DIY之刀身材料和热处理探讨（附深冷热处理试验）

pelede

本人喜欢户外运动，也喜欢刀。说来惭愧，机械专业毕后没干多长时间就转投其它行业，最后做起了水产加工。刀对于一个以手工操作为主的水产企业尤为重要，可以想像一把锋利、耐磨、易操控、好打理且符合卫生标准的刀有多么重要。使用过各种国产刀具，没有一种能很好满足要求，进口日本刀也用过，但因价格高且没有很好的行业针对性（日本刀大多是厨刀和寿司刀），只好放弃，最后尝试自己制作。
     根据这几年来制作和使用的体会，有一点经验和心得与大家一起分享，一起探讨。希望是抛砖引玉，大家共同学习共同进步。
关于刀材
从石器时代到青铜再到铁器，刀始终是人类最重要的工具之一。工业革命之后，机器代替了大部分的刀的功能，但即便是今天，刀具也是人们日常用具。一把好刀当然离不开好刀材，下面就聊聊本人使用过的部分刀材优缺点。
    1、风钢（锋钢、高速钢），风钢锯条是行业内普遍采用的刀材。优点：硬度高，刀刃保持性好，耐磨性好，较易打理（维护便利性，如二次开刃等），便宜。缺点：韧性极差，极脆（不能敲打，掉几回地上就断），易生锈。
    2、国产4cr13（美标420)。优点：硬度较高（热处理工艺要求较低，很容易达到56HRC以上），刀刃保持性一般，耐磨性好，维护性一般，便宜易买。缺点：韧性较差，较易生锈。
    3、T10A高碳工具钢，其它的都好，就是会生锈。
    4、cr12mov铬12钼钒（D2，sdk11,dc53），名称很多，合金元素基本上也差不多，但不同的厂商不同的生产工艺，质量上千差万别。优点：硬度高，热处理工艺要求不高，耐磨性很好，便宜易买。缺点：韧性较差，刀刃保持性较差，维护性差，易生锈。
    5、国产9cr18mo（y11cr17，美标440c，日标sus440c）。用过昆山和宝钢产的，很差劲，真空淬火，油淬气淬不同温度都试过，怎么也达不到58hrc。显微镜一看，晶体很粗，惨不忍睹，国货啊。。。除了耐锈高于D2其它方面大都落后。
    6、进口美国克洛美440c，日本新日铁住金SUS440C，这两种材料理化性能上基本上差不多。金相组织漂亮，比国产9cr18mo强太多。优点：硬度高，刃口保持性很好，韧性好，耐磨性好，维护性好，防锈性能好。缺点：不易购买，磨切时升温快，退火温度低。本版积分规则
以上几种刀材都是我长时间批量制作并实际使用过的，还有种少量试制的刀材，以后有时间慢慢跟大家分享。
      原材料固然很重要，但不是影响刀具物理化学性能最重要的因素。除了原料外，热处理、热加工工艺（锻打等）、刀身构造、V刃角、主刃角、主刃厚、刀身几何形状、表面处理、重心配备等等都很重要，尤其是处理。。。DIYERS选择刀材时要根据实际需求出发选择适合的材料，切不可盲目迷信材料，削铁如只存在小说中，因为世界上不存在一种硬度极高而韧性又极佳的材料。
     关于户外刀材的选择
野外生存刀最重要的不是硬度或是否防锈，是可靠性。通俗点就是既硬又韧。关键时刻刀身断成两段是任何都不愿看到的。碳素工具钢的物理性能都优于绝大部分的合金钢（不锈钢），如果你经常维护你的爱刀，不是太在意是否易生锈，T10A（美标1095，但国内可能买不到进口货）是个不错的选择。刀材价格便宜易购买，生产工艺成熟，不太需担心买到假货。找家铁匠铺锻打加淬火一次搞定。如果你对硬度很在意的话也可以选择T12或T14，但含碳量的升高会降低韧性也降低了可靠性。
     如果你平时懒于打理你的爱刀，招之即来来之能战的，建议选进口的440C（不是国产的垃圾9cr18mo）。440C在硬度、韧性、防锈性能等各方面都比较均衡，但想买到原装进口的很不容易。440C是有进口，大多是圆棒材和20mm以上的厚板材，6mm以下的薄板材少之又少，某宝上号称440C的几乎都是国产9cr18mo甚至是3cr13。
    如果你想价格既便宜又易买到又容易加工，各项性能都可以过得去的，我建议买4cr13或cr12mov。cr12mov硬度比4cr13高，但刃口保持性不如4cr13。如果你对防锈有进一步要求的，可以选4cr17。
    如果你既追求高性能又不缺钱，当然选进口粉末冶金了。但我个人不推荐。原因有三。
一、因为法律环境原因（大家都懂的），很难买到成型的刀坯（开好V且热处理过的）。
二、成条的刀毛坯料。鉴于第一条以及其它的原因，很难保证进货渠道，甚至连卖家都不确定是否是真货。既使是正品，是否热处理完毕？如果还没热处理，国内有几个厂家能处理得了？如果已经热处理完毕，你在自己开V的过程中也难免会因受热（热应力很难避免）而改变金相从而影响性能。
三、新材料从来都是顶尖的科技，发展速度更是日新月异。因为是顶尖，所以很难很难很难（重要的事情需要重复三次）取得革命性的突破。ATS-34,M390,PCM-154CM等等从厂商提供的数据来看，理化指标都不错，但粉末冶金有个通病，就是刃口保持性不如传统钢材。
综上所述，进口粉末冶金并不是国内DIYERS最佳选择。很多时候新材料的性能只是原材料厂商宣传噱头，材料崇拜正中他们的下怀。
有时间好好聊聊热处理。
下面是我为好兄弟D的几把户外刀，材料是新日铁住金的SUS440C。首次做的深冷试验，希望高人多多指点~因为等级不够，发不了很多图片55555~~~~
后来只好上某宝买的干冰解决了~~

pelede

多谢米兰大大加分！深冷热处理的主要作用是去除残留的奥氏体，提高工件的韧性和使用寿命。对提高硬度也会有所帮助，但不明显。
深冷要点：
首先要保证乙醇（酒精）要淹没工件，要有足量的干冰（根据保温时间等具体要求，一般需要两倍以上乙醇重量的干冰）。可根据不同的材料对深冷温度的要求，有的材料温度要求不是很低，可以用高酒白酒代替乙醇，但计算好白酒中的含水量（白酒的度数是体积，须转换成质量比）。
注意事项：
干冰乙醇饱和液温度极低，切不可用手直接触摸防止冻伤；干冰量要有余量，足够维持2小时以上所需。

寶藏獵人

楼主好
想问问干冰的情况
二氧化碳约-70度c就可以固化成干冰
那市面上的干冰实际温度大约是多少度呢？

pelede

寶藏獵人 发表于 2015-12-9 10:44
楼主好
想问问干冰的情况
二氧化碳约-70度c就可以固化成干冰

理论上干冰的温度是-78度，但是干冰是固态，在常温常压下干冰非常不稳定，极易升华成二氧化碳，不利于长期保存。正是因为如此，使用单一的干冰就不能成为一种很有效稳定的冷媒（即使你有足量的干冰，把刀插在干冰堆中也不是种理想的深冷处理方式）。这时候需要一种既能融解干冰又在能在常温常压下保持相对稳定的液体作为缓冲剂。如果你工件深冷要求在-72摄氏度以上，乙醇就是很好的缓冲之一，并可以通过改变乙醇来控制最终温度。

小狗摸摸

这个太专业，但是不妨碍我来学习。向pelede兄致敬！

顺便问下，你名字是赔了的拼音？

pelede

小狗摸摸 发表于 2015-12-9 17:00
这个太专业，但是不妨碍我来学习。向pelede兄致敬！

顺便问下，你名字是赔了的拼音？

兄弟过奖了~我只是个普通的刀友，一点DIY小心得，没准是走了不少弯路。希望抛砖引玉共同学习~
pelede是位英国传教士的名字，我觉得有意义就一直以这为网名。
如果联想到刀具，叫比利得也可以，呵呵~可不是赔了的哦~

寶藏獵人

pelede 发表于 2015-12-9 14:58
理论上干冰的温度是-78度，但是干冰是固态，在常温常压下干冰非常不稳定，极易升华成二氧化碳，不利于长 ...

感谢楼主的回应

另外对于楼主的钢材评价有些不了解

楼主对于美日版400C的优点评价有

硬度高，刃口保持性很好，韧性好，耐磨性好，维护性好，防锈性能好

想问问刃口保持性的评价方式，韧性评价方法，耐磨性评价方式

主要是想了解楼主的评价方式适不适合小弟用刀方式，感谢楼主

pelede

寶藏獵人 发表于 2015-12-9 19:06
感谢楼主的回应另外对于楼主的钢材评价有些不了解楼主对于美日版400C的优点评价有硬度高，刃口保持性很好 ...

实际上我提出的有关刀材各项性能指标，除了硬度是专业术语外，其它的韧性、刃口保持性、维护性都是俗称，便于理解（什么延展、抗拉、屈服等专业术语在这里提及就觉得怪怪的），大多都是基于个人主观理解，不能数据量化。
不可能有一种材料在各方面都做到领先， 我们总是根据刀具的实际需求出发选择最合适的刀材。如果你想D一把刮胡刀，首先要考虑刃口保持性，然后再是防锈、耐磨（损）、易磨（削）等等，硬度并不重要，韧性更是（没人会拿刮胡刀去砍）。要知道刀刃的刃尖是两条直线或曲线的夹角，理论上是无穷小的（无限接近零）。这里的刃口保持性指的是：一要有足够的硬度（锋口能站得住），二能打磨出极薄的厚度。不管你用多细的磨石，一种晶体很粗的刀材很难打磨出极薄的刀刃（磨削时磨料不可能切割金属晶体，下脚料只能以晶体或晶体团为单位掉落。而日常使用磨损却不受此限制，可以分子级掉落，我前面说的耐磨易磨可以并存，不冲突）。因此，一种刀材晶体是否细致、分布是否均匀、晶体间的结合是否牢固就成了我所理解的刃口保持性的重要构成。
普通的碳素钢刃口保持性要好于大多数的合金钢。不论是碳素钢还是合金钢，刃口保持性都会随着含碳量（硬度升高）或合金量的升高而降低。可以想像你想把一硬度高达61-63HRC的粉末疯狗打磨成轻松剔毛是件多么不容易的事情。

超级胖子

我一般的深冷用液氮，-196度，V含量高的深冷对韧性的提高很有限。

pelede

超级胖子 发表于 2015-12-11 16:33
我一般的深冷用液氮，-196度，V含量高的深冷对韧性的提高很有限。

有条件上液氮液氧当然好了，我也很想。但DIY的灵魂是原创和就地取材。

悍马一片天

太专业赞赞赞

奥斯卡

好帖子！我这里有真空炉就是不知道，真空热处理参数{:5_193:}

pelede

奥斯卡 发表于 2015-12-26 01:19
好帖子！我这里有真空炉就是不知道，真空热处理参数

我用的是电阻炉+不锈钢泊包覆来仿真空炉，你用真空炉可适当延长保温时间。我的具体工艺流程如下（以5mm板为例），供你参考：
一、球化退火。升温至780（有条件的话尽可能避开550-580敏感温度区间，我是600入膛），保温20分钟；25摄氏度/小时缓冷到650；随炉冷至550，出炉空冷。可获得珠光体，硬度14-17HRC。
二、粗加工
三、淬火。升至580，保温10分钟；升至780，保温10分钟；升至1040，保温15分钟。油淬。硬度59-62HRC。
四、-72度深冷2小时去残奥。
五、回火。温度145-230回火一到两小时，根据刀具的不同的用途和长度灵活掌握，必要时可二次回火。硬度范围52-61HRC。
以上工艺流程是我用过最多的进口440C，国产的440C因为先天缺陷，我试过很多方法，结果都不大满意。

一米哀伤

现在坛子太缺少这样的帖子了，甘露啊！

ddszyw

学习了

奥斯卡

pelede 发表于 2015-12-26 09:20
我用的是电阻炉+不锈钢泊包覆来仿真空炉，你用真空炉可适当延长保温时间。我的具体工艺流程如下（以5mm板 ...

感谢指点！

压抑

好帖留名备用

po52177

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独行天下

专业