Wstęp
Stal, według definicji encyklopedycznej, to stop żelaza z węglem,
przy czym zawartość węgla jest w zakresie 0.2% - 2.11% (która to zawartość procentowa
jest granicą rozpuszczalności węgla w żelazie). Oprócz węgla w stali zawsze istnieją
inne pierwiastki, zmieniające jej właściwości, nazywane domieszkami i dodatkami
stopowymi. Warta podkreślenia jest różnica pomiędzy żelazem
- pierwiastkiem chemicznym, a stalą - materiałem. Czyste żelazo nie jest stosowane
jako materiał i okreslenie to, pomimo tego, że jeszcze do niedawna miękką stal,
o małej zawartości węgla, właśnie tak nazywano, nie powinno być używane w takim
kontekście. Często materiał, z którego wykonane są artefakty znajdowane przez
archeologów nazywany jest "żelazem", czasem można spotkać się z określeniem
"żelazo" na stopy żelaza, o różnym składzie chemicznym (najczęściej
posiadające dużą domieszkę niklu), pochodzące z meteorytów. W obu przypadkach
nie jest to czysty pierwiastek, ale stal. Z takiego właśnie
"żelaza meteorytowego" wykonywane były pierwsze stalowe przedmioty w
czasach, gdy ludzie nie umieli jeszcze wytapiać stali (żelazo praktycznie nie
występuje w przyrodzie w postaci rodzimej, czyli czystej, i konieczne jest wytapianie
go z rud, tj. odzyskiwanie ze związków z innymi pierwiastkami). Ze względu na
ówczesną unikalność tego materiału, a co za tym idzie cenę, artefakty te nie były
używane jako narzędzia, lecz najpewniej pełniły funkcję ceremonialne lub ozdobne.
Tak było przez całą epokę kamienia i część epoki brązu. W pierwszym tysiącleciu
p.n.e. stal zaczęła już wypierać brąz jako podstawowy materiał na narzędzia i
broń. Stalowe przedmioty z tamtego okresu prawdopodobnie nie miały lepszych właściwości
niż brązowe, jednak miały nad nimi zasadniczą przewagę - rudy żelaza potrzebne
do ich wytwarzania były dostępne praktycznie wszędzie w dużych ilościach, w przeciwieństwie
do rud miedzi. Dopiero później ludzie nauczyli się wykorzystywać potencjał, jaki
drzemie w stopach żelaza - możliwość zmiany własności mechanicznych przez obróbkę
cieplną, a szczególnie przez hartowanie1. Właśnie
dzięki temu broń wykonana z odpowiednio przygotowanej stali przewyższała broń
wykonaną ze stopów miedzi. Do dziś stal jest także podstawowym materiałem na wszelkiego
rodzaju narzędzia, w szczególności noże, które interesują nas najbardziej.
Stal jest stopem żelaza z węglem oraz dodatkiem innych pierwiastków. Dobre
noże zrobione są z dobrej stali. Co znaczy, że nóż jest "dobry"?
Pomimo tego, że podstawową funkcją noża jest cięcie, tylko dla grupy osób dobry
nóż będzie wyłącznie dobrze ciął i trudno się tępił. Dla wielu użytkowników nóż
jest uniwersalnym narzędziem i można go używać także do rąbania, podważania i
cięcia, bez ryzyka uszkodzenia. Do tego powinien być wygodny w użytkowaniu, czyli
łatwo się ostrzyć i nie rdzewieć. Pomijając kwestię projektu, to znaczy grubości
głowni, szlifów i wymiarów, stal ma bardzo duży wpływ na parametry noża. Omówię
teraz podstawowe i bardzo uproszczone właściwości mechaniczne tego materiału,
mające znaczenie w przypadku noży. Twardość Najszerzej
spotykanym parametrem stali jest twardość. Parametr ten rozumiemy intuicyjnie,
tj. czujemy, że kamień jest twardszy niż drewno. Do pomiaru twardości hartowanej
stali najczęściej wykorzystywana jest skala C Rockwella. Test Rockwella polega
na wciskaniu określoną siłą diamentowego stożka w próbkę materiału i pomiarze
głębokości odcisku. Im bardziej miękki materiał, tym odcisk będzie głębszy. Jednak
błąd pomiaru w zakresie interesujących nas twardości wynosi min. ~2 HRC, wartości
zmierzone nie są więc tak dokładne, jak by się mogło wydawać. Twardość materiału
przekłada się bezpośrednio na trzymanie ostrości, czyli wolne tępienie się noża
podczas pracy - ostrze noża z twardszego materiału będzie się wolniej ścierać.
Można też powiedzieć, choć jest to duże uproszczenie, że twardszą stal trudniej
naostrzyć. Umownie twardość powyżej 55 HRC uznawana jest za dostatecznie dużą
dla noża. Większość noży dostępnych w sklepach ma podaną w
opisie twardość stali. Wartość tam podana nigdy nie pochodzi z pomiaru konkretnych
egzemplarzy, ale jest zakładaną przez producenta wartością, którą uzyskuje (a
raczej stara się uzyskać) podczas obróbki cieplnej. Pomimo tego, że dobrzy producenci
sprawdzają wybiórczo twardość gotowych noży, żeby nie dopuścić do wypuszczenia
na rynek wadliwej partii, zawsze w ramach każdej serii produkcyjnej istnieją pewne
rozrzuty twardości. Pamiętając do tego o błędzie pomiarowym okazuje się, że wartość
twardości podawanej przez producenta ma charakter tylko orientacyjny, nigdy ścisły2.
O wiele lepiej wygląda to z nożami custom - knifemakerzy często mierzą twardość
każdego noża, który zrobią. Udarność Drugim
ważnym parametrem jest szeroko pojęta "wytrzymałość", i z tą wielkością
problem jest znacznie większy. Użytkownik noża wie, że nóż jest "mocny",
gdy nie jest w stanie go zniszczyć (zgiąć lub złamać) przykładając dużą siłę,
czy to podważając nim, czy też uderzając, np. podczas rąbania drewna. Istnieje
wiele parametrów opisujących własności mechaniczne stali. Istnieje granica plastyczności,
czyli naprężenie, po przekroczeniu którego próbka zaczyna się odkształcać plastycznie
zamiast sprężyście. Istnieje wytrzymałość na rozciąganie, czyli naprężenie, które
rozerwie próbkę. Są to dwie różne rzeczy - jeśli stal ma dużą granicę plastyczności,
trudno będzie wygiąć nóż plastycznie, jeśli stal jest ciągliwa i ma dużą wytrzymałość
na rozciąganie, trudno będzie go złamać, co nie znaczy, że nie będzie się on wyginać
plastycznie. Do tego dochodzi trochę bardziej skomplikowana wytrzymałość na zginanie,
moduł Younga, określający sprężystość i wiele innych parametrów... Udarność
jest parametrem, który określa, ile pracy trzeba włożyć w złamanie określonej
próbki testowej przy szybkim obciążeniu - uderzeniu. Próby udarności przeprowadza
się na maszynie zwanej młotem Charpyego. Zakładając, że stal na noże jest stosunkowo
mało ciągliwa (w porównaniu do np. stali na konstrukcje stalowe, jak np. mosty),
opisuje ona (lepiej lub gorzej) "wytrzymałość" danej stali, łącząc w
sobie niejako ciągliwość i wytrzymałość na zginanie. Z tym parametrem sytuacja
jest o tyle skomplikowana, że zależy on od wielu czynników: składu stali, jakości
stali, obróbki cieplnej (jej rodzaju, osiągniętej twardości, poprawności jej przeprowadzenia)
i innych. Udarność wpływa też w pewien sposób na trzymanie ostrości - ostrze noża
ze stali o dużej udarności nie będzie się wykruszać ani odkształcać podczas cięcia.
Nie jest to niestety dobry parametr do opisu "wytrzymałości" materiału
na głownię, ale jest praktycznie jedyny, jaki możemy znaleźć w materiałach dotyczących
stali "nożowych" 3.
Interesującymi nas parametrami stali jest twardość, mająca związek z trzymaniem
ostrości przez nóż, oraz udarność, którą wiążemy głównie z wytrzymałością noża.
Hartowanie
stali Nieutwardzona stal jest materiałem plastycznym i w miarę
miękkim, dającym się dość łatwo obrabiać (szczególnie po podgrzaniu - kucie).
Składa się ona z ferrytu/perlitu, czyli pewnych rodzajów struktur obecnych w stopach
żelaza z węglem. Nie znalazłem powodu, z którego powinienem wnikać bliżej w metaloznawstwo
- ważne jest, że ferryt/perlit jest dość miękki i plastyczny. Po ogrzaniu powyżej
określonej temperatury, następuje przemiana austenityczna, czyli zmieniają się
one w austenit, będący roztworem węgla w żelazie gamma (jeden z typów sieci krystalicznej
żelaza). Podczas chłodzenia mogą nastąpić następujące przemiany - perlityczna,
martenzytyczna i bainityczna. O ile perlityczna jest dla nas mało ciekawa (w strukturze
ponownie pojawia się perlit), o tyle dwie pozostałe są bardzo interesujące. Wykorzystywane
są one do hartowania stali, czyli polepszania jej parametrów przez obróbkę cieplną.
Przemiana martenzytyczna Gwałtowne
ochłodzenie rozgrzanej stali (o strukturze austenitycznej) powoduje przemianę
austenitu w martenzyt, czyli roztwór węgla w żelazie alfa (inny typ sieci krystalicznej
żelaza). Jest on bardzo twardy i kruchy, osiąga twardość do 65 HRC. Im jest go
więcej, tym zahartowana stal jest twardsza. Tworzy się on w takiej ilości, na
jaką pozwala zawartość węgla w stali i sposób chłodzenia. Takiemu procesowi hartowania
poddawana jest zdecydowana większość noży dostępnych na rynku, czy to produkcyjnych,
czy to robionych ręcznie, na zamówienie. Przemiana
bainityczna W pewnych ściśle określonych warunkach z austenitu może powstać
bainit. Jest to struktura nieco łącząca cechy martenzytu i perlitu, ma trochę
mniejszą twardość niż martenzyt (o kilka HRC), za to jest znacznie bardziej ciągliwa.
Hartowanie takie polega na stopniowym ochładzaniu i wygrzewaniu stali w określonej
temperaturze. Rezultatem jest stal, w której dominującą strukturą jest bainit.
Od doboru stali i odpowiedniego przeprowadzenia obróbki cieplnej, zależy końcowa
twardość materiału. Generalizując - nóż ze stali hartowanej bainitycznie będzie
posiadać znacznie większą ciągliwość, lecz mniejszą twardość niż z takiej samej,
hartowanej na martenzyt. Proces ten jest długi i trudniejszy niż hartowanie martenzytyczne,
bardzo rzadko stosowany w nożach custom i praktycznie niespotykany w nożach produkcyjnych4.
Odpuszczanie
Ze względu na kruchość martenzytu i wewnętrzne naprężenia po hartowaniu, przedmioty
po hartowaniu muszą zostać odpuszczone. Jest to proces, w którym zahartowana stal
poddawana jest wygrzewaniu w temperaturze rzędu 200-400°C5,
a następnie powolnym studzeniu. Dzięki temu stal znacznie zyskuje na udarności
kosztem kliku stopni HRC. Większość stali ma pewną właściwą temperaturę odpuszczania,
przy której uzyskuje się dużą twardość i ciągliwość Istnieje
także specjalny rodzaj obróbki cieplnej - wymrażanie, który polega na dosłownym
wymrożeniu świeżo zahartowanej stali w temperaturach o wiele niższych niż 0°C.
W ten sposób stal zyskuje nieco na twardości. Po wymrażaniu wykonywane jest odpuszczanie.
Ziarnistość Stal,
czy to w stanie niezahartowanym, czy zahartowana na martenzyt, czy też bainit,
ma strukturę ziarnistą - składa się z połączonych ze sobą, wyraźnie rozróżnialnych
drobin. Im mniejsze są te ziarna, tym lepsze parametry mechaniczne, w szczególności
ciągliwość. Stal z huty ma już pewną wielkość ziaren, im lepszej jakości stal,
tym są one drobniejsze. Im mniejsze ziarno hartownik/kowal potrafi osiągnąć, tym
nóż jest bardziej ciągliwy może wytrzymać większe obciążenia. Dobry kowal potrafi
jeszcze znacznie poprawić strukturę stali podczas kucia i obróbki cieplnej, zły
- może całkowicie ją zniszczyć. Poza ziarnistością sa jeszcze inne parametry wpływające
znacznie na ciągliwość, ale opisywanie ich tu zajęłoby zbyt dużo miejsca.
Podsumowując:
dzięki hartowaniu stal, która jest miękka, plastyczna i dająca się w miarę łatwo
obrabiać, po obróbce cieplnej staje się twarda i wytrzymała. Parametry, jakie
można otrzymać dzięki obróbce cieplnej zależą ściśle od składu stali, jednak sam
dobór i jakość procesu obróbki cieplnej (hartowanie i odpuszczanie) ma największy
wpływ na ostateczne parametry i jakość noża. Stal
węglowa i nierdzewna Jak już wspomniałem, dobra stal powinna
być na tyle twarda, aby się wolno tępić, a jednocześnie mieć możliwie dużą udarność,
dzięki czemu nóż nie ulegnie zniszczeniu podczas pracy. Stal jest stopem żelaza
z węglem, jednak zawsze posiada w składzie pewne pierwiastki, które zmieniają
jej właściwości, zwane dodatkami stopowymi. Od składu stali - zawartości węgla
i dodatków - bardzo mocno zależą jej właściwości i parametry mechaniczne możliwe
do osiągnięcia po obróbce cieplnej (hartowanie i odpuszczanie). Istnieją stopy
żelaza, nie spełniające prostej definicji stali (zawartość węgla do 2.11% C),
których właściwości osiągane są przez dużą zawartość dodatków stopowych przy praktycznym
braku węgla, lub posiadające więcej niż 2.11% węgla, cały czas nazywane stalą
i wykorzystywane jako materiały na głownie noży6.
Podział stali: - węglowa (mała zawartość dodatków stopowych)
|
- niskowęglowa (do ok. 0.3% C) | | -
średniowęglowa (0.3% C - 0.6% C) | | - wysokoweglowa (powyżej
0.6% C) | | - (ultrawysokowęglowa (znacznie powyżej 1% C)7) |
-
stopowa (duża zawartość dodatków stopowych, przytaczanie szczegółowych granicznych
zawartości procentowych pierwiastków dla stali stopowej mija się z cele |
- niskostopowa (do 3% dodatków stopowych) | | -
średniostopowa (3-5% dodatków stopowych) | | - wysokostopowa(powyżej
5% dodatków stopowych) | | --- wysokostopowa nierdzewna
(powyżej 12% Cr) |
Stal
węglowa Stal węglowa to stal, w której praktycznie nie ma dodatków stopowych.
Popularnie nazwą "stal węglowa" określa się każdą stal, która nie jest
nierdzewna. Nie jest to ścisłe określenie - istnieje wiele rdzewiejących stali
stopowych, przyjmę jednak to uproszczenie w dalszej części tego artykułu. W czasach
historycznych wszystkie stale były węglowe, ponieważ nie było technologii pozwalającej
na panowanie nad jej składem. Jedynie zawartość węgla była mniej lub bardziej
kontrolowana, a wszelkie ewentualne dodatki wynikały ze składu rud, z których
otrzymywano ten materiał. Ilość węgla w stali jest bardzo ważna, gdyż wpływa ona
na możliwość hartowania stali i osiągane twardości po obróbce cieplnej. Zwiększanie
zawartości węgla aż do 0.6%, przekłada się bezpośrednio na zwiększanie twardości
stali podczas hartowania martenzytycznego. Dlatego też stale niskowęglowe praktycznie
nie dają się hartować. Ilości większe niż 0.6% nie zwiększają twardości martenzytu,
jednak nie znaczy to, że większa ilość węgla zawsze jest zbędna - pośrednio wpływa
on także na trzymanie ostrości8. Na marginesie
można dodać, że zwiększanie zawartości węgla zwiększa także podatność na korozję.
Polskie stale węglowe to np. N8/N8E, N9/N9E, amerykańskie - 1055, 1075,
1095, niemiecka C95 i wiele innych popularnych stali. Dodatki
stopowe9 Dwa podstawowe dodatki stopowe
obecne są w stali niemal zawsze. Są to krzem i mangan, a ich obecność jest skutkiem
procesu wytopu. Poprawiają one jej parametry mechaniczne i z tego powodu są pożądane.
Prawie zawsze stal zawiera też siarkę i fosfor, które jednak są zanieczyszczeniami,
obniżają właściwości plastyczne (ciągliwość) i powinno być ich w stalach jak najmniej10.
Azot w większości stali traktowany jest jak zanieczyszczenie, jednak w niektórych
stalach specjalnych zastępuje w stali węgiel, czego pozytywnym aspektem jest zmniejszanie
podatności na korozję. Specjalny rodzaj stali, posiadający skład umożliwiający
osiągnięcie bardzo dużej sprężystości i wytrzymałości przy średniej twardości
(np. duża zawartość krzemu i średnia węgla), nazywany jest stalą sprężynową -
sama nazwa wskazuje, jakie jest jej główne zastosowanie. Najpopularniejszym polskim
gatunkiem stali tej klasy jest 50HS, często spotykana jako materiał na głownie
współczesnych mieczy i dużych noży. Bardzo ważnymi dodatkami stopowymi
są pierwiastki tworzące z węglem węgliki, które można sobie wyobrazić jako drobne,
twarde ziarenka w jednorodnej strukturze zahartowanej stali11.
Mają one twardość większą niż martenzyt, bainit, perlit, austenit czy ferryt i
znacznie polepszają odporność na ścieranie, czyli trzymanie ostrości. Efektem
obecności węglików jest też bardziej agresywne cięcie - twarde ziarenka na ostrzu
działają jak piłka. Duże węgliki będą zmniejszać udarność stali (miejsce w którym
występują będzie najsłabsze), dlatego powinny być okrągłe, jak najmniejsze i równomiernie
rozłożone - w szczególności nie powinny być zgromadzone na granicach ziaren. Pierwiastki,
które tworzą węgliki to: chrom, molibden, wanad (bardzo twarde węgliki), wolfram
i niob (bardzo twarde i drobne węgliki). Szczególnym rodzajem stali jest
stopowa stal narzędziowa, w której dodatki stopowe, poprzez tworzenie węglików,
powodują znaczne zwiększenie odporności na ścieranie. Taka stal chętnie wykorzystywana
jest na głownie noży. Stalami narzędziowymi stopowymi są takie polskie gatunki
stali jak: NMWV, NC11LV czy amerykańskie O1, D2. Pierwiastek |
Symbol | Znaczenie | Krzem | Si
| Zwiększa sprężystość stali przy mniejszych twardościach, powoduje jednak
kruchość przy wyższych. | Mangan | Mn | Zwiększa
hartowność, wytrzymałość na rozciąganie. | Chrom | Cr
| Zwiększa wytrzymałość, hartowność oraz odporność na ścieranie
i korozję. Stale zawierające min. 13% Cr uznawane są za nierdzewne. Tworzy węgliki.
| Nikiel | Ni | Zwiększa hartowność. | Molibden | Mo
| Zwiększa wytrzymałość i zmniejsza kruchość, tworzy węgliki. | Wanad | V
| Znacznie podnosi odporność na ścieranie, dzięki tworzeniu w stali bardzo
twardych węglików. Zwiększa kruchość przy zawartości powyżej 2%. W małych ilościach
(do 0,3%) występuje w większości stali, zwiększając ciągliwość. | Wolfram |
W | Powiększa wytrzymałość i odporność na ścieranie przez tworzenie węglików.
Używany w stalach szybkotnących. | Kobalt | Co |
Zmniejsza twardość. | Niob | Ni | Zwiększa
wytrzymałość na ścieranie przez tworzenie twardych, drobnych węglików. Stosowany
w nowoczesnych stalach narzędziowych. | Azot | N |
W specjalnych stalach narzędziowych zastępuje węgiel, powodując zwiększenie twardości
zahartowanej stali (przy małej zawartości węgla). |
Tabela
1: Dodatki stosowane w stali i ich wpływ na własności w stalach stosowanych na
noże
Stal nierdzewna Dodatek chromu
może także uczynić stal nierdzewną. Istnieje kilka klas stali nierdzewnych, na
głownie noży wykorzystywana jest wyłącznie stal martenzytyczna12,
posiadająca powyżej 12% chromu (przy zawartości węgla powyżej 0.3%)13
. Jest to stosunkowo nowy wynalazek, z początku XX wieku. Początkowo stal ta nie
była najlepszym materiałem na narzędzia do cięcia, pierwsze noże z tej stali były
ochrzczone "nożami, które nie tną"14.
Nie ma się co dziwić, proste stale nierdzewne (z małą zawartością węgla - nie
mające prawie w ogóle węglików) nie tną tak agresywnie jak stale węglowe, dodatkowo
mając od nich mniejszą udarność. Dziś sytuacja się zmieniła i współczesne dobre
stale nierdzewne mogą ciąć agresywnie, dzięki dużej zawartości węgla, a przez
to - węglików. Obecnie najmodniejsze są stale z dużą zawartością bardzo twardych
węglików wanadu. Niestety, okupione jest to dalszym spadkiem udarności. Do tego,
na skutek dużej zawartości wanadu, niobu, wolframu, molibdenu i chromu, ostrzenie
stali nierdzewnych jest zauważalnie trudniejsze niż stali węglowych. Mimo tego
materiały takie były i są bardzo chętnie używane przez producentów noży składanych
- czyszczenie i konserwowanie wszystkich zakamarków folderów jest bardzo pracochłonne
w porównaniu do noży z głownią stałą. Stalami nierdzewnymi są na przykład
polskie 4H13, H18, określona amerykańską normą 440C, japońskie stale ATS-34, VG-10,
amerykańskie 154CM, S30V, austriackie N690 i N695, szwedzkie 12C27, 13C26, AEBL,
RWL-34. Powłoki Istnieje także inny sposób
na zabezpieczenie noża przed rdzewieniem - pokrycie go powłoką, która odetnie
go od korodującego środowiska. Najprostsze jest zabezpieczenie głowni jakimś rodzajem
tłuszczu - od najbardziej popularnych smarów i olejów, do wyspecjalizowanych,
np. preparatów do konserwacji broni białej i palnej. Do tego celu nadaje się praktycznie
każdy tłuszcz, który nie jełczeje. Wytwórcy noży nakładają na głownie wiele typów
powłok, od pokryć specjalnymi rodzajami farby, przez powłoki teflonowe (oba typy
powłok są miękkie i tanie), galwanizacyjne pokrywanie stali innymi metalami, chroniącymi
przed korozją (chromowanie - bardzo twarda powłoka, chroni stal odcinając ją mechanicznie
barierą od środowiska, jednak takie pokrycie powoduje powstanie ogniwa galwanicznego,
przez to w nozach z tym pokryciem należy uważać na ostrze - tu może się pojawić
ognisko korozji powodujące delaminację powłoki), po powłoki na bazie azotku tytanu
i pokrewnych materiałów (najtwardsze i najtrwalsze). Bardzo rzadko spotykane jest
oksydowanie. Należy jednak pamiętać, że żadna powłoka nie chroni samego ostrza,
a w klimatach gorących i wilgotnych nóż może tracić ostrość na skutek rdzewienia
samej krawędzi tnącej. Z drugiej jednak strony maczety, używane w takich klimatach,
wykonywane są ze stali węglowej i nie ma problemów z ich użytkowaniem. Podobnie
z nożami kuchennymi - dużo japońskich noży dla kucharzy wykonywanych jest z wysokiej
jakości stali węglowych - przy odrobinie dbałości nie niszczą się one nawet w
tak korozyjnym środowisku jak kuchnia. Zawartość węgla i innych pierwiastków
w stali ma bardzo duży wpływ na jej parametry. Stal nierdzewną
otrzymuje się przez dużą zawartość chromu. Dodatek ten ma duży wpływ na wytrzymałość,
łatwość ostrzenia i właściwości tnące noża. Nóż przed korozją można
zabezpieczyć także nakładając na niego powłokę. Węgliki w stalach
zapewniają długie i agresywne cięcie, jednak często kosztem łatwości ostrzenia
i spadku ciągliwości. Stal damasceńska
O stali damasceńskiej można napisać (kolejną) książkę. Nazwą tą określana
jest każda stal, posiadająca na powierzchni wzór. Ogólnie stal taką można podzielić
na: stal damasceńską krystaliczną (bułat) i skuwaną (dziwerowaną). Bułat jest
tą "prawdziwą" i legendarną stalą damasceńską, wytapianą dawniej w Indiach,
która poprzez Damaszek dostawała się do Europy. Ma ona bardzo dużą zawartość węgla
i otrzymaną przez specyficzny proces wytopu strukturę, dzięki której tnie ona
bardzo agresywnie, zachowując sprężystość i wytrzymałość. Struktura ta widoczna
jest po wytrawieniu na powierzchni materiału. Oryginalny proces wytopu zaginął
w pomroce dziejów, choć podejmowane są próby jego rekonstrukcji z dobrymi efektami
końcowymi. Materiał ten jest bardzo trudny w obróbce i praktycznie niespotykany
na rynku. Stal damasceńska skuwana (dziwer) jest materiałem uzyskanym przez
wielokrotne skuwanie ze sobą co najmniej dwóch różnych stali15,
często różniących się właściwościami. Jej niewątpliwą zaletą jest, otrzymany na
jej powierzchni przez trawienie, piękny wzór przeplatających się warstw materiałów
składowych. Proces wykuwania damastu skuwanego jest pracochłonny i wymaga posiadania
odpowiedniej wiedzy i umiejętności. Dzięki umiejętnemu połączeniu materiałów w
dziwerze, można uzyskać także jego bardzo dobre właściwości mechaniczne, Jednak
o ile stal taka w czasach historycznych mogła mieć przewagę nad stalą jednorodną,
to obecnie nie jest ona lepsza niż gatunki stali jakościowej dostępne bezpośrednio
z huty. Często można spotkać ten materiał wykonany głównie w celach ozdobnych,
którego właściwości użytkowe są bardzo słabe. Dobra stal damasceńska, pochodząca
od dobrego kowala, nie jest jednak gorsza użytkowo od stali jednorodnej. Materiał
ten można (bardzo rzadko) spotkać w wersji nierdzewnej, po angielsku nazywany
jest wtedy "damasteel". Współczesna stal damasceńska powstaje
przez skucie różnych gatunków stali. Ma właściwości porównywalne do stali jednorodnych,
jej główną zaletą jest piękny wzór na powierzchni. Wytworzenie jej wymaga odpowiedniej
wiedzy i nakładu pracy, co przekłada się na cenę. Jest ona rzadko spotykana w
nożach. Podsumowanie Która stal jest najlepsza?
Jaka stal jest lepsza: węglowa czy nierdzewna? To pytania, na które nie ma jasnej
odpowiedzi z wielu względów. Postaram się omówić przynajmniej kilka z nich. Zastosowanie
i oczekiwania. Czego innego oczekujemy od stali, z której zrobiona jest brzytwa,
a czego innego od materiału na duży nóż przeznaczony do rąbania. To, że brzytwa
doskonale goli nie oznacza, że nóż zrobiony z tej samej stali i zahartowany w
ten sam sposób będzie dobrze sprawdzał się podczas pracy. Gatunek stali i sposób
obróbki cieplnej powinien być odpowiednio dobrany do zastosowania, np. materiał
na noże przeznaczone do rąbania, podważania czy innej ciężkiej pracy powinien
mieć większą udarność, nawet kosztem twardości/trzymania ostrości, niż materiał
na noże myśliwskie do skórowania. Sam użytkownik ma także niebagatelne znaczenie,
ponieważ każdy będzie patrzeć na nóż przez pryzmat swoich oczekiwań. Osobiste
preferencje, takie jak łatwość ostrzenia, lub "historyczność", mogą
także być przyczyną wyboru stali węglowej zamiast stali nierdzewnej, a walory
estetyczne mogą zadecydować o zakupie noża ze stali damasceńskiej. Stal
stali nierówna. Pomimo tego, że oznaczenia mogą być te same, stal może być różnej
jakości. Pewne wady mogą powstać już w hucie, inne - podczas wykonywania noża.
Każdy gatunek stali ma określone sposoby hartowania, które pozwalają na osiągnięcie
danych parametrów. Jedną rzeczą jest dobór odpowiedniej obróbki cieplnej, inną
- jakość tej obróbki. Poprzez błędy wynikające z niewiedzy, nieuwagi czy beztroski,
nawet najlepiej wyglądający na papierze gatunek może zawieść w nożu. Kowal może
przegrzać stal podczas kucia, powodując na przykład odwęglenie, zbyt długo wygrzewać
podczas hartowania, zwiększając ziarno stali, co skutkuje dramatycznym spadkiem
udarności, nie trzymać reżimów temperaturowych, przez co nóż może nie osiągnąć
zakładanej ostrości, lub popełnić całą gamę innych błędów. Działa to też w drugą
stronę, poprzez specjalną i staranną obróbkę cieplną, noże z popularnych gatunków
stali mogą przewyższać oczekiwania i okazać się doskonałe w używaniu. Takich przykładów
jest wiele, zarówno w przypadku noży custom, jak i produkcyjnych (zdecydowanie
rzadsze przypadki)16. Nie ma jednoznacznego
kryterium, które określałoby np. trzymanie ostrości przez nóż. Ostrość noża zależy
od kąta ostrzenia i sposobu ostrzenia. Dane stale sprawdzają się lepiej w danej
geometrii ostrza. Różne materiały tępią nóż w różny sposób. W końcu - różne osoby
inaczej rozumieją pojęcie "ostry nóż". Z tych wszystkich powodów trudno
jednoznacznie powiedzieć, że jedna stal jest zdecydowanie lepsza od drugiej. Na
samym końcu i tak stoi osoba, która nóż wykonuje. Ponieważ większość użytkowników
noży nie orientuje się w niuansach materiału, a nawet wcale ich to nie interesuje,
knifemaker musi wziąć na swoje barki ciężar doboru odpowiedniego materiału, obróbki,
projektu w ten sposób, aby każdy użytkownik, podczas używania mógł stwierdzić,
że jego nóż jest dobry. W tym miejscu chciałbym serdecznie podziękować
Melonmelonowi, bez którego pomocy merytorycznej ten artykuł nie powstałby w obecnej
formie.
1 Należy
pamiętać o tym, że praktycznie wszystkie stopy metali poddawane są różnego rodzaju
obróbce cieplnej. Jednak poza stalą niewiele z nich daje się hartować.
2 Potwierdzają to, robione
przez użytkowników, pomiary twardości, których wyniki można znaleźć w Internecie.
3 Niektórzy producenci stali
na noże podają takie informacje - można je np. znaleźć w materiałach firmy Crucible.
Udarność tej samej stali o takiej samej twardości może być różna z ww. powodów
- wszystkie te dane należy traktować w sposób poglądowy i nie należy przekładać
ich bezpośrednio na udarność danej stali w nożu, który trzymamy w ręku.
4 Istnieją podejrzenia,
że stal INFI w nożach Busse, owiana legendą z powodu tajemniczego składu i obróbki
cieplnej, bardzo dużej wytrzymałości i dobrego trzymania ostrości,hartowana jest
właśnie na bainit. 5 Temperatury
odpuszczania mogą być niższe, niż 200°C (uzyskanie bardzo dużej twardości) i wyższe
niż 400°C (stal szybkotnąca). 6
Np. Hitachi H1 - 0.15% C, CPM S110V - 2.8% C i wiele innych.
7 Ang. ultrahighcarbon steel
- rzadko spotykana nazwa, podkreślająca bardzo dużą zawartość węgla w stali.
8 Tworzy on w zahartowanej
stali węgliki, odpowiedzialne za większą odporność stali na ścieranie.
9 Domieszki to zanieczyszczenia
obecne w stali jako pozostałość po procesie stalowniczym, mają zły wpływ na własności
stali - szczególnie ciągliwość; dodatki stopowe to pozostałość po procesie stalowniczym
i pierwiastki dodane specjalnie, mają na celu polepszenie własności stali (ciągliwość,
kowalność, hartowność itp.). 10
Wyjątek - stale automatowe - zawartość S ułatwia obróbkę skrawaniem
i jest ona w tym wypadku pożądana, nie zmienia to jednak jej negatywnego wpływu
na parametry mechaniczne stali. Dobre jakościowo stale narzędziowe mają wyjątkowo
małą zawartość S i P. 11 Duże
uproszczenie idealnej struktury stali na noże. 12
Jak sama nazwa wskazuje, po hartowaniu otrzymuje się w niej
martenzyt, w odróżnieniu od nierdzewnych stali ferrytycznych i austenitycznych
(zawierajacych poza chromem także duże ilości niklu i/lub manganu), których nie
można hartować ze względu na zbyt małą zawartość węgla i/lub odpowiedni dobór
dodatków stopowych. 13 Jeśli
chrom związany jest w węglikach, to nie odgrywa on roli w chronieniu stali przed
korozją. Z tego powodu gatunki stali o zawartości chromu powyżej tej granicy i
jednocześnie dużej zawartości węgla, mają za małą zawartość niezwiązanego chromu
i mogą pokrywać się, mniej lub bardziej chętnie, rdzawym nalotem.
14 http://www.estainlesssteel.com/historyofstainlesssteel.shtml
15 Można uzyskać dziwer
także przez wielokrotne skuwanie jednej stali - efekt różnych warstw uzyskuje
się np. przez odwęglenie części materiału (powierzchnia odkuwki).
16 Bob Dozier - D2, Ed
Fowler - kuta 52100, John Greco - 8670, Benchmade - 440C i tak dalej... |