Выбор стали для ножа. Обработка, ковка, баланс

Для каждой задачи подбирают нож с определенной формой рукояти и клинка, сталью и термической обработкой, которые отвечают конкретным требованиям.

Ножевые стали делят на углеродистые и стойкие к ржавчине(нержавеющие).

Свойства стали

1) содержания углерода (хрупкость твердость износостоцкость) и добавок других элементов (Азот хром никель от ржавчины; Кремний марганец-упругость и стойкость к истеранию, ванадий вольфрам -износостойкость и прокаливаемость)

2) От механической технологической обработки(ковки, проката льтьë, порошковое спекание) и ТЕРМИЧЕСКОЙ обработки (закалки- нагревание быстрое охлаждение, и отпуска-долгая выдержка с не сильным нагревом для снятия напряжений снижения хрупкости) стали.

Содержание углерода

Чем больше углерода, тем сильнее ржавеет клинок и тем больше хрупкость, но тверже и дольше режет.

Для примера беру наиболее интересные мне лично стали

Углерод 0.5% это клинки ножей, которые можно гнуть, метать, и они не сломаются. Но будет большая вмятина при ударе о твердое, и быстрее теряют остроту. При термообработке на высокую твердость удержание остроты достаточное. Нержавеющие Стали X55CrMo14 (din 1.4110), 420hc и другие.

0.65% - тоже устойчивый к изгибу более упругий клинок. Ржавеющие рессорные 65 Г, 60с2а (одни из лучших сталей для меча), стойкие к ржавчине 14c28N.

0.7-0.8% -ещё можно гнуть, но уже лучше не метать не бросать на камни, особенно на морозе. Aus 8, 8cr13mov. Хороший баланс между сколами и заминами режущей кромки при ударах о твердое.

0.9-1.2% сильно гнуть нельзя. Режет довольно долго. Стойкие к ржавчине 95х18, 9cr18mov, 110х18мшд, 440C, n690, vg10, 154cm, и многие другие.

Отдельно выделю ржавеющие 9хС и умеренно ржавеющие PGK и CPR — идеально для топора и большого толстого ножа с зонной закалкой(лезвие твердое остальное мягкое) и углом заточки 40градусов или выпуклой довольно толстой линзой. Они не заминаются при ударах по костям. И не выкрашиваются, если сведение и угол заточки достаточно толстые.

1.5-1.6% - хрупкие клинки, тонкие кончики ломаются при ковырянии дерева. Умеренно ржавеющие D2, х12мф.

Технология обработки

Цель обработки — придание определённых свойств и улучшение свойств. Цель выжать максимум пользы из стали с определенным химическим составом.

Прежде всего это изменение структуры и повышение однородности стали.

Для примера популярная износостойкая сталь х12мф. Она может сделать 20-30 резов каната джут 37мм и потерять остроту, потому что слишком много непрокаленной стали, которая не кристаллизовалась. А может 180резов, и при этом остаться достаточно упругой. А может сделать 100 резов и сломаться от падения на камень. Термоциклирование и ковка, закаливание и правильный отпуск и оптимальная геометрия клинка делают эту сталь по свойствам аналогичной порошковым сталям, повышают однородность.

Порошковую сталь придумали для того чтобы делать клинки с большим количеством полезных добавок, и чтобы их не надо было ковать и делать термоциклирование для повышения однородности. Порошковая сталь максимально однородная и в ней минимальное количество вредных примесей.

При этом из-за большого количества добавок порошковые стали относительно хрупкие. Но если их делать по обычной технологии, то они будут ломаться «от взгляда». Потому что карбиды огромные угловатые и будут скучиваться, в этом месте будут трещины. Порошковая технология равномерно распределяет карбиды, делает их более округлыми и меньше по размеру.

Добавки Чем больше добавок, тем больше и крупнее карбиды. Карбиды позволяют резать дольше. Формируют микропилу. Карбиды ванадия и вольфрама намного тверже карбидов железа и хрома. Даже небольшое содержание азота 0.1-0.2% резко повышает стойкость к ржавчине. Много азота делает клинок очень хрупким на морозе. Карбиды вольфрама очень твердые и самые большие. Вольфрам сильно повышает температуру закаливания и устойчивость к перегреву. Молибден повышает стойкость к ржавчине, поднимает температуру закаливания и твердость. Ванадий дорогой металл, но увеличивает износостойкость.

Термообработка

Когда в стали есть хром, то она требует высокой точности температуры при термообработке закалке отпуске. Сталь нагревают до достаточно высокой температуры, чтобы растворить некоторые добавки и лишние карбиды. Нержавеющие стали обычно больше 1000градусов чтобы расплавить хром. Иначе сталь будет ржаветь и не будет резать. Но перегревать тоже нельзя, а то будет много мягкого аустенита и огромное зерно, нож станет хрупким и плохо режет. Небольшая ошибка делает нож негодным. Обычные ржавеющие стали в которых почти нет добавок, можно закалять на глаз по цвету и с помощью магнита определять когда не магнитится и пора охлаждать. Отпуск тоже можно делать на глаз отполировать поверхность, тогда проявится разный цвет белый жёлтый синий голубой, цвета побежалости. Но лучше точно измерять температуру. Чем больше температура отпуска тем хуже режет, но устойчивее к изгибу, до определенного предела, после которого наоборот-начинается отпускная хрупкость, у некоторых сталей она сильно выражена.

Чем меньше добавок тем быстрее надо охлаждать для достижения тверлости. Бывает в воде. Чем больше добавок и карбидов, тем дольше можно закалять, поэтому «быстрорежущие» Стали закаляются даже на воздухе долго.

Карбиды сдерживают рост зерна. Особенно маленькие карбиды ниобия и титана, они располагаются по границам зëрен. В малых количествах они не влияют на свойства стали на износостойкость, но сильно влияют на сдерживание роста зерна и на время закаливания.

Мастера иногда делают зонную закалку или зонный отпуск для мягкого обуха и твердого лезвия.

Нет лучшего рецепта термообработки конкиетной стали. Всегда ишут баланс между устойчивостью, а ржавчине, к изгибаб и ударам, износостойкостью.

Криообработка значительно сокращает количество мягкого аустенита при закалке на более высокую темперетуру. Чем выше температура и чем дольше время нагревания, тем сильнее растворябтся карбиды. Тем менее агрессивный рез. Особенно важно не перегреть сталь, в которой кроме карбидов хрома больше нет карбидов. Надо чтобы часть карбидов растворились чтобы не ржавела, а часть осталась чтобы хорошо резала. Диапазон температуры узкий, надо точно попасть. Чем тоньше клинок спуски тем меньле время закалки.

Например, х12мф закаляют обычно на 1000-1020°С 5-7 минут, чтобы растворить хром, и мельчайшие карбиды, и чтобы зерно было мелким, а клинок упругим. И чтобы было минимум мягкого аустенита. А отпуск 200-250° 2 раза по 1,5-2 часа.

Закалять на слишком большую твердость не нужно, потому что намного сложнее править лезвие мусатом, и потому что твердая выкрашивается. До закалки обычно делают ожиг и термоциклирование для однородности и измельчения зерна.

КОВКА И ПРОКАТ

Зонная закалка твердое лезвие мягкий обух делают для ржавеющих углеродистых сталей индукционными токами высокой частоты. Нержавеющие клинки нагревают целиком чтобы хром растворить, а после закалки делают высокий отпуск всего клинка, либо только обуха. Можно зажать обух между медными пластинами, а лезвие слегка в воду, или тоже на трубу с охлаждением. Пластины на обухе нагреть до температуры отпуска обуха, выдержать, а когда остынет до температуры отпуска лезвия можно вынуть из воды.

КОВКА И ПРОКАТПрокат обычно формирует карбидные линии вдоль или поперек клинка, по которым либо отламывается режущая кромка либо кончик. Ручная многократная ковка распределяет карбиды во все стороны, и делает клинок более устойчивым к сколам.

Баланс свойств

В зависимости от состава можно начертить график всех сталей в виде дуги или прямой. Сверху будут стали которые не ломаются, но мгновенно теряют остроту. А снизу очень хрупкие, но которые дольше всех режут канат.

Оптимальные стали по балансу свойств будут посередине ближе к верхнему противоположному углу. У них будет лучший баланс между заминами и сколами режущей кромки, устойчивостью к изгибу и твердость.

Одна из таких сталей нержавеющая порошковая сталь CPM MagnaCut. Нагревают до 1085-1150 градусов в фольге, выдерживают 26-20минут, охлаждают между металлическими пластинами или в масле, потом в жидкий азот, потом отпуск 175-230 градусов 2часа(остывание на спокойном воздухе), потом делают спуски клинка, потом второй отпуск 175-230° 2часа. Твердость 61-62hrc (если в азот опустить чуть раньше, то выше твёрдость, если позже, то ниже).

Ржавеющие порошковые стали обычно делают с высокой температурой отпуска для повышения устойчивости к изгибу и сколам. А потом покрывают хромом электрохимическим способом для защиты от ржавчины. QPM53, к390, pmd52, vanadis 8 — ржавеют, долго режут, и не слишком хрупкие. Карбидов много, они довольно крупные, поэтому толщина сведения желательно не меньше 0.25-0.3мм, а угол заточки кончика режущей кромки 35-40 градусов. По графикам qpm 53 превосходит vanadis 8, но при сравнении конкретных ножей клинки из vanadis 8 и более вязкие и режут дольше и проще правятся. Это значит что у конкретного термиста получается «готовить» эту сталь лучше чем другие стали.

Для улучшения зарактеристик прочнрсти на изгиб стойкости к ржавчине длают «бутерброд» Из разных сталей. Но это сложно сделать, потому что сложно подобрать стали с одинаковыми оптимальными режимами термообработки и идеально соединить их, чтобы обкладки не ржавели и были мягкими упругими. Либо делают дамасск- это многослойный бутерброд из мягкой и твердой стали, либо варят Булат — у которого очень крупная микроструктура. Мифы о булате сильно преувеличены, и он ржавеет и выкрашивается и пилит микропилой.

УГЛЫ ЗАТОЧКИ И ТОЛЩИНА СПУСКОВ СВЕДЕНИЯ

Обычно делают прямые спуски от обуха и тонкое сведение 0,2мм. Чтобы было проще точить править, снимать меньше металла. И чтобы после нескольких переточек спуски оставались достаточно тонкими. Чем острее угол заточки тем меньше площадь затупления, тем меньше усилия на разрезание, тем дольше нож режет при небольшой нагрузке. Намного дольше режет. Угол 20-30°

Но если материал твердый и нагрузка большая, то острая заточка завернется или отколется, а тонкие спуски поведет волной либо будет большой скол, либо клинок сломается. Для нагрузок делают спуски 0.5-1мм, толстую выпуклую линзовидную заточку или двойной клин 25-30° и 35-45° затупление кромки. В разных частях клинка может быть разная толщина спусков и заточки. Кончик специально притупляют чтобы не отламывался. Удары по костям по керамическим тарелкам и стальным предметам, ковыряние замороженного мяса — это не редкость. Поэтому на кухне есть 2 острых ножа, которые бережно хранят, и остальные ножи, которые не жалко.

Дополнительная информация.