технологии заключалась в том, что они сооружались из глины и были предназначены для одноразового использования. После завершения выплавки стены приходилось разрушать для извлечения готового металла. Несколько помощников кузнеца путём сжигания древесного угля и раздувания пламени доводили температуру в печи до 1200-1500 ^оС. После этого начиналась поэтапная загрузка обогащённого железного песка. Весь процесс выплавки занимал три дня. Для получения нужного количества углерода вес сжигаемого древесного угля должен был почти в два раза превосходить массу железного песка.

Сортировка

В результате одной выплавки обычно получали около двух тонн стали. В печи образовывался металлический блок внушительных размеров, и для его извлечения глиняные стены разрушали. Но слиток был неоднородным по содержанию углерода. Необходимо было раздробить его на части и выбрать наиболее подходящие по качеству. Около трети полученного материала обычно уходило в брак. На территории Японии до сих пор сохраняется некоторое количество чрезмерно массивных стальных блоков, которые не удалось разбить для сортировки. Они служат своеобразными памятниками традиционному искусству выплавки металлов.

Современные методы

В сегодняшней Японии продолжается производство стали тамахаганэ. Современный процесс производства отличается от старинного тем, что на этапе обогащения руды железные частички отделяются от породы при помощи магнита. Этот метод применяется вместо трудоёмкого промывания песка водой в каналах. Эпоха самурайских мечей давно закончилась, но изготовленные в Японии кухонные ножи из алмазной стали пользуются спросом на мировом рынке.

Особенности сплава ХВ5

Современные технологии выплавки значительно превосходят по эффективности старинные методы. Обогащённую руду очищают от шлаков при помощи извести. Расплавленное железо извлекают из печи и помещают в центрифугу для улучшения его структуры. Характеристики алмазной стали ХВ5 совершенствуются путём добавления в неё других металлов, в основном вольфрама. Его исключительная тугоплавкость требует разогрева печи до температуры в 3000 ^оС. Добавление этого компонента повышает износостойкость сплава ХВ5.

Эксплуатационные преимущества

Главной характеристикой алмазной стали является её твёрдость. Клинки и другие изделия из этого сплава могут долгое время обходиться без заточки. Они обладают превосходными режущими свойствами и способны не только обрабатывать более мягкие металлы, но и снимать с них тонкую стружку. Хром в составе сплава ХВ5 предохраняет его от коррозии. Но изделия из этого сорта стали не являются полностью нержавеющими и только в небольшой степени выдерживают воздействие влажной среды.

Недостатки

Высокая твёрдость материала делает его хрупким. Например, бриллиант невозможно поцарапать, но легко расколоть. Недостатки алмазной стали ХВ5 являются следствием её твёрдости. Лезвия из этого сплава требуют бережного обращения, поскольку на режущей кромке могут появиться зазубрины. Данная проблема характерна для любого сорта высокоуглеродистой инструментальной стали. Иногда изделия из подобного материала разбиваются при падении на пол. Попытки найти оптимальное соотношение твёрдости и хрупкости привели к изобретению сплавов с пониженным содержанием углерода. В качестве примера можно привести производимый в Японии сорт стали под названием H1. В его составе присутствует только 0,15 % углерода. К недостаткам алмазной стали ХВ5 также нужно отнести её высокую стоимость.

Сувенирные ножи

Клинки и инструменты из данного сплава имеют много сфер применения. Часто встречаются сувенирные и коллекционные ножи из алмазной стали ХВ5. Такие изделия обычно украшены гравировкой авторской работы, а их рукоятки изготавливаются из ценных пород дерева. Иногда на поверхности клинка естественным путём образуются причудливые узоры, которые увеличивают эстетическую ценность изделия. Причина этого явления заключается в неравномерном распределении углерода в стали.

Ножи для походных условий

Клинки из сплава ХВ5 находят практическое применение на охоте и рыбалке. Благодаря отличным режущим качествам они позволяют быстро разделать добычу. Но отзывы об алмазной стали со стороны охотников и рыболовов не вселяют особого оптимизма. Хрупкие лезвия требуют крайне бережного обращения. Они легко могут получить повреждения и прийти в негодность. В походных условиях ненадёжные ножи создают серьёзные проблемы, если подводят своих владельцев в неподходящий момент. Кроме того, устойчивость хромовольфрамовой стали к ржавчине оставляет желать лучшего. Клинки из этого материала больше пригодны для эксплуатации в домашних условиях.

Обращение и хранение

Если нож из хромовольфрамовой стали не используется в течение продолжительного времени, его клинок следует смазывать жиром животного происхождения. Не рекомендуется хранить изделие в ножнах. В случае появления ржавчины необходимо обработать клинок при помощи наждачной бумаги. После эксплуатации желательно насухо протирать нож и смазывать его жиром. Следует проявлять осторожность при контакте клинка с такими твёрдыми поверхностями, как кость, камень и металл. От сильного нажатия или удара лезвие может раскрошиться. Хрупкость является неизбежным недостатком хромовольфрамовой стали. Но стоит принять во внимание, что технология закаливания клинка варьируется у разных производителей, поэтому качество изделий бывает неодинаковым.