Сталь, используемая для изготовления ножей.

Сталь, используемая для изготовления ножей.: "Сталь, используемая для изготовления ножей.

Одна из самых древнейших культурно исторических эпох - каменный век канул в лету. В то время практически все оружие и орудия труда изготавливались из камня, в том числе и ножи.
В наше время, для изготовления ножей используют стали с различной технологией обработки, помимо сталей используют и другие соединения — сплавы, такие как: сплав титана, кобальтовый сплав, углеволокно, стеклотекстолит, пластик, стекло, керамические материалы и др. Практически 99 % всех ножей исполнены из того или иного металлического сплава.

В связи с этим, в этой статье мы поговорим в основном о стали используемой для изготовления ножей.
Не открою тайны, сказав, что сталь - это сплав железа с углеродом. Остальные компоненты - примеси, что добавляются в сплав, предназначены для улучшения его свойств и/или корректировать их в ту или иную сторону.
Химики и металлурги всего мира работают над тем, чтобы, добиться качества сплавов ещё лучше и благодаря этому появляются новые, сложные рецептуры и технологии.

Борьба ведется за прочность, твёрдость, износостойкость, жаростойкость и другие физические свойства.
Попробуем разобрать основные характеристики и свойства более подробно.

Твёрдость - это способность сопротивления материала, проникновению в него других, более твердых тел и в то же время, свойство более твёрдого тела проникать в другие материалы. То есть, способность выдерживать такие нагрузки, как деформация и изменение формы.
Это величина нагрузки необходимая, для начала разрушения минерала. Твердость различается на: относительную и абсолютную.
Относительная — это твердость одного минерала относительно другого. Является важнейшим диагностическим свойством.
Абсолютная, она же инструментальная - изучается следствием вдавливания.
Твёрдость зависит от: межатомных расстояний, координационного числа - чем выше число, тем выше твёрдость. Так же, валентности, природы химической связи, от направления, хрупкости и ковкости. Гибкости - минерал легко гнётся, изгиб не выпрямляется. Упругости - минерал сгибается, но выпрямляется. Вязкости - минерал трудно сломать, спаянности. Для ножей более актуален метод определения твердости материала по формуле Роквелла.
Прочность — это, способность материала сопротивляться разрушению (с необратимой деформацией материала). Особо интересных цифр и букв на тему прочности нет. Производители ножей конкретными цифрами не обладают, только утверждают 'Наш нож самый прочный'.

Износостойкость — способность материала оказывать сопротивление изнашиванию (потеря веса и формы) в условиях трения. Износостойкость зависит от твёрдости стали (чем выше твёрдость, тем более высокая износостойкость) и от количества и типа карбидов в стали. Карбиды это соединение железа с другими металлами и углеродом. Самый твёрдый карбид, это карбид ванадия, затем идут карбид молибдена и вольфрама. Именно высоким содержанием ванадия объясняется чрезвычайная износостойкость сталей CPM S90V, CPM 10V и им подобных. Износостойкость стали практически напрямую влияет на способность ножа удерживать заточку, не тупиться.
К сожалению, в природе нет такого материала, который бы, отвечал всем требованиям сразу. Так же как в законе сохранения тел, улучшение какого ни будь одного свойства стали, как правило, приводит к тому, что страдает другое. Твёрдость и прочность понятия практически не совместимые. Прочность и износостойкость тому не исключение.

Далее постараемся разобраться, как же влияют химические элементы, входящие в состав стали ножа на ее свойства:
Углерод (С) — один из самых основных элементов, предопределяющий свойства стали. Именно за счет углерода сталь способна принимать закалку. От процентного соотношения углерода зависит твёрдость, а так же прочность стали, хотя, из- за углерода возрастает подверженность к коррозии металла.
Для изготовления ножей, используют стали с процентным соотношением углерода не менее 0.6 %. Именно с этой отметки сталь может принимать закалку на нормальную твёрдость. Но стоит заметить, что производители зачастую не пренебрегают сталями и с меньшим количеством углерода от 0.4 % - 0.6 %. Как правило, это не дорогие ножи, в основном бытовые ножи.

Хром (Cr) — это следующий, распространенный элемент, используемый в сплавах стали. Хром способствует, сплаву сопротивляться коррозии, что придает ей свойства нержавеющей стали.
По стандарту, сталь считается нержавеющей, если количество хрома в ней не менее 14%. Но вопреки своего главного свойства хром, негативно влияет на прочность стали.

Молибден (Mo) — применяется как легирующая добавка. За счет молибдена, повышается жаропрочность, и стойкость к коррозии стали. Молибден усиливает влияние хрома в сплаве. Улучшает прокаливаемость и делает состав более равномерным. По сути, улучшает почти все свойства стали. Молибден обязательный элемент в быстрорежущих сталях. Сталь с добавкой молибдена используются для изготовления деталей работающих в агрессивных средах и при высокой температуре. Широко используется в таких отраслях, как химическая промышленность, в деталях реактивных двигателей.

Ванадий (V) — особенный элемент, он способен обогатить свойства многих сплавов. Ванадий повышает прочность и значительно увеличивает износостойкость сплавов. Ванадий добавляют в быстрорежущие и инструментальные стали. Для обывателя, это означает, что нож будет дольше сохранять свои режущие качества. Но стоит заметить, что заточка такого ножа гораздо тяжелее.

Вольфрам (W) — самый тугоплавкий из всех металлов. Температура плавления более 3400 градусов С. Используется во множестве всевозможных приборов и отраслей, от сварочных работ до атомных реакторов. Вольфрам, неотъемлемый элемент в составе быстрорежущих сталей. Помимо устойчивости к температурам для ножа он полезен тем, что положительно влияет на твёрдость и износостойкость стали.

Кобальт (Co) — твердый металл. Температура плавления 1494°C. Кобальт получают в основном из никелевых руд, обрабатывая их растворами серной кислоты или аммиака. Металл с широкой сферой применения, от корма для рогатого скота до космических спутников. В небольшом количестве, кобальт добавляется в быстрорежущие стали и твёрдые сплавы. Из сталей, применяемых в ножах кобальт содержат стали VG-10 и N690 с содержанием кобальта 1.5 %.

Азот (N) — при нормальных условиях азот это бесцветный газ, не имеет запаха, мало растворим в воде, применяют в сталях как заменитель углерода и никеля. Азот повышает стойкость к коррозии и износостойкость стали. Азот способствует стали с очень низким содержанием углерода принимать закалку.

Никель (Ni) — металлический никель имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком, очень тверд, вязкий и ковкий, хорошо полируется, притягивается магнитом, проявляя магнитные свойства при температурах ниже 340° C. Основные свойства: повышает коррозионную стойкость стали и способен повысить прочность. Большое содержание никеля присутствует в стали Н1.

Кремний (Si) — применяется в металлургии при выплавке чугуна, сталей, бронз, силумина и др. (как раскислитель и модификатор, а также как легирующий компонент). В настоящее время, основной материал для электроники и солнечной энергетики. Кремний, неотъемлемый элемент при производстве стали. Кремний устраняет кислород из металла. Так же, повышает прочность и коррозионную стойкость.

Сера (S) — большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует в некоторых рудах. Руда самородной серы — это порода с вкраплениями чистой серы. Сера не самый нужный в сплаве элемент, она снижает механические свойства стали и уменьшает стойкость стали к коррозии. Поэтому серы в сталях обычно очень мало. Только то, что не удалось удалить из стали в процессе её выплавки. Однако сера может быть добавлена, для того, чтобы повысить обрабатываемость каких-нибудь сверх износостойких сталей.

Фосфор (P) — по сути, вредная примесь и в стали ему не место. Так как, он повышает хрупкость, снижает механические свойства стали. Фосфор стараются удалить из стали. Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота. Химические свойства фосфора во многом определяются его аллотропной модификацией. Белый фосфор очень активен, в процессе перехода к красному и чёрному фосфору химическая активность резко снижается. Белый фосфор на воздухе светится в темноте, свечение обусловлено окислением паров фосфора до низших оксидов.

Марганец (Mn) — как полезный и нужный элемент применяется на стадии выплавки стали. Способен повышать твёрдость стали. Из сталей со значительным содержанием марганца делают всякие брутальные и монструозные вещи - рельсы, танки, сейфы. Марганец в виде ферромарганца применяется для «раскисления» стали при её плавке, то есть для удаления из неё кислорода. Кроме того, он связывает серу, что также улучшает свойства сталей. Введение до 12-13 % Mn в сталь (так называемая Сталь Гадфильда), иногда в сочетании с другими легирующими металлами, сильно упрочняет сталь, делает её твердой и сопротивляющейся износу и ударам(эта сталь резко упрочняется и становится тверже при ударах). Такая сталь используется для изготовления шаровых мельниц, землеройных и камнедробильных машин, броневых элементов и т. д. В «зеркальный чугун» вводится до 20 % Mn.

Титан (Ti) — может добавляться в сплавы для повышения прочности, стойкости к коррозии и температурам. В ножевых сталях как добавка в принципе не актуален. Так как количества его там ничтожные. Титан — легкий серебристо-белый металл. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок. При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Ниобий (Nb) — повышает коррозионную стойкость и износостойкость стали. Ниобий в сталях (или стали с ниобием) жуткая экзотика, но его можно найти в сплаве CPM S110V. Ниобий — блестящий серебристо-серый металл с кубической объемно центрированной кристаллической решеткой типа α-Fe, а = 0,3294 нм. Химически ниобий довольно устойчив. При прокаливании на воздухе окисляется до Nb2О5. Для этого оксида описано около 10 кристаллических модификаций. При обычном давлении стабильна β-форма Nb2О5.
При сплавлении Nb2О5 с различными оксидами получают ниобаты: Ti2Nb10О29, FeNb49О124. Ниобаты могут рассматриваться как соли гипотетических ниобиевых кислот. Они делятся на метаниобаты MNbO3, ортониобаты M3NbO4, пирониобаты M4Nb2O7 или полиниобаты M2O•nNb2O5 (M — однозарядный катион, n = 2-12). Известны ниобаты двух- и трехзарядных катионов. Из чистого ниобия или его сплавов изготовляют детали летательных аппаратов; оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих элементов; контейнеры и трубы; для жидких металлов; детали электрических конденсаторов; «горячую» арматуру электронных (для радарных установок) и мощных генераторных ламп."