Стали и сплавы

Локомотивом научно-технической революции XX века выступило производство стали - сплава железа с углеродом. Сталь оказала решающее влияние на развитие всех областей науки и техники. Не исключено, что именно производство клинкового оружия послужило в древности главным толчком развития технологий получения и обработки металлов. Эти технологии, постепенно развиваясь и совершенствуясь, вынесли приговор и своему прародителю - клинковому оружию, уступившему место более эффективным и мощным средствам ведения боевых действий. В центре внимания металловедения - науки о металлах - оказались интересы крупного промышленного производства, в то время как производство клинков осталось на обочине на долгие годы. Мастер-оружейник превратился в скромную Золушку, довольствующуюся остатками со стола научно-технического прогресса и пытающуюся в меру собственных знаний и умений адаптировать свойства сталей, предназначенных для изготовления деталей машин и механизмов, к нуждам ножевого дела. Ситуация начала меняться лишь к середине XX века, ознаменовавшегося появлением специальных «ножевых» сталей. Многолетний практический опыт ножовщиков нашел отражение в использовании огромного разнообразия марок сталей, разобраться в которых непросто даже специалисту. Попробуем внести ясность в этот вопрос, сделав краткое отступление в теорию.
Основные характеристики металлов зависят от силы сцепления составляющих их атомов. Однако знания атомной структуры недостаточно, чтобы понять свойства состоящих из них металлических тел. Все металлы имеют кристаллическое строение - в пространстве атомы металлов, расположенные в строгом порядке, образуют своеобразную решетку. Теоретическая прочность идеального «бездефектного» кристаллического железа составляет значительную величину -13000 МПа. На практике, однако, железо имеет прочность намного меньшую. Так, у наиболее чистого поликристаллического железа она составляет всего 20-30 МПа. Это происходит потому, что реальный кусок металла представляет собой не единый правильный кристалл (т.н. «монокристалл»), а конгломерат из бесчисленных крохотных кристалликов, которые металловеды называют зернами, сцепление между которыми носит почти целиком механическую природу.
Путем длительных экспериментов древние металлурги пришли к необходимости использовать не железо, а сталь - твердый раствор углерода в железе. Фосфор, бывший популярным средством упрочнения железа на ранних стадиях становления металлургии, увеличивал прочность железа всего в семь раз. Углерод же дал рост прочности более чем в сорок пять раз! Атомы углерода в таком растворе внедряются в решетку железа- растворителя, поэтому сталь еще именуют твердым раствором внедрения. Количество внедренных атомов может значительно отличаться в различных модификациях железа, что ведет к существенной разности величины растворимости углерода - от 0.02% до 2%. Это и служит предпосылкой к разнообразности свойств изделий, получаемых из разных сортов стали. Особое внимание при изготовлении клинков уделяется сталям с содержанием углерода от 0.4% до 1.2%. Для задания высокой режущей способности берут стали с содержанием углерода 0.7...1.2% и более. Если клинок работает со значительными ударными нагрузками, используют стали повышенной вязкости
(содержание углерода 0.6...0.75%). Высокая упругость, прочность и хладостойкость требуют применения сталей с содержанием углерода от 0.3% до 0.6%.
Кремний, титан и алюминий тоже способны упрочнить железо, хотя и весьма незначительно - на 60-85%. А хром, молибден, никель или ванадий - и того меньше. Но они могут интенсивно влиять на другие свойства, поэтому их широко используют для создания особых сталей. Добавление в состав стали подобных примесей с целью придания ей особых свойств получило название “легирование” и ныне очень популярно. Влияние таких элементов на свойства стали носит сложный комплексный характер.
Свойства клинков из легированных сталей будут не в последнюю очередь определяться и технологической оснащенностью производителя: термомеханическая обработка таких сталей сложна и требует весьма непростых технологий и дорогого оборудования.
Особые свойства инструментальных сталей связаны в первую очередь с их применением по основному назначению - в конструкциях, инструментах или деталях. Поэтому в производстве клинков значительная часть их потенциала используется весьма слабо или не используется вообще. Наиболее яркий пример - это быстрорежущие стали. Будучи предназначенными прежде всего для высокопроизводительной резки металла, они призваны сохранять высокую твердость (до 68-70 HRC) при высоких температурах - до 700 градусов Цельсия. Очевидно, что на охотничьих ножах эта специфическая черта материала - высокая теплостойкость, или, точнее, красностойкость, - не будет особо востребована. За основу классификации принята американская система стандартов AISI и UNS.
Обилие современных высококачественных сталей иногда просто ставит в тупик. Любой порядочный производитель предупредит клиента сразу: идеального во всех отношениях клинкового материала не существует, да и никогда не существовало. Стали и сплавы - очень широкий класс материалов, обладающих крайним разнообразием свойств и характеристик, многие из которых являются взаимоисключающими. Их выбор на клинок - нелегкий компромисс. И вправду, что предпочесть - высокую износостойкость РК или легкость заточки клинка, отличную ударную вязкость лезвия или удобство аккуратной резки? Обилие марок, разнообразие способов их термообработки, задание определенных прочностных, режущих, антикоррозионных, хладостойких и прочих свойств служит материалом многих и многих объемных трудов.
Человеку, приобретающему или заказывающему изделие, следует иметь в виду, что, помимо марки стали и способа ее изготовления, большое значение для его будущих свойств имеет целый спектр характеристик. Это массогабаритные и геометрические параметры и, главное, правильная термомеханическая обработка клинка - фактор, который выявляется только в ходе его эксплуатации и оказывает решающее воздействие на функциональность. Поправить неверно выбранное сечение или снять лишний материал с клинка можно самому или с помощью точильщика, но если производитель начудил с термообработкой, то проще и дешевле купить другой клинок, чем возиться с лезвием, моментально сминающимся при контакте с маслом или крошащимся при изготовлении деревянной зубочистки. Причем стоит иметь в виду, что хороший мастер или солидный производитель может из «немодной» стали изготовить клинок, превосходящий по свойствам халтуру, сделанную из редких и дорогих марок.