Для производства высококачественных ножей требуются особые марки инструментальных сплавов: при высокой твёрдости они должны отличаться удовлетворительной устойчивостью от коррозии и скалывающих нагрузок. Именно такими качествами обладает сталь PGK. Авторство в разработке принадлежит немецкому производителю Lohmann GmbH и американскому Latrobe (последний именует эту сталь PGK). Соответственно технические требования к составу и свойствам определяются стандартами DIN 1.2895 (Германия) и EN ISO 4957 (США).
Химический состав стали PGK
Как и все марки инструментальных сплавов, работающих при обычном температурном режиме эксплуатации, здесь присутствует высокий процент углерода, хрома, марганца и кремния. По усреднённым оценкам в составе находятся:
- Углерод – от 1,12 до 1,15%;
- Хром – от 8,2 до 8,5%;
- Ванадий – до 2 %;
- Вольфрам – до 1,55%;
- Молибден – до 1,5%;
- Кремний – от 0,9 до 1,0%;
- Марганец – до 0,4 %.
Присутствует также небольшое количество неизбежных металлургических примесей – серы и фосфора. Для минимизации их содержания Lohmann GmbH производит сталь PGK по технологии вакуумно-кислородного обезуглероживания, что обеспечивает повышенную стабильность содержания основных компонентов. В результате продукт от Lohmann по своим потребительским показателям приближается к сплавам типа СРМ3В и превосходит своего основного конкурента – сталь D2.
На заводах Latrobe ножевая сталь PGK выпускается методами порошковой металлургии, поэтому её износостойкость несколько ниже.
Эксплуатационные характеристики
Основной характеристикой для ножа из PGK-cтали считается его твёрдость, которая составляет не менее 61…63 HRC. Это практически не сказывается на показателях ударной вязкости и пластичности. При испытании заготовок с исходной твёрдостью по Бринеллю, не превышающей 241 НВ, достигнуты следующие физико-механические показатели:
| Наим. параметра | Числ. значение | Примечание |
|---|---|---|
| Плотность, кг/м3 | 7850 | |
| Пластичность, МПа | 2500-2800 | Оценивается по наибольшему напряжению изгиба до разрушения |
| Ударная вязкость, кг м/с2 | 2,0-2,4 | |
| Глубина термически изменённого слоя, мм | 1,8-3,0 | Зависит от режима термообработки |
Отличительной особенностью материала является повышенное содержание карбидов, что связано с наличием ванадия. Однако желаемой равномерности свойств микроструктуры можно достичь применением оптимальной технологии термообработки.
Принята следующая последовательность упрочняющих переходов:
- Закалка от 1030-1060°C с выдержкой 2 минуты на каждый мм высоты заготовки/изделия. Закалка ведется между двумя алюминиевыми пластинами с принудительной подачей воздуха. Для достижения оптимальных результатов, лезвие клинка как можно быстрее должно быть нагрето до температуры 600°C.
- Количество циклов – не менее 3-х раз по 40 мин каждый.
- Отпуск – при 520-5400С на твёрдость 61-63 HRC.
Указанные режимы термообработки подходят и для б/у клинков, изготовленных из данного материала, однако такой инструмент следует (для снятия внутренних напряжений) предварительно подвергнуть отжигу при 250-3000С. Качество отжига оценивают по фактической твёрдости лезвия, которая в холодном состоянии не должна превышать 250НВ.
Преимущества
Материал сочетает в себе:
- Высокую износостойкость режущей кромки;
- Отсутствие сколов при внецентренной нагрузке на лезвие;
- Оптимальное соотношение прочности и износостойкости;
- Достаточную коррозионную устойчивость.
Последнее нуждается в пояснении. Причина – в повышенном содержании хрома, которое, хотя и не дотягивает до классических 12-18 %, тем не менее, тормозит развитие коррозионных явлений на поверхности. Благодаря этому ножи, изготовленные из стали PGK, показывают высокую долговечность также и в особо тяжёлых условиях применения, например, при рубке твёрдых пород деревьев, высоких ударных/динамических нагрузках и т.п.
Основные легирующие компоненты – хром, вольфрам и молибден (ванадий уменьшает количество крупнодисперсных карбидов, усложняющих термообработку, но на эксплуатационные свойства влияния не оказывает).
Высокий процент вольфрама придаёт изделиям дополнительную прочность. Молибден отвечает за предотвращение хрупкости клинка, обеспечивает ему необходимую жёсткость, в том числе, и при работе «на излом» или при разделении абразивных материалов. Увеличенный процент молибдена положительно сказывается на условиях прокатываемости. PGK содержит до 1,95-2,0 % ванадия, что значительно выше, чем в конкурирующих сталях типа D2 (там ванадия всего 0,90 %).
Именно благоприятное сочетание углерода, ванадия, молибдена и вольфрама делает сплав пригодным для инструмента, длительно применяющегося в условиях повышенных нагрузок.