Vă mulțumim pentru Aaron t Grote, J. Braun, Domnul KnifeGuy, jethro fluegel, Philip Ward, și Matt Peterson pentru a deveni tocilari oțel cuțit Patreon suporteri!
ZDP-189 și Cowry-X
ZDP-189 este un oțel Produs de Hitachi, iar Cowry-X este produs de Daido. Nu am reușit să găsesc prea multe informații despre dezvoltarea acestor oțeluri. Sal Glesser de Spyderco a raportat că a auzit pentru prima dată despre ZDP-189 în jurul anului 2000 , și cea mai veche referință am găsit la Cowry-X pe Bladeforums în 2001 . Deci, ambele oțeluri au fost în jur de ceva timp. Faptul că două companii au lansat în esență același produs indică probabil că oțelul nu a fost brevetat, ceea ce înseamnă că vor fi disponibile puține informații despre dezvoltarea sa. Ambele oțeluri au o compoziție interesantă cu 3% carbon și 20% crom, împreună cu alte câteva adăugiri mici. Există câteva compoziții diferite raportate pentru ZDP-189 în ceea ce privește conținutul Mo, V și W, dar mai jos este de la Spyderco.
am fost curios de acest oțel de ceva timp datorită durității sale potențiale foarte mari, așa că am fost încântat când Richard Airey de la Barmond special Steels mi-a oferit o bucată de ZDP-189 pentru analiză.
actualizare 2/4/2020: cititorul de tocilari din oțel cuțit Yudai mi-a trimis link-uri către brevetele de Daido și Hitachi. Este plăcut să ai cititori care sunt mai buni la căutarea brevetelor de limbi străine.
https://patents.google.com/patent/JPH11279677A/en?oq=11-279677
https://patents.google.com/patent/JP3894373B2/en?oq=09-104954
duritate
cel mai interesant lucru despre ZDP-189 și Cowry-X este duritatea foarte mare obținută, 67 Rc sau chiar mai mare. Conform fișei tehnice ZDP-189, duritatea maximă este de aproximativ 70 Rc dacă se administrează un tratament la rece în gheață uscată.
deci, unul dintre cele mai mari mistere despre ZDP-189 este motivul pentru care este capabil să atingă o duritate atât de mare. Am făcut experimente de tratament termic pe o gamă de oțeluri de scule inoxidabile diferite și cele mai multe max în jurul valorii de 63-65 Rc, deci cum este ZDP-189 capabil să-l facă la 70 Rc? Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să discutăm ce controlează duritatea, astfel încât să putem vedea ce factori exploatează ZDP-189.
Carbon în martensită
factorul principal care controlează duritatea oțelurilor de scule este cantitatea de carbon care se află în martensită. În timpul austenitizării, carbura este dizolvată punând carbonul în soluție în austenită, iar apoi oțelul este stins rapid pentru a „bloca” carbonul din martensită. Citiți mai multe despre puterea martensitei în acest articol. Cu 3% carbon, este posibil să obțineți destul de puțin carbon în soluție cu ZDP-189 și Cowry-X.
puteți vedea că duritatea maximă atinge un vârf în jurul valorii de 67 Rc sau cam asa ceva si fie niveluri off sau chiar scade trecut un conținut de carbon de aproximativ 1%. Motivul pentru care duritatea poate scădea este din cauza austenitei reținute excesiv. Acest lucru poate fi văzut în diagrama de temperare „fără subzero” a ZDP-189, unde austenizarea c 1025 centimetrică a condus la o duritate mai mică decât austenizarea c 1000 centimetrică. Austenitiza mai mare a dus la mai mult carbon în soluție, dar austenita reținută excesiv, astfel încât duritatea sa a fost redusă.
austenită reținută
când oțelul este stins din faza de austenită la temperatură ridicată, oțelul formează martensită pe măsură ce este răcit progresiv. Formarea martensitei nu este controlată de timp, ci aproape în întregime de temperatură. Deci formarea martensitei este descrisă de temperaturi precum începutul martensitei (temperatura la care martensita începe să se formeze) și finisajul martensitei (100% martensită). Diferitele elemente de aliere, inclusiv carbonul, reduc temperaturile de pornire și finisare a martensitului, iar temperatura de finisare poate fi sub temperatura camerei. Când transformarea martensitei este incompletă, austenita rămâne în microstructură, care se numește austenită „reținută”. Austenita este mult mai moale decât martensita și, prin urmare, atunci când este prezentă în cantități semnificative, va reduce duritatea. Tratamentele la rece, cum ar fi gheața uscată sau azotul lichid, sunt utilizate pentru a răci oțelul mai aproape de temperatura de finisare a martensitei și, prin urmare, pentru a reduce conținutul de austenită reținut și pentru a crește duritatea. Puteți citi mai multe despre tratamentele la rece în aceste articole: Partea 1, Partea 2, Partea 3. Există totuși un punct în care chiar și azotul lichid nu mai convertește toată austenita reținută, astfel încât există o anumită limită a durității care poate fi obținută chiar și cu tratamente crio.
oțelurile inoxidabile au o cantitate semnificativă de crom în soluție pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune. Cu toate acestea, cromul reduce temperaturile de pornire și finisare a martensitei, ceea ce crește austenita reținută. Iată o ecuație care aproximează contribuția fiecărui element la începutul martensitei:
Ms (C) = 539 – 423*C(%) – 30,4*Mn(%) – 12,1*Cr(%) – 7,5*Mo(%) – 7.5 * Si (%)
puteți vedea că cromul nu are cel mai puternic efect asupra SM, dar când aveți 10-15% Cr în soluție începe să se adune. Acesta este motivul principal pentru care majoritatea oțelurilor de scule inoxidabile se ridică în jurul valorii de 63-64 Rc, deoarece cu 11-12% Cr în soluție, aceasta este aproximativ limita în ceea ce privește evitarea austenitei reținute cu crio. Oțelurile cu rezistență mai mare la coroziune cu 14-15% Cr în soluție au limite chiar mai mici, motiv pentru care LC200N/Z-Finit și Vanax sunt limitate la aproximativ 61 Rc. Citiți mai multe despre limitele de duritate ale acestor oțeluri în acest articol.
ZDP-189 are crom scăzut în soluție pentru a-și atinge duritatea ridicată? Conform estimărilor Thermo-Calc, răspunsul este da, prezicând aproximativ 6,5% crom în soluție la 1025 C. Am fost destul de șocat de acest număr, deoarece se așteaptă ca oțelurile inoxidabile să aibă cel puțin 10% crom în soluție. Cu toate acestea, atunci când privim raportul Cr:C, acest lucru are sens. Mai jos am arătat echilibrul Cr:C pentru o serie de oțeluri care au puține alte elemente de aliere pentru a tulbura analiza:
puteți vedea că chiar și oțelul D2 non-inoxidabil are un Cr mai mare:C echilibru decât ZDP-189. Aceasta nu este o modalitate perfectă de estimare a cromului în soluție, dar ne oferă o simplă verificare a estimării termo-Calc. Ce înseamnă acest lucru pentru rezistența la coroziune a ZDP-189? Vom ajunge la asta mai târziu, dar mai întâi…
carburi de temperare
în general, duritatea este controlată în primul rând de puterea martensitei și apoi limitată de conținutul de austenită reținut. Cu toate acestea, carburile afectează și duritatea. La temperare, se formează carburi foarte mici, iar la anumite temperaturi de temperare aceste carburi au dimensiunea potrivită pentru a crește duritatea. Cu oțeluri inoxidabile există două vârfuri, pe care le puteți vedea în curbele de duritate ZDP-189 postate mai sus. Unul este în jur de 100 de metri cubi (212 metri cubi), iar celălalt este în jur de 525 de metri cubi (975 metri cubi). Puteți citi mai multe despre această „întărire a precipitațiilor” în acest articol despre temperare. Fișa tehnică ZDP-189 recomandă o gamă de temperare de 100-150 ct (212-300 CTF), care sunt cele mai scăzute temperaturi de temperare pe care le-am văzut vreodată recomandate într-o foaie de date. Această recomandare este aparent de a utiliza acel vârf de întărire a precipitațiilor cu temperaturile scăzute de temperare, fără a ține cont de rezistență sau de alte efecte adverse de la temperaturi foarte scăzute de temperare. Această recomandare este ciudată pentru mine, deoarece duritatea este încă destul de ridicată chiar și cu o temperatură de temperare de 200 C (400 F). Se pare că ei caută duritate peste toate celelalte.
carburi primare
carburile „primare” mai mari care se formează în timpul turnării și contribuie la rezistența la uzură pot afecta, de asemenea, duritatea, cel puțin atunci când sunt prezente în cantități foarte mari. Mai jos am o comparație între Vanadis 4 Extra (8% carbură), 10V (16% carbură) și 15V (23% carbură) care sunt oțeluri relativ similare, dar cu cantități diferite de carbură de vanadiu. Aceasta este duritatea „ca-stinsă” pentru fiecare oțel după austenitizare, călire a plăcilor și apoi o baie în azot lichid timp de o oră. Puteți vedea că duritatea de vârf a fost mai mare atunci când a existat mai mult carbură în oțel:
ZDP-189 are un conținut foarte ridicat de carbură, aproximativ 30%. Acest conținut foarte ridicat de carbură ajută probabil la creșterea durității oțelului. Mai jos este un micrograf pe care l-am luat din ZDP-189 și are mai multă carbură decât orice oțel pe care l-am fotografiat, altul decât Rex 121, pe care l-am arătat mai jos ca o comparație. Puteți compara cu alte oțeluri din acest articol.
ZDP-189-1850 F AUSTENITIZE (31% carbură de volum)
Rex 121 – 1925 F Austenitize (32% carbură de volum)
duritate rezumat
prin urmare, ZDP-189 maxes afară duritate în mai multe moduri: 1) carbon ridicat în soluție, 2) austenită scăzută reținută din cromul scăzut în soluție, 3) temperaturi scăzute de temperare recomandate pentru întărirea precipitațiilor și 4) volum ridicat de carbură. Am efectuat un singur tratament termic cu ZDP-189, care a folosit 1850 de austenitize, azot lichid, și 400 de temperamente de F. Fișa tehnică arată despre 67 Rc, dar am primit 65 Rc cu acel tratament termic. Nu sunt sigur ce a cauzat discrepanța. Nu am efectuat o serie de tratamente termice pentru a vedea duritatea maximă potențială. Cu toate acestea, o abatere de 2 Rc nu este incredibil de mare și cel puțin 67 Rc ar trebui să fie posibilă prin reducerea temperaturii de temperare pe care am folosit-o. Poate că o temperatură de austenizare mai optimizată ar putea crește și mai mult duritatea.
tenacitate
am efectuat o măsurare a durității folosind același tratament termic: 1850 int f, călire placă, azot lichid și 400 int F temper pentru 65 Rc. Cu conținutul ridicat de carbură și duritatea ridicată, duritatea ZDP-189 nu este de așteptat să fie ridicată. Și într-adevăr, care a fost găsit în măsurarea durității. Am o vedere mai largă a graficului inoxidabil și, de asemenea, o vedere mărită pentru a vedea unde se potrivește mai bine:
ZDP-189 a avut cea mai mică rezistență a oricărui alt inoxidabil, în afară de 62.5 Rc N690. Cu toate acestea, niciun alt oțel inoxidabil nu a fost testat peste 64 Rc. AEB – L și CPM-154 au avut o rezistență semnificativ mai bună la 64 Rc. Rex 121 și Maxamet au fost testate cu o rezistență și mai mică, dar acestea au fost de 67 Rc sau mai mari. Deci, nu există multe comparații într-un interval de duritate similar. Indiferent, duritatea nu este deosebit de mare, așa cum ne-am aștepta de la un oțel la 65 Rc cu un volum mare de carbură. Din nou, această măsurare a durității nu este o surpriză majoră, deoarece nici Hitachi nu a măsurat duritatea ZDP-189 ca fiind foarte bună:
retenție margine
am un rezultat experimental pentru ZDP-189 din testarea CATRA, cu o valoare de 162%. Acest procent este relativ la 440C la 58-59 Rc (cu geometrie de margine identică). Deci, 440C este setat la 100% și orice altceva este comparat cu această valoare. Această retenție de margine a ZDP-189 este relativ ridicată, dar încă sub oțelurile inoxidabile, cum ar fi S90V. acest lucru se datorează faptului că ZDP-189 este alcătuit din carburi de crom mai moi, care nu contribuie la retenția de margine ca carburile de vanadiu, cum ar fi în S90V.
în graficul de mai sus uita la linia de trend pentru carbură de crom ZDP-189 pare un pic scăzut. Dacă acest lucru se datorează variabilității experimentale (cum ar fi geometria muchiei oarecum diferită sau ascuțirea care duce la o valoare mai mică), care ar duce ZDP-189 mai aproape de S90V, în jur de 190%. Sau poate că acest lucru indică faptul că există o anumită saturație a efectului volumului de carbură peste o anumită cantitate. Sperăm că putem efectua unele experimente CATRA în viitor să se uite în acest mai mult. Cu toate acestea, un oțel ca S90V obține o retenție mai mare a marginilor, cu o carbură totală mai mică, ceea ce înseamnă probabil că ar avea o rezistență superioară pentru nivelul său dat de retenție a marginilor.
rezistență la coroziune
după cum se indică în secțiunea de duritate, ZDP-189 pare să aibă crom scăzut „în soluție”, care este în primul rând ceea ce controlează rezistența la coroziune. Cu toate acestea, Hitachi a prezentat experimente de coroziune cu ZDP-189 care arată că oțelul are o rezistență la coroziune comparabilă cu 440C și ATS34:
am scris anterior despre rezistența la coroziune în acest articol, unde am acordat ZDP-189 un rating foarte scăzut pentru rezistența la coroziune și am prezis că nu se califică drept „inoxidabil.”În acel articol am terminat o serie de oțeluri la 400 grit după tratarea termică a acestora și apă pulverizată pe ele. Toate oțelurile au fost rugina / coroziune gratuit, cu excepția XHP și așa am considerat că nu se califică ca un oțel „inoxidabil”, deși această definiție este surprinzător de dubios printre metalurgiști. Am repetat acest experiment cu ZDP-189 împreună cu Takefu SG2 și VG10 în același timp. Cele două oțeluri Takefu au trecut fără coroziune, dar oțelul ZDP-189 a văzut ruginirea semnificativă după doar 8 ore.
nu am nicio explicație bună pentru motivul pentru care Hitachi a găsit o rezistență decentă la coroziune cu ZDP-189 în timp ce nu am făcut-o. Poate că aceste teste de acid de pierdere în masă nu prezic bine ruginirea. Sau poate că au avut proceduri de testare slabe sau și-au exagerat rezultatele; nu pot spune. Cu toate acestea, termo-Calc prezice CR scăzut în soluție, raportul Cr:C este foarte scăzut, iar duritatea ridicată obținută indică faptul că Cr în soluție este scăzută. În plus, există rapoarte de la utilizatori despre rezistența la coroziune ZDP-189 fiind relativ slabă . Așa că am încredere în testul meu de coroziune peste Hitachi. ZDP-189 nu este un oțel inoxidabil.
ascuțire și finisare
ZDP-189 are toate carbură de crom, care este bun din punct de vedere ascuțire sau finisare, deoarece aceste carburi sunt mai moi decât oxid de aluminiu. ZDP-189 este utilizat în multe cuțite de bucătărie japoneze cu duritate ridicată, care sunt adesea ascuțite cu pietre de apă pe bază de oxid de aluminiu. Carburile de vanadiu din oțeluri precum S30V și s90v sunt mai dure decât oxidul de aluminiu, ceea ce le poate face mai dificile ascuțirea cu abrazivi din oxid de aluminiu. Nu imposibil, dar mai dificil. Acest fapt face ca ascuțirea ZDP-189 să fie puțin mai ușoară în comparație cu alte oțeluri cu un nivel similar de retenție a marginilor. Finisarea sau lustruirea oțelului ar fi, de asemenea, mai ușoară datorită lipsei de carbură de vanadiu.
înlocuirea ZDP-189 cu un adevărat inoxidabil
există multe oțeluri non-inoxidabile care pot realiza 66+ RC făcând ZDP-189 un pic mai puțin special. Cu toate acestea, ce se întâmplă dacă un producător dorește un oțel care să se potrivească cu performanța ZDP-189, dar dorește unul care este de fapt inoxidabil, mai degrabă decât un oțel „semi-inoxidabil”? Mai întâi ar trebui să enumerăm proprietățile pe care dorim să le potrivim:
- duritate ridicată
- retenție ridicată a marginilor
- lipsa carburilor de vanadiu pentru a ajuta la ascuțirea
CPM-154
pentru a obține o duritate ridicată, dorim ca cromul din soluție să fie pe partea inferioară, dar să fie totuși inoxidabil. O modalitate de a îmbunătăți rezistența la coroziune fără crom este cu molibden, așa cum se arată în această diagramă din experimentele mele de rezistență la coroziune:
puteți vedea că CPM-154 are cel mai mic Cr dintre oțelurile de pe grafic, dar are o rezistență decentă la coroziune datorită conținutului ridicat de Mo. CPM-154 a trecut, de asemenea, „este inoxidabil?”testați cu apă distilată. Molibdenul are un efect mai mic asupra austenitei reținute decât Cr (vezi ecuația Ms), astfel încât aceasta poate fi o modalitate de a obține o duritate relativ ridicată, în ciuda faptului că este inoxidabilă. Am încercat, de asemenea, temperaturi scăzute de temperare (<300 F) pentru a vedea creșterea posibilă din întărirea precipitațiilor. În mod normal, nu recomand temperarea sub 300 F, dar Hitachi face cu ZDP-189, așa că m-am gândit că nu trișează. CPM – 154 are, de asemenea, avantajul de a fi alcătuit din carburi de crom, astfel încât ascuțirea nu este afectată de carburile de vanadiu mai dure.
știam deja temperatura aproximativă de austenizare pentru duritatea maximă din experimentele anterioare de tratare termică, așa că mi-am limitat analiza la temperaturile de austenizare din 2000, 2025 și 2050, cu o așteptare de 20 de minute. Am apoi placa stins, muiată în azot lichid timp de 12 ore sau cam asa ceva, și apoi temperat de două ori timp de 2 ore de fiecare dată la următoarele temperaturi:
se pare că nu am ajuns destul de 66 Rc, dar aproape am ajuns acolo. Scăderea durității de mai sus 2025 F este de la austenita reținută în exces cu tot carbonul și cromul în soluție. Am făcut un tratament termic de 2025 F cu 300 F temperament care a dus la aproximativ 64.1 Rc pentru specimene de tenacitate pe care le puteți vedea în diagramele de tenacitate anterioare. ~64 RC CPM-154 a avut o rezistență semnificativ mai mare decât ZDP-189, deci are un beneficiu de duritate față de ZDP. Ar fi interesant pentru a vedea ceea ce duritatea este ca cu 250 f temperament și 65+ RC, dar, probabil, 64 Rc este suficient pentru majoritatea oamenilor.
S90V și s110v
deci, cred că CPM-154 este o opțiune decentă, având în vedere ușurința relativă în ascuțire, potențialul pentru 65+ Rc și rezistența bună la pete. Cu toate acestea, este probabil un pas în jos de la ZDP-189 în ceea ce privește reținerea marginilor chiar și atunci când este tratat termic la acea duritate ridicată din cauza conținutului redus de carbură. Există alte două opțiuni de analizat dacă renunțăm la cerința de a evita carburile de vanadiu, ceea ce ne conduce la S90V și s110v. aceste oțeluri depășesc retenția de margine a ZDP-189, dar consumă ceva mai mult timp pentru a termina sau lustrui din cauza carburilor dure. Am făcut un set de tratamente termice cu aceste două în încercarea de a max afară duritatea și a constatat că acestea ar putea ajunge la 66 + Rc:
aceste oțeluri sunt ajutate la obținerea unei durități ridicate datorită conținutului ridicat de carbură, semnificativ mai mare decât CPM-154. S110v are mai mult crom în soluție, ceea ce ar duce la o austenită mai reținută, dar cobaltul din S110V reduce austenita reținută, astfel încât cromul este compensat. Din păcate, nu am rezultate de duritate pentru oricare dintre aceste oțeluri, fie la duritate mare sau nu. Vor veni în viitor. Dar aceste oțeluri au o capacitate mare de duritate, o retenție ridicată a marginilor și o bună rezistență la coroziune. Prin urmare, recomand CPM-154 pentru duritate și ușurință în ascuțire și S90V sau s110v pentru cea mai mare retenție și duritate a marginilor.
ZDP-189 ar putea fi reproiectat pentru a fi inoxidabil?
ZDP-189 ar putea fi reproiectat pentru a fi inoxidabil, în funcție de nivelul de duritate care ar fi acceptabil și încă să îndeplinească proprietățile țintă. Pentru a menține un volum similar de carbură de crom pentru rezistență la uzură, dar rezistență crescută la coroziune, avem nevoie de crom mai mare, dar de carbon mai mic. Creșterea cromului singur ar duce la o rezistență mai mare la coroziune, dar și la mai multă carbură pe care nu o dorim. Reducerea carbonului singur ar duce la reducerea carburii și a durității, dar la îmbunătățirea rezistenței la coroziune. Dar cromul crescut și carbonul redus pot menține volumul carburii în timp ce cresc rezistența la coroziune. De exemplu, în conformitate cu Thermo-Calc, un oțel cu 2,28% C și 24% Cr ar menține un conținut similar de carbură de crom de 30%, în timp ce crește cromul în soluție la 11% la 1875 CTF F. Aceasta ar însemna, de asemenea, o reducere semnificativă a carbonului în soluție la 0,4%, reducând duritatea, probabil încă 63 Rc sau cam așa ceva, având în vedere tot carbura și un tratament crio. Cu o temperatură mai mare de austenitizare, ar fi tratabilă termic la cel puțin 64 Rc, dacă nu cu câteva puncte mai mari. La fel ca în cazul CPM-154 și al multor alte oțeluri inoxidabile, unul dintre factorii principali de limitare a durității ar fi excesul de austenită reținut. Dar pare puțin probabil ca orice versiune modificată a ZDP-189 să vină în curând.
ZDP-189 vs Cowry-X
după cum v-ați putea aștepta, diferențele mici de adăugare a aliajului dintre ZDP-189 și Cowry-X nu sunt de așteptat să facă o diferență semnificativă în proprietățile dintre cele două. Poate că Mo și W mai mari din ZDP-189 îmbunătățesc oarecum rezistența la coroziune, dar așa cum se vede în acest articol nu este suficient. Aș fi surprins dacă ar exista o diferență măsurabilă între cele două oțeluri.
rezumat și concluzii
ZDP-189 este un oțel interesant datorită capacității sale de duritate ridicată, în ciuda faptului că este promovat ca oțel inoxidabil. Cu toate acestea, are o rezistență scăzută, iar experimentele de rezistență la coroziune confirmă faptul că oțelul nu este de fapt foarte rezistent la pete. Nu consider că este un oțel inoxidabil. Retenția sa de margine este bună, dar obține acea retenție de margine printr-un conținut foarte ridicat de carbură, ceea ce reduce duritatea și comportamentul fin al marginii. Există multe alte opțiuni de oțel care pot obține duritate ridicată și/sau retenție de margine dacă nu sunt necesare niveluri inoxidabile de rezistență la coroziune, făcând ZDP-189 mult mai puțin special. Din cauza publicității false a acestui oțel ca fiind „inoxidabil”, îi dau lui ZDP-189 Premiul Knife Steel Nerds” most Overrated Steel”.
Hashew, Mike. „Ferrari-ul oțelurilor cu lame?”Revista Blade februarie 2005, pp. 66-69.
https://www.bladeforums.com/threads/vg-10-steel.180486/
https://www.bladeforums.com/threads/zdp-189-corrosion-resistance-compared.992801/#post-11297843
Cum Ar Fi Încărcarea…
