Какие марки стали обычно используются в однолезвийных лезвиях?

Обзор: почему марка стали имеет значение для однолезвийных лезвий

Марка стали определяет способность лезвия принимать и удерживать острую кромку, противостоять коррозии, выдерживать удары или изгибы и выдерживать абразивный износ. Для лезвия бритвы с одной кромкой дизайнеры балансируют три основных свойства материала: твердость (удержание кромки), коррозионная стойкость (срок службы и гигиена) и прочность (стойкость к сколам и катастрофическим разрушениям). Микроструктура, содержание углерода, легирующие элементы (хром, ванадий, молибден, карбидообразователи хрома) и способ производства (кованая или порошковая металлургия) напрямую влияют на эти характеристики.

Распространенные используемые марки стали и их металлургия

Ниже приведены наиболее часто встречающиеся марки однолезвийных бритвенных лезвий: от бюджетной нержавеющей стали до высокопроизводительной инструментальной и порошковой металлургической стали. Для каждой марки кратко описаны металлургические особенности, определяющие производительность резки.

420J2 (нержавеющая сталь, низкая стоимость)

420J2 представляет собой мартенситную нержавеющую сталь с умеренным содержанием углерода (~ 0,15–0,4%) и хрома около 12–13%. Его легко закалить и он устойчив к коррозии по сравнению с простыми углеродистыми сталями, что делает его широко распространенным в недорогих лезвиях для ухода и общего пользования. Типичная сквозная закалка обеспечивает твердость около 50 HRC; удержание кромки ограничено по сравнению с высокоуглеродистыми или инструментальными сталями.

440С (высокоуглеродистая нержавеющая сталь)

440C содержит более высокое содержание углерода (~ 0,95–1,2%) и ~ 16–18% хрома, что обеспечивает мелкую мартенситную структуру со значительной прокаливаемостью и приемлемой коррозионной стойкостью. При правильной термообработке его твердость может достигать 58–61 HRC, обеспечивая хороший баланс удержания кромки и устойчивости к коррозии — распространенный выбор для однолезвийных лезвий из нержавеющей стали более высокого класса.

1095 (высокоуглеродистый, нержавеющий)

1095 — это классическая высокоуглеродистая сталь (~0,95% C), которая обеспечивает превосходную твердость (60–64 HRC), превосходную начальную остроту и стойкость заточки. Основным недостатком является подверженность коррозии: 1095 легко ржавеет без защитных покрытий или обслуживания. Он появляется в промышленных и специальных бритвенных лезвиях, где можно справиться с коррозией и требуется максимальный срок службы кромки.

52100 / подшипниковые стали

52100 — хромсодержащая подшипниковая сталь с высоким содержанием углерода и хорошей износостойкостью при закалке (60–64 HRC). Она обеспечивает лучшую прочность, чем некоторые инструментальные стали, и используется для лезвий, требующих превосходной стойкости к истиранию. Коррозионная стойкость низкая, поэтому для сухих работ или нанесения покрытия обычно выбирают 52100.

Д2 (высокохромистая инструментальная сталь)

D2 представляет собой высокохромистую и высокоуглеродистую инструментальную сталь для холодной обработки, содержащую значительное количество карбидообразователей (Cr, V, Mo). Обеспечивает превосходную износостойкость и долговечность кромки при твердости обычно 58–62 HRC. Большой объем карбида D2 обеспечивает длительный срок службы кромки, но снижает коррозионную стойкость и меньшую вязкость, чем мартенситная нержавеющая сталь; он подходит для промышленных лезвий и тяжелых скребков.

AUS-8 и другие легированные нержавеющие стали.

AUS-8 и аналогичные нержавеющие сплавы среднего класса содержат ванадий и молибден для очистки карбидов и повышения ударной вязкости. Типичные целевые показатели твердости составляют 57–60 HRC. Эти стали обеспечивают сбалансированные характеристики для однолезвийных лезвий потребительского класса, где важны как стойкость к коррозии, так и сохранение кромки.

Порошковая металлургия и инструментальные стали премиум-класса (серии CPM, PM)

Стали порошковой металлургии (например, варианты CPM) и усовершенствованные легированные инструментальные стали могут одновременно обеспечивать очень мелкое распределение карбидов, высокую износостойкость и ударную вязкость. Эти марки позволяют увеличить объем карбидов без крупных хрупких карбидов, которые образуются в обычных сталях. Они используются в специальных лезвиях премиум-класса, стоимость которых менее ограничена.

Цели термообработки и последствия твердости

Эффективная термическая обработка так же важна, как и выбор марки. Целевые значения твердости для бритвенных лезвий с одной кромкой обычно варьируются от 50 до 60 HRC. Более низкая твердость увеличивает ударную вязкость и уменьшает выкрашивание; более высокая твердость улучшает износостойкость и удержание кромки, но увеличивает хрупкость и сложность шлифования. Мартенситные марки нержавеющей стали обычно стремятся к твердости 55–60 HRC; Высокоуглеродистые и инструментальные стали обычно закаляются до твердости 60–64 HRC. Режимы отпуска и криогенная обработка (при их использовании) очищают остаточный аустенит и стабилизируют твердость.

Покрытия, отделка и борьба с коррозией

Покрытия продлевают срок службы лезвия и уменьшают трение. Обычная обработка поверхности включает физическое осаждение из паровой фазы (DLC, нитрид хрома), гальваническое хромирование и верхние покрытия из ПТФЭ/тефлона. Покрытия защищают нержавеющие стали от ржавчины и уменьшают начальное трение при резании. Обработка поверхности (полировка/хонингование) сильно влияет на воспринимаемую резкость; зеркально-полированные края уменьшают начальную силу резания, но могут ускорить износ, если основа мягкая.

Методы тестирования для проверки эффективности оценок

План разработки продукта должен включать металлургические и функциональные испытания для подтверждения соответствия выбранной марки и обработки требованиям.

Металлургические и лабораторные испытания

Испытания включают проверку твердости по Роквеллу, проверку микроструктуры (оптическая микроскопия или СЭМ) для проверки распределения мартенсита и карбидов, химический анализ для подтверждения состава и испытания на коррозию в солевом тумане (для критически важных для коррозии применений). Контроль размеров и измерение радиуса кромки также важны.

Тесты производительности и жизненного цикла

Функциональные тесты измеряют удержание кромки (циклы резки на стандартизированных материалах, таких как наждачная бумага, полипропилен или веревка), начальную силу резания и скорость износа при репрезентативных нагрузках. Для промышленных лезвий включите испытания на усталость при ударе и изгибе; для ухода за лезвиями включите повторные циклы влажного использования и совместимость со стерилизацией, если это необходимо.

Практические рекомендации по выбору в зависимости от области применения

Выбирайте марку стали в зависимости от условий эксплуатации, плана технического обслуживания и требуемого срока службы.

• Уход и гигиена: отдавайте предпочтение нержавеющим сортам (440C, AUS-8, 420J2) с твердостью около 55–60 HRC и антикоррозийными покрытиями или отделкой.
• Промышленная резка/зачистка: отдавайте предпочтение D2, 52100 или высокоуглеродистым сталям, закаленным до 60–64 HRC для максимальной износостойкости; защитить от коррозии с помощью покрытий или технического обслуживания.
• Специализация/точность: рассмотрите возможность использования сталей порошковой металлургии для получения долговечных и высокопроизводительных кромок там, где стоимость оправдана.
• Одноразовые/недорогие: нержавеющие или низколегированные углеродистые стали серии 420 обеспечивают приемлемые характеристики при низкой стоимости, когда допустима частая замена.

Параллельное сравнение оценок

Ключевые выводы и контрольный список выбора

Выберите класс, расставив приоритеты: устойчивость к коррозии (нержавеющая сталь), если важно использовать влажную среду или соблюдать гигиену; максимальная твердость и содержание карбидов (инструментальные или высокоуглеродистые стали), если приоритетом является износостойкость; и порошковая металлургия для превосходного баланса износа и прочности. Подтвердите процессы термообработки и нанесения покрытия, проверьте с помощью испытаний на твердость и сохранение кромок, а также сопоставьте геометрию отделки/шлифовки с выбранной основой, чтобы избежать преждевременного выхода из строя.

• Для потребительских лезвий, предназначенных для влажного использования: выбирайте нержавеющую сталь (440C, AUS-8) с твердостью 55–60 HRC и коррозионностойкой отделкой.
• Для долговечных промышленных лезвий: отдавайте предпочтение стали D2, 52100 или CPM, закаленной выше 60 HRC, и рассмотрите возможность нанесения защитных покрытий или регулярного технического обслуживания.
• Всегда проверяйте результаты испытаний на цикл резки, а также испытаний на воздействие солевого тумана или химического воздействия, соответствующих конечному использованию.