Попробуем разобраться, какую роль играет сталь в качестве ножа?
Как говорил незабвенный И.А. Скрылев – нож, это заточенная пластина металла. В обшем то он прав. И основное предназначение ножа – резать (иногда колоть, иногда – ковырять, открывать консервные банки и цинки, отжимать двери, отрубать горлышки бутылкам…) И реализуется это клиновидной формой рабочей части обсуждаемого предмета. Она так и называется – клинок. Далее мы и будем рассматривать только клинки и клинковые материалы.
Как работает клинок – да элементарно. Прикладывая к полосе клинка определенные усилия, мы создаем на режущей кромке (далее РК) достаточно высокие давления, которые превышают прочность разрезаемого материала. На самом деле механизм реза более сложен, важную роль играет ещё и микрогеометрия РК и характер ее взаимодействия с разрезаемым материалом, но, в общем и целом, надо понять, что создание достаточного давления на РК (это может требовать и совсем небольших усилий) – необходимое для реза условие. Как правило, у реза есть 2 компонента – собственно давление и протяг РК по разрезаемому материалу. В зависимости от задачи может превалировать один или другой компонент, но можно выделить “рез давлением” и “рез потягом”. С первым мы имеем дело, например шинкуя салат или строгая твердую деревяшку, со вторым – разрезая кожу или перерезая пеньковый канат. Собственно, каждый по своему опыту примерно представляет, как нужно резать каждый конкретный материал.
Вот так незаметно для себя мы сделали важнейший вывод – задачи бывают разными, способы их решения – тоже разные, и самое главное – они требуют разного инструмента. В переводе на русский – для каждой задачи будет оптимален свой нож. Нарезать хамон – один, рубить гвозди – другой… Даже для более узкого спектра задач, если важно удобство и производительность, удобнее пользоваться разными ножами. Например, скатка профессионального повара-“европейца” содержала до 27 предметов, из которых более 20 ножей. А если добавить сюда ещё и «японию»… Тем не менее, большинство людей вполне обходятся на кухне парой-тройкой ножей (а то и одним, который ещё Ленина видел) и это их вполне устраивает… Собственно, баланс между удобством выполнения отдельных задач и количеством (а соответственно, и ценой) инструмента – личное дело каждого.
Наверное, каждый понимает, что инструменты бываю разного качества.
Чем же отличается хороший нож от плохого? На мой взгляд, тем, что позволяет выполнить конкретную задачу максимально качественно, быстро и комфортно. Не важно, что мы делаем, чистим яблоко, режем вражину или рубим рельс – нас либо устраивает, как с этим справляется нож, либо нет. Ещё один важный момент – нож, отлично справляющийся с одним, может быть совершенно непригоден для другого.
Если сконцентрироваться на клинках, то мы можем вспомнить, что чистить яблоко или картошку даже очень качественным “ломиком” — ой как неудобно… А попытка открыть банку тушенки янакибой — скорее всего приведет к поломке ножа.
А вот тут мы сделали ещё один важный вывод: каждой задаче – свою геометрию клинка.
Геометрию клинка можно разделить на общую, геометрию спусков и геометрию и микрогеометрию РК. Забегая чуть дальше, скажу, что именно выбор правильной геометрии под задачу (ну или спектр задач) есть основа хорошего ножа (да здравствует Прокопенков !!!). А материал клинка – средство реализации этой самой геометрии.
Вот, наконец-то, дошли до клинковых материалов. Отправив всякую экзотику в сад, рассмотрим стали, из которых могут изготавливаться клинки ножей.
Что же такое сталь? А это сплав, в котором железа не менее 45% и больше, чем любого другого компонента. Стоп, а как же про “сплав железа с углеродом, в котором углерода меньше 2.14%”? Отвечу – это было давно и неправда. И с тех пор много воды утекло.
Собственно, 2.14% взяты с диаграммы состояния железо-углерод и соответствуют точке появления эвтектики (ледебурита в структуре стали) при равновесных условиях. В реальности, из за ликвационной неоднородности, эвтектика присутствует уже начиная с примерно 1.7-1.8% С. И именно там раньше и проходила граница сталь-чугун на основании способности сплава принимать горячую деформацию в обычных условиях. Современные стали в подавляющем большинстве легированные и применять к ним критерии вековой давности наверное неправильно. Например, некоторые из современных порошковых сталей содержат более 3% углерода.
Какими же свойствами должна обладать сталь для клинка?
Твердость!!! … И будете правы. Здесь вроде бы все понятно. Сталь должна быть как минимум тверже, чем разрезаемый материал. От твердости зависит износостойкость (для разных сталей по разному), а значит и способность сохранять заточку, сопротивление смятию (от этого например, зависит способность сохранять тонкую РК ) и целый ряд других свойств. Исторически сложилось, что твердость закаленных сталей наиболее часто определяют и по методу Роквелла, шкала С (обозначается HRc). Обычно твердость термообработанных клинковых сталей лежит в диапазоне 42-67 HRc, наиболее часто – 52-61. При более детальном рассмотрении надо понимать, что как правило, твердость стали – типа средней температуры по больнице, ибо у разных структурных элементов она разная. Более того, к одной и той же общей твердости можно прийти сильно разными путями и с сильно разным результатом.
Прочность. А вот здесь все в кучу. Помимо собственно прочности, то есть способности выдерживать без разрушения определенные нагрузки, сюда часто относят и то, что в английском достаточно ёмко описывается понятием toughness – однозначного перевода на русский язык нет, наукообразно всё это называется “критерии (или факторы) конструкционной надежности”. Здесь и работа разрушения и ударная вязкость и параметры пластичности и трещинностойкости и ещё около 60 параметров. Короче, все это вместе определяет, насколько чувствительна сталь к различным экстремальным нагрузкам и насколько “надежен” будет нож из нее. На самом деле, как это все мерить и каким параметрам отдать приоритет – очень сложная задача. Скажу одно – в подавляющем большинстве случаев геометрия заруливает все остальные факторы вместе взятые.
Способность держать заточку. Комплексный параметр, крайне сильно зависящий от структуры стали. В последнее время заменил твердость в качестве маркетингового фетиша.
Острота заточки и агрессивность реза. Здесь все субъективно. Как и предыдущий параметр, сильно зависит от структуры стали и правильной заточки.
Коррозионная стойкость. По этому параметру многие делят ножевые стали на “углеродки” и “нержавейки”. На самом деле все сложнее, и будет ли конкретная сталь стойкой в конкретных условиях, вопрос интересный.
Есть ещё куча параметров, рассматривать которые нет сил и средств.
Выше пару раз прозвучало слово “структура”, которая каким то образом влияет на свойства. Что же это такое и с чем ее едят? Как мы уже определились, сталь – это некоторый сплав. И элементы, входящие в этот самый сплав, определенным образом взаимодействуют, формируя под влиянием механической и термообработки (далее ТО) различные фазы, соотношением и свойствами которых (а так же характером их взаимодействия между собой) и определяется структура (и свойства) стали. В подавляющем большинстве случаев структура термообработанной ножевой стали состоит из мартенсита (что это такое, объяснять долго и нудно и все равно не поймете, считайте что это твердая и хрупкая составляющая матрицы), некоторого количества остаточного аустенита (мягкого и пластичного) и фаз-упрочнителей (чаще всего карбидов).
Абстрагируясь от частностей, можно сказать, что структура стали зависит от ее состава (читай марки) и того, что с ней сделали. Причем, вторая часть часто важнее первой.
Теперь собственно о ножевых сталях. Единой классификации нет, наверное проще будет плясать от назначения. Итак, в качестве ножевых используются инструментальные стали (для режущего инструмента и штамповые) и близкие к ним по свойствам изностостойкие стали (подшипниковые, валковые), рессорно-пружинные, конструкционные высокопрочные и т.д. Рассмотрим основные классы. При этом буду придерживаться классификации, принятой для инструментальных сталей (для сталей другого целевого назначения буду делать комментарии)
1. Углеродистые стали.
Стали типа наших У7-У16 и буржуйской 1095. Сюда же можно отнести легированные марганцем стали (в том числе и любимую многими 65Г). Весьма популярны, но, на мой взгляд, недостатков намного больше, чем плюсов. В первую очередь, хотя это многих удивит, низкая прочность и ударная вязкость (без ковки и/или термоциклической обработки). Во вторых, как это опять же не удивительно, сложность ТО – в первую очередь узкий интервал закалочных температур (особенно, для эвтектоидных сталей) – стоит чуть перегреть – пиши пропало. В третьих – низкая износостойкость, несмотря на высокие достижимые значения получаемой твердости. Низкая закаливаемость и прокаливаемость, высокая деформация при закалке. Низкая стабильность свойств. Ржавеют, опять же… Все вышесказанное не относится к ножам Мастеров – в их исполнении углеродка может быть очень неплоха. Из плюсов – при должном навыке можно получить очень приличный нож при минимуме оборудования.
А теперь попробую поподробнее.
Инструментальные углеродистые стали в соответствии с ГОСТ 1435–90 маркируют буквой «У» и числом, указывающим среднее содержание углерода в десятых долях процента. Для изготовления инструмента применяют качественные стали марок У7–У13 и высококачественные стали марок У7А–У13А, а так же стали, легированные марганцем и кремнием (например, У7Г, У15С).
По структуре стали подразделяются на доэвтектоидные (У7), эвтектоидные (У8-У9) и заэвтектоидные (У10-У16) По механическим свойствам и назначению углеродистые стали подразделяются на:
» стали повышенной вязкости (У7–У9) для изготовления инструмента с высокой режущей способностью, подвергающегося ударным нагрузкам (зубила, кернеры и т.д.). К этой же группе можно отнести рессорно-пружинные стали типа 60-75Г.
» стали высокой твердости (У10–У13) для изготовления режущего инструмента, не подвергающегося ударным нагрузкам (напильники, шаберы и т. д.). Сталь У16 применяется в основном для изготовления износостойких втулок и склонна к графитизации.
Твердость окончательно термически обработанного инструмента из углеродистых сталей обычно лежит в интервале 57–65 HRc. Эти стали требуют аккуратного шлифования из-за возможности образования прижогов и мягких пятен. После шлифования желателен низкий отпуск.
Свойства углеродистых сталей могут быть заметно улучшены термоциклической и термомеханической обработкой. В некоторых случаях будет уместной зонная закалка или отпуск.
2. Легированные стали.
В данном пункте будут рассмотрены только низко- и среднелегированные стали. Эти стали подразделяются на стали неглубокой и глубокой прокаливаемости. По назначению – инструментальные и подшипниковые ШХ15 – к стали Х.
Из наиболее популярных хочется отметить:
» Х (ШХ15)
» 9ХФ (90ХФМ)
» 11ХФ (11Х)
» 13Х
» ХВГ (ХСВГ, ХСВГФ)
» В2Ф и ХВ4Ф (ХВ5)
Данная группа сталей в общем и целом имеет лучшую комбинацию свойств, не зря например, ШХ15 одна из самых популярных у российских мастеров железок.
3. Полутеплостойкие стали.
Как правило, высокоуглеродистые стали, легированные хромом, молибденом, ванадием, иногда вольфрамом. В этой группе рассмотрим только стали, обычно обрабатываемые на первичную твердость. Некоторые стали этого типа производятся по порошковой технологии. По назначению – как правило штамповые стали. На мой взгляд, это одна из наиболее интересных групп для изготовления клинков. Традиционно их делят по износостойкости на стали повышенной и высокой износостойкости. Кроме того, они традиционно делятся на 2 группы – 6%Cr и 12%Cr (у буржуев четко прослеживается группа 8Cr).
» 6% Cr – типичные представители 85Х6НФТ и Х6ВФ (близки к буржуйской А2)- хорошее сочетание прочности, износостойкости и ударной вязкости. Ещё лучшим комплексом свойств обладают высокованадиевые стали типа Х6Ф4М (близка к буржуйской А7) .
» 12% Cr – ну, самый типичный представитель – Х12МФ (D2). Износостойкость примерно в 2 раза выше, чем у Х6ВФ, ударная вязкость в 2 раза меньше (можно заметно повысить ТЦО). Х12Ф1 – примерно посередине между Х12МФ и Х6ВФ. Есть высокоуглеродистые стали типа Х12 и Х12ВМ (Х12В, Х12ВМФ) – износостойкость несколько выше чем у Х12МФ, прочность и вязкость – заметно ниже. Есть высокованадиевые стали типа Х12Ф4М – износостойкость выше чем у высокоуглеродистых сталей при прочности и вязкости, сопоставимых с Х12МФ.
Из наиболее перспективных – Х6Ф4М и Х12Ф4М (Х12Ф3М, Х12Ф3ТМ).
4. Быстрорежущие стали.
Как правило, стали, легированные хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Исторически наиболее популярна Р6М5 (М2). При правильной ТО — сталь с неплохим комплексом свойств. Но, все же, уступает высокованадиевым сталям предыдущей группы. В последнее время на эксклюзивных моделях появляются и другие выстрорезы, как правило высокованадиевые порошковые. Интегральное мнение – стали весьма неплохи, но тот же (и даже более высокий) уровень свойств можно получить на сталях попроще и с более простой ТО.
Отдельную группу составляют стали с интерметаллидным или карбидным и интерметаллидным упрочнением – о них дальше.
5. Стали с высоким сопротивлением пластической деформации.
Как правило это стали обрабатываемые на вторичную твердость (подобно быстрорезам). Основное применение – инструмент для холодной деформации, теплостойкие подшипники, детали топливной аппаратуры. В последнее время популярны на дорогих авторских ножах.
В силу доступности и раскрученности чаще всего используются порошковые буржуинские стали. Из наиболее популярных – CPM 3V, CPM 10V, Vanadis 4-10 и т.д.
На мой взгляд, стали обеспечивают хорошее сочетание стойкости РК и механических свойств. При минимальном уходе стали достаточно коррозионнно-стойки в неагрессивных средах.
6. Коррозионностойкие стали (они же нержавеющие).
Чаще всего хромистые, хромо-молибденовые стали, иногда легированные другими элементами. В последнее время самые распространенные стали для ножей.
Надо понимать, что все мартенситные коррозионно-стойкие стали предрасположены к питтинговой коррозии, особенно в средах, содержащих хлориды.
95Х18
Х18МФ
Х13М (Х14М)
65Х13 50Х14МФ, 90Х18МФ
ЭП766 (95Х13М3К3Б2Ф).
Отдельно стоит выделить вторично-твердеющие стали типа 154 CM, ATS-34, BG 42, ЭП766 (95Х13М3К3Б2Ф) (правда, большинство производителей обрабатывает их на первичную твердость) и высокованадиевые порошковые стали типа S30V, S60V, S90V, S110V и т.д. Несколько особняком стоят высокохромистые сверхвысокоуглеродистые стали типа ZDP-189, Cowry-X, Supracor (MPL-1)
Стали последних трех групп — «стандарт де-факто» для качественных серийных и авторских буржуйских ножей.
7. Мартенситно-стареющие стали.
По назначению – быстрорежущие, штамповые и с высоким сопротивлением пластической деформации. Для клинков могут применятся и некоторые конструкционные мартенситно-стареющие стали, в первую очередь нержавеющие высокопрочные и сверхпрочные. Из наиболее типичных представителей – ЭП853 (03Х11Н10М2Т2). До сих пор ни в России (у нас только Мелита), ни в мире нет заметного интереса к этой очень интересной группе сталей. При том, что некоторые из них обладают уникальными характеристиками. Недостатки – высокая стоимость, малая доступность, сложная ТО (часто именно ТМО), низкая (очень относительно) стойкость по абразивным материалам.