چاقوها: تکامل فولاد
چاقو یکی از قدیمی ترین ابزار بشر است. اگر عصر حجر و برنز را کنار بگذاریم، در ساده ترین حالت، چاقو یک قطعه آهنی تیز شده (فولاد) با دسته ای است که در دست گرفتن راحت است.
قسمت اصلی چاقو که هدف کاربردی آن را تعیین می کند، تیغه ای با لبه برش است. قابلیت های آن تا حد زیادی توسط مواد ساختاری - فولاد و عملیات حرارتی آن تعیین می شود.
ترکیب و ساختار
خواص فولاد با ترکیب و ساختار آن تعیین می شود. وجود برخی ناخالصی ها (عناصر آلیاژی) می تواند سختی یا مقاومت در برابر خوردگی تیغه را افزایش دهد. مشکل اغلب در این واقعیت نهفته است که با افزایش سختی، می توانیم به طور همزمان شکنندگی فولاد را افزایش دهیم و مقاومت به خوردگی آن را کاهش دهیم. از طرفی با افزایش مقاومت در برابر خوردگی، سایر پارامترها را بدتر می کنیم.
به عنوان مثال، کربن سختی فولاد را افزایش می دهد، اما چقرمگی و شکل پذیری آن را کاهش می دهد. سایر عناصر آلیاژی نیز خواص مثبت و منفی را به فولاد اضافه می کنند. کروم مقاومت در برابر سایش و خوردگی را بهبود می بخشد، اما شکنندگی را افزایش می دهد. وانادیم و مولیبدن باعث افزایش چقرمگی و استحکام، افزایش مقاومت در برابر اثرات حرارتی، نیکل - افزایش مقاومت در برابر خوردگی، سختی و چقرمگی فولاد، وانادیم استحکام و مقاومت در برابر سایش فولاد را بهبود می بخشد. منگنز و سیلیکون باعث افزایش شکل پذیری فولاد می شوند. تمام این عناصر فقط در مقادیر کاملاً مشخص دارای ویژگی های مثبت خود هستند، در نتیجه متالورژها باید در انتخاب ترکیب فولاد بسیار مراقب و متعادل باشند.
علاوه بر این، عناصر آلیاژی اغلب تمایل دارند در نقاط خاصی متمرکز شوند، که در آن یک مرکز تنش ممکن است رخ دهد، در نتیجه، هنگام بارگذاری، تیغه در این مکان خاص شکسته می شود.
توزیع کاربیدها در فولادها
به همین دلیل فولادهای دمشق و دمشقی در قدیم به وجود آمدند که در آن با اعمال مکرر چند نوع فولاد و آهنگری آنها، یکنواخت ترین توزیع عناصر آلیاژی حاصل می شد.
الگوی فولاد دمشق به دلیل آهنگری مکرر لایه های تشکیل دهنده آن است.
به گفته نویسنده در جدیدترین چاقو داستان سه دوره قابل تشخیص است.
دوره اول استفاده از فولادهای کربنی و فولادهای زنگ نزن با سختی کم و ویژگی های حفظ لبه برش (نیمه اول قرن بیستم) است.
دوره دوم ظهور فولادهای ضد زنگ با سختی بالا و ویژگی های حفظ لبه برش (نیمه دوم قرن بیستم) است.
دوره سوم ظهور فولادهای ضد زنگ پودری (آغاز قرن بیست و یکم) است.
این دوره ها را می توان نسبتاً خودسرانه در نظر گرفت، زیرا حتی در حال حاضر برخی از شرکت ها چاقوهای ساخته شده از فولاد کربن را تولید می کنند. با این وجود، در آغاز قرن بیستم بود که اولین فولادهای ضد زنگ از جمله فولاد معروف 420 ظاهر شد که هنوز تعداد زیادی چاقو در سراسر جهان از آن تولید می شود. به عنوان مثال، اگر یک چاقوی ارزان قیمت چینی با قیمت چند صد روبل خریداری شود، تیغه آن به احتمال زیاد دارای فولاد درجه 420 خواهد بود.
شرکت فرانسوی OPINEL چاقوهای تاشو کلاسیک، از جمله آنهایی که تیغه های فولاد کربنی دارند، تولید می کند.
ظهور در نیمه دوم قرن بیستم فولاد نمرات 440A، 440B، 440C (آنالوگ های روسی نزدیک 65x13، 95x18، 110x18)، که با محتوای کربن بالا مشخص می شود، امکان تولید چاقوهای ضد زنگ مشروط با سختی و خواص برش قابل مقایسه را فراهم کرد. به چاقوها و تیغه های فولاد کربنی.
چرا "مشروط ضد زنگ"؟
از آنجایی که تقریباً هر فولادی می تواند زنگ بزند، تنها سوال محیط زیست و میزان قرار گرفتن در معرض آن است. به عنوان مثال، بیشتر فولادهای ضد زنگ در دریا از آب نمک به خوبی خورده می شوند. به هر حال، فولاد باستانی 420 یکی از ضد زنگ ترین است.
با این وجود، استفاده از چاقوهای فولادی ضد زنگ در زندگی روزمره بسیار راحت تر است - در مدت مشابه، در حالی که فولاد ضد زنگ فقط با لکه های زنگ زده پوشیده شده است، فولاد کربنی به سوراخ ها زنگ می زند. علاوه بر این، فولادهای کربنی اغلب در هنگام برش طعم بدی به محصولات می دهند.
ظاهر فولادهای پودری به حل مشکل توزیع یکنواخت عناصر آلیاژی کمک کرد. یکی از راه های بدست آوردن فولاد پودری، پاشش فلز مذاب در یک محیط گاز بی اثر است که پس از آن پودر ریز با عناصر آلیاژی پراکنده یکنواخت تشکیل می شود. پس از آن، پودر با پرس ایزواستاتیک به یک نوار یکپارچه متخلخل می شود.
فولاد پودری
ساختار فولاد معمولی و پودری
یکی از اولین و رایج ترین فولادهای پودری مورد استفاده برای ساخت چاقوها، فولاد CPM S30V بود که در سال 2001 توسط دیک باربر از شرکت سوئدی Crucible Materials Corporation و چاقوساز معروف کریس ریو توسعه یافت.
علاوه بر فرآیند معمول تولید تیغه ها از نوارها و میله ها، فولاد پودری امکان راه حل های تکنولوژیکی بسیار جالب را فراهم می کند.
شرکت آمریکایی Kershaw چاقوی تاشو افست 1597 را با تیغه ای ساخته شده با استفاده از فناوری MIM (Metal Injection Molding) عرضه کرد، فناوری برای ریخته گری پودر فلزات و آلیاژها تحت فشار که MITE نیز نامیده می شود (Metal Injection Molding with an Edge). با توجه به فناوری MIM/MITE، پودر فلز با یک چسب مخلوط می شود، در حالی که اندازه قالب 20٪ بزرگتر از اندازه نهایی تیغه است. سپس با کمک تف جوشی تحت فشار، چگالی محصول نهایی تا 99,7 درصد چگالی فلز اصلی افزایش می یابد (بایندر در حین تف جوشی می سوزد). نتیجه محصولی با شکل سه بعدی پیچیده است که به هیچ وجه نمی توان آن را به دست آورد.
کرشاو افست 1597
امکان توزیع یکنواخت عناصر آلیاژی در فولادهای پودری منجر به افزایش درصد آنها شد که منجر به ظهور به اصطلاح سوپرفولادهایی مانند ZDP 189 یا Cowry-X شد، اما پیچیدگی تیز کردن آنها. و هزینه بالا توزیع آنها را محدود می کند.
فولادهای متعادل تر مانند M390/M398، CPM-20CV، Elmax و سایر فولادهای ساده تر برای ساخت و نگهداری - CPM S30V/CPM S35V، CTS-XHP و غیره محبوبیت زیادی به دست آورده اند.
مشخصات نسبی انواع فولادهای چاقوی مدرن
در نهایت، همه چیز به هزینه تیغه بستگی دارد - نه فولادهای فوق العاده و نه حتی فقط فولادهای پودری با کیفیت بالا، فولادهای غیر پودری ارزان‌تر را مجبور به خروج از بازار نکرده‌اند. بازار فولاد چاقو را می توان به عنوان یک هرم در نظر گرفت، با فولاد شایسته 420 در پایین و جدیدترین فولادهای فوق العاده در بالا، که با ظهور فولادهای "فوق العاده" بیشتر، نزول می کند.
علاوه بر این، نکته در اینجا فقط هزینه مواد منبع نیست - مهمترین فرآیند تکنولوژیکی، "نشان دادن" ویژگی های فولاد، عملیات حرارتی است. هر فولادی به عملیات حرارتی خاص خود نیاز دارد و هنگامی که یک فولاد فوق العاده جدید ظاهر می شود، تولیدکنندگان برای تسلط بر آن به زمان نیاز دارند.
عملیات حرارتی
عملیات حرارتی - سخت شدن، تلطیف، نرمال سازی، بازپخت و پردازش فلز برودتی، به شما امکان می دهد تیغه را به ویژگی هایی که درجه فولاد مورد استفاده نشان می دهد، برسانید. عملیات حرارتی صحیح با کیفیت بالا به شما امکان می دهد تا حداکثر ممکن را از فولاد "فشرده" کنید، در حالی که یک نادرست می تواند محصول نهایی را کاملاً خراب کند، مهم نیست که چقدر مواد گران قیمت در آن استفاده شده است. به جرات می توان گفت که بهتر است تیغه ای را از فولاد ساده تر اما با عملیات حرارتی خوب انتخاب کنید تا تیغه فولادی فوق العاده ساخته شده توسط متخصصی که نحوه عملیات حرارتی آن را نمی داند.
چاقوی تاشو کلاسیک Buck Folding Hunter مدت‌هاست که از فولاد "ساده" 420HC ساخته شده است، اما مهارت‌های ترمیست‌های باک این امکان را فراهم می‌آورد که بیشترین بهره را از آن ببرید.
یک شرکت چاقوسازی خاص اغلب به دلیل توانایی خود در کار با یک فولاد خاص مشهور است و محصولات فولادی مدرن تر آن ممکن است به دلیل تنظیم ضعیف فرآیندهای عملیات حرارتی عملکرد ضعیف تری داشته باشند.
نقش مهمی توسط تجهیزات برای عملیات حرارتی ایفا می شود. کوره های سخت کننده مدرن امکان عملیات حرارتی در خلاء و در رسانه های مختلف - آرگون، نیتروژن، هلیوم، هیدروژن را می دهند. تجهیزات برای پردازش انجماد در دمای 196- درجه امکان افزایش مقاومت در برابر سایش، استحکام چرخه ای، مقاومت در برابر خوردگی و فرسایش را فراهم می کند. به عنوان مثال، منبع محصولات با پردازش سرمایی را می توان تا 300٪ افزایش داد.
نیاز به استفاده از تجهیزات پیچیده و گران قیمت به کارگاه های صنایع دستی اجازه نمی دهد تا تمام عملیات فنی لازم را انجام دهند، بنابراین این ادعا که "عموی ما کولیا بهترین چاقوهای جهان را در گاراژ می سازد" به سختی قابل اثبات است.
تیغه های کامپوزیت
راه دیگر برای بدست آوردن تیغه های چاقو، ایجاد تیغه های کامپوزیت است.
در اصل، تیغه های فولاد دمشق و دمشق که در بالا ذکر شد نیز کامپوزیت هستند - در آنها، مواد با محتوای کربن کمتر با مواد با محتوای کربن بالاتر ترکیب می شوند. با این حال، در تیغه های کامپوزیت مدرن، این فرآیند تا حدودی متفاوت اجرا می شود.
معمولاً قسمت غالب تیغه از ماده ای با خاصیت ارتجاعی بیشتر، اما سختی و شکنندگی کمتر ساخته می شود، در حالی که لبه برش از ماده سخت تری ساخته شده است. چنین تیغه ای ترکیبی از خواص مکانیکی خوب و لبه برش با کیفیت بالا است. با این حال، در مدل های گران قیمت چاقو، آنها همچنان ترجیح می دهند از سوپراستیل استفاده کنند.
گزینه دیگر استفاده از فولاد ارزان تر به عنوان پایه و از فولاد گران تر اما با کیفیت در لبه برش است. به عنوان مثال، در یک چاقوی Kershaw JYD II، پایه لبه برش از فولاد ارزان قیمت چینی 14C28N و لبه برش از D2 آمریکایی با دوام تر ساخته شده است.
چاقو Kershaw JYD II
با این حال، همانطور که در مورد چاقوهای گران تر، کاهش هزینه مواد اولیه با پیچیدگی ساخت تیغه کامپوزیت جبران می شود و بنابراین چنین مدل هایی به جای قاعده استثنا هستند.
بیشترین تقاضا برای استفاده از تیغه های کامپوزیت، چاقوهای طراحی شده است که در مقادیر محدود تولید می شوند. در آنها، مواد برای به دست آوردن ظاهری دیدنی از تیغه ترکیب می شوند.
تیغه کامپوزیت Zero Tolerance 0777 با لبه برش Vanax 35 و لبه لبه فولادی دمشق
گذشته در مقابل آینده
در نت اغلب می توانید مطالبی را مشاهده کنید که می گویند راز فولاد داماس واقعی و دمشق مدت هاست گم شده است و اکنون ظاهرهای رقت انگیز آن در حال تولید است. اگر این راز فاش شود، تیغه های ساخته شده از فولاد دمشق "واقعی" یا دمشق 100 امتیاز بالاتر از فولادهای مدرن دارند.
در واقع، این بسیار بعید است. پیشرفت فناوری، تجهیزات و علم مواد اکنون در بالاترین سطح قرار دارد و برای استادان گذشته دست نیافتنی است. بله، صنعتگران خوب می‌توانستند محصولاتی از فولاد دمشق و دمشق با ویژگی‌های جلوتر از زمان خود تولید کنند، اما اکنون احتمالاً محصولات آنها نسبت به همتایان مدرن خود که از سوپراستیل ساخته می‌شوند، پایین‌تر هستند.
با این حال ، از لحظه ای که فولادهای ضد زنگ مدرن خط 440 و آنالوگ های آنها ظاهر شدند ، نیازی جهانی به بهبود فولادهای چاقو وجود ندارد - تقریباً همه چاقوهای خوش ساخت با عملیات حرارتی صحیح با کارهای روزمره مقابله می کنند.
ظاهر سوپراستیل ها بر روی چاقوها بیشتر ادای احترام به بازار و تمایل کاربران است که بسیاری از آنها طرفداران و کلکسیونرهای چاقو هستند و می خواهند چیز جدیدی و "باحال تر" به دست آورند. و هیچ ایرادی در آن وجود ندارد، زیرا نه تنها فولادها، بلکه طراحی چاقوها نیز در حال بهبود هستند. بسیاری از چاقوهای مدرن را می توان با اطمینان به اشیاء هنری نسبت داد، که ارزش هنری آنها کمتر از بوم های هنرمندان برجسته نیست و ارزش آن تنها با گذشت زمان افزایش می یابد.
در مقاله بعدی در مورد راه حل های طراحی مورد استفاده در چاقوهای مدرن صحبت خواهیم کرد.
اطلاعات