Глубокое погружение в процесс изготовления лезвий ножей

Сталь - это сплав, который большинство из нас считает само собой разумеющимся. В самом простом виде она представляет собой смесь железа и углерода. Но в стали есть много других элементов, которые влияют на характеристики ножа. Эти элементы, добавленные в небольших количествах, помогают ножам сохранять остроту, не ржаветь и не разбиваться при падении. Чтобы узнать о них больше, мы поговорили с Мартином Миллсом, руководителем отдела испытаний и инноваций компании Benchmade Knives. Вот научная информация о том, как расплавленный металл превращается в качественное лезвие.

Ножевая сталь - это компромисс

В идеальном мире нож должен быть доступным по цене, не подверженным коррозии и достаточно прочным, чтобы при необходимости служить ломом. Однако все стали для ножей являются компромиссом между твердостью, долговечностью, сохранением кромки, устойчивостью к ржавчине и ценой. Если сталь слишком твердая, она будет отлично держать кромку, но будет склонна к сколам и поломкам. Если сталь полностью защищена от коррозии, она, скорее всего, слишком мягкая и не будет держать кромку. Некоторые виды стали для ножей также обладают потрясающими эксплуатационными характеристиками, но стоят очень дорого.

Элементы, из которых состоит хорошая ножевая сталь

Каждый вид ножевой стали имеет свои сильные и слабые стороны, и важно подумать о том, как и где вы будете использовать нож, прежде чем покупать его. В зависимости от области применения металлурги добавляют в сталь элементы, которые могут повысить эффективность работы в различных категориях. Вот некоторые распространенные элементы, встречающиеся в качественной стали:

Углерод

Углерод - это основной элемент, превращающий железо в сталь. Лезвийные стали часто называют "высокоуглеродистыми", и, как правило, твердость увеличивается по мере добавления углерода. Углерод также улучшает прочность на разрыв, износостойкость и сохранность кромки. Однако хорошего много не бывает, так как избыток углерода приводит к хрупкости стали.

Хром

Добавление хрома в сталь повышает ее устойчивость к коррозии. Сталь должна содержать не менее 13 процентов хрома, чтобы быть классифицированной как "нержавеющая". Помимо того, что хром распределяется по материалу в неизмененном химическом состоянии, он соединяется с углеродом, образуя частицы, называемые карбидами (подробнее об этом ниже). Карбиды хрома - самые мягкие из всех карбидов, но они все равно тверже стали, и их распределение способствует повышению общей твердости, прочности на разрыв и сохранению кромки.

Молибден

Молибден, или молибден, используется в относительно небольших количествах. Это еще один карбидообразующий материал, повышающий вязкость клинковой стали.

Ванадий

Ванадий образует самые твердые карбиды, встречающиеся в современной клинковой стали; он может оказать значительное влияние на свойства ножа. Эти твердые, чрезвычайно мелкозернистые карбиды помогают повысить износостойкость готового лезвия. Многие новые, высококачественные клинковые стали содержат значительное количество ванадия.

Другие элементы, часто встречающиеся в современных ножах из нержавеющей стали, включают никель, кобальт, марганец, кремний, ниобий, вольфрам и даже медь.

Как образуются карбиды и почему они имеют значение

Вышеперечисленные элементы сплавляются вместе в тигле, образуя сплав, который становится металлом, из которого делают ножи. Во время процесса, когда они соединяются с углеродом, они также образуют маленькие, очень твердые частицы, называемые карбидами. Миллс объясняет, что эти карбиды действуют подобно наполнителю в бетоне, который смешивается с цементом для придания ему прочности. Карбиды тверже, чем только основная сталь, и они способствуют сохранению кромки, прочности лезвия и долговечности.

Процесс легирования влияет на типы карбидов, присутствующих в стали, а метод производства - на размер, равномерность и распределение этих карбидов. Все это влияет на общее качество клинковой стали.

Как отливают и производят сплавы ножевой стали

Существует два способа производства ножевой стали. Традиционный способ заключается в том, что все элементы вместе с углеродом и железом помещают в сплав, нагревают до тех пор, пока они не расплавятся и тщательно не перемешаются, и заливают смесь в формы для формирования массивных слитков. Остывшая смесь называется сплавом, и ножевая сталь изготавливается таким способом уже сотни лет.

Единственный недостаток заключается в том, что сталь остывает медленно и неравномерно. Элементы, составляющие сплав, затвердевают при разных температурах, что приводит к их разделению на микроскопическом уровне. Образующиеся карбиды не совпадают по форме и размеру и неравномерно распределены по всему сплаву. Это по-прежнему самый распространенный метод производства стали, и к ножевым сталям, изготовленным таким способом, относятся 1095, сталь серии 440, 154CM и инструментальные стали типа D2.

Но существует новая технология производства, пионером которой является компания Crucible Industries, которая использует порошкообразный металл для решения проблемы скорости охлаждения.

"Легирующие элементы добавляются в сталь и плавятся, как и раньше, но когда расплавленный поток жидкости выливается из тигля, мы взрываем его газом высокого давления, в результате чего образуются крошечные капли, которые почти мгновенно охлаждаются и затвердевают", - говорит Миллс. Эти охлажденные капельки становятся зернами металлического порошка. Внутри каждого зерна равномерно смешиваются те же элементы, что и в сплаве, полученном традиционным методом, а внутри зерен образуются более мелкие и однородные карбиды. Затем порошок помещается в камеру, где к нему прикладывается тепло и давление, и он сплавляется вместе, образуя цельный кусок металла.

Более мелкие и равномерно распределенные карбиды значительно улучшают качество готового лезвия ножа. По мере износа стали в процессе заточки и использования, карбиды обнажаются, и в конечном итоге они выпадают. Крупные карбиды, образующиеся при обычном процессе производства, при выпадении оставляют большие, неравномерные зазоры. Однородные карбиды из металлического порошка оставляют меньшие зазоры, а те, что остаются, продолжают обеспечивать структурную поддержку стали. Это обеспечивает долговечность и остроту кромки ножа.

Четыре стали хорошего качества

Теперь, имея достаточно знаний, чтобы быть опасным, давайте рассмотрим несколько популярных сталей для ножей в среднем и верхнем ценовом диапазоне. Помните, что все ножевые стали - это компромисс, и различные производственные процессы делают одни ножи лучше других, когда речь идет об определенных задачах.

Инструментальная сталь D2

Сталь D2 не содержит 13% хрома, необходимого для того, чтобы считаться настоящей нержавеющей сталью, поэтому ее иногда называют "полунержавеющей". С точки зрения эксплуатационных характеристик, она прочна и лучше сохраняет кромку, чем многие стали, включая 154CM. Однако она не может сравниться с новыми сталями с порошковым напылением, такими как S30V, по общим характеристикам лезвия, и ее нелегко затачивать в домашних условиях. Так почему же мы продолжаем использовать D2? Потому что она предлагает отличное соотношение цены и качества, и она долговечна. Нож из D2 - это отличный выбор для ножа общего назначения, который не разорит банк.

Сталь 154CM

Представленная в 1972 году, 154CM была одной из первых нержавеющих сталей премиум-класса для ножей, появившихся на рынке, и до сих пор остается популярным выбором. Она также изготавливается традиционными методами и содержит минимальное количество хрома, чтобы считаться нержавеющей. В ней также много углерода.

Эта сталь похожа на 440C (обычная нержавеющая сталь), но для повышения эксплуатационных характеристик в нее добавлен молибден. При правильной термической обработке она обладает превосходной твердостью и прочностью. Она также хорошо держит кромку, более устойчива к коррозии, чем D2, и легче затачивается обычным пользователем. Сталь 154CM отлично подходит для доступного карманного ножа EDC или охотничьего ножа общего назначения, но, скорее всего, она не входит в верхнюю часть ценового диапазона большинства производителей.

Сталь CPM S30V

CPM S30V (также называемая S30V) становится довольно распространенной, и не зря. Это отличный пример преимуществ производства порошкового металла, который обладает превосходной стойкостью кромки, хорошей прочностью и фантастической коррозионной стойкостью. В эту сталь также добавляют ванадий, и образующиеся карбиды придают структуре сплава чрезвычайную твердость. Хотя ножи, изготовленные из S30V, скорее всего, будут стоить дороже, повышенная производительность того стоит, и большинство производителей ножей, вероятно, начнут заменять 154CM на S30V практически в каждом применении. Он идеально подходит для карманного ножа EDC или охотничьего ножа с фиксированным лезвием, который можно использовать как для снятия шкур, так и для тяжелых полевых работ общего назначения.

Сталь S90V

Использование ножа из S90V сродни вождению гоночного автомобиля. Он дорог, сложен в обслуживании и не идеально подходит для любого применения. Для создания S90V требуется огромное количество углерода (почти в два раза больше, чем для D2) и смехотворное количество ванадия, что делает ее чрезвычайно твердой и износостойкой. При производстве этой стали используется порошкообразный металл, и она держит кромку так, как мало какие другие ножи.

Однако S90V не лишена недостатков. Она очень дорогая, и любой нож, изготовленный из S90V, будет стоить дорого. Он не так устойчив к ржавчине, как 154CM или S30V, и более склонен к поломкам. За эту твердость также приходится платить. Если лезвие из S90V затупится, то для того, чтобы вернуть ему остроту, вам понадобится гораздо больше, чем просто камень - подумайте об алмазах и даже электроинструментах.

Как это соотносится с реальными эксплуатационными характеристиками? Лезвия из S90V отлично держат кромку, но из них не получаются хорошие прочные, универсальные ножи. Однако ножи из S90V отлично подходят для снятия шкур, где нет необходимости вставлять клинок между костями или раздвигать суставы. Только убедитесь, что у вас под рукой есть что-то вроде моторного Work Sharp, чтобы подправить кромку.