MATERIÁL NA ČEPELE
Nejpoužívanější materiály pro výrobu nožů – čepelí.
(renomovaných výrobců nožů i soukromých nožířů)
420 Stainless Steel
Ocel 420 je základní nerezová ocel s menším obsahem uhlíku a s 0,4-0,5% Carbonu, 12-14% Chrome a tvrdostí cca 54 HRC (Rockwell). Tato ocel je extrémně odolné proti reznutí a to i ve slané vodě.
440A Stainless Steel
Ocel 440 je velmi kvalitní nerezová ocel dělená dále do tříd A-B-C, přičemž 'C' je nejlepší. Obsahy prvků: 0,6-1,2% Carbonu, 16-18% Chrome, 0,75% Molybdenum, 1% Manganese a Silicon. Tvrdost dosahuje cca 58 HRC (Rockwell) Tato ocel se používá i pro ložiska.
Čepel: 420HC
Ocel 420HC – je varianta s vyšším obsahem uhlíku jako ocel 420J2 (AISI420). Je to spojnice mezi 440C a (blíž!) ocelí 1050C. Tvrdost oceli se pohybuje okolo 58 HRC při kalení do oleje a žíhání na 150°C. I když je obsah primárních karbidů dost nízký je stabilita ostří dobrá. Odolnost proti opotřebení je malá. Korozní odolnost při osobních zkušenostech nebyly tak excelentní jako u oceli 420J2. Celkově lze zhodnotit ocel 420HC jako středně uhlíkovou martenzitickou ocel s korozní odolností jako Sandvik (12C27), ale s nižší tvrdostí a odolností proti opotřebení než 12C27M. Výhodou je snadné broušení a relativně dobrá stabilita ostří, která je dána podílem karbidů ve struktuře oceli.
Ocel N 690
- je nerezová ocel, která je ekvivalentní oceli 440C. Je to vlastně obchodní název pro 440C, které se mnohdy říká v německé verzi Austrian cobalt steell a je velmi rozšířena při výrobě nožů v Jižní Africe. Obsahuje 1,5% kobaltu navíc. Je vyráběna firmou Bohler Uddenholm (Německo). Drží ostří ba je excelentní v odolnosti proti korozi. Oba fakty a performance ( nožířské testy) jsou identické s 440C. Ocel má dobrou pružnost a tvrdost 58 až 59 HRC. Tato kobaltová nerezová ocel má excelentní řezné a brusné vlastnosti. Používá ji firma Benchmade a Extrema ratio.
Ocel AUS 8
- je martenzitická nerez ocel, která se nachází lehce pod klasickou ocelí 440C a má uhlík-chromový poměr 0,57/13 % v austenitu, který vzniká při teplotě 1100°C. Její tvrdost je při kalení do oleje a následném žíhání na 150°C na úrovni 62 až 63HRC. Praktické zkušenosti s aplikací lze najít u takových firem jako Spyderco, Cold Steel, CRKT i nožírů jednotlivců – A. G. Russell. Jedná se o nože Deerhunter (Russell), Kalypso Jr. (Spyderco), velký a malý Voyager (Cold Steel) a již vzpomínaná M16 (CRKT), u kterých byla hodnocena odolnost proti korozi a životnost v porovnání s ocelemi VG-10 a D2. U nožů Deerhunter (srovnatelné vlastnosti) a nižší řezací schopnosti než ocel D2, VG-10 a CPM-10V u zkoušek Calypso Jr. při řezání lan, dřeva a vrstveného materiálu. Voyagery z oceli AUS8-A od fy Cold Steel, jak střední v porovnání s čepelí z oceli U2, tak hlavně velký Voyager u řezacích zkoušek, prokázaly velmi dobré výsledky (s velkým Voyagerem fy Cold Steel vyhrála několik předváděcích zkoušek na výstavách nožů!). Finálně lze ocel AUS8-A zařadit přímo mezi oceli 12C27 a 13C26, resp. 8C13CrMoV a to hlavně s ohledem na slitinový poměr uhlík/chróm a austenitizační teplotu 1100°C. Tvrdost a korozivzdornost je ale mírně zlepší. Obsah karbidů je v strukturním objemu vyšší a to má za následek jejich mikrovylamování při řezném procesu. To se projevuje poklesem ve stabilitě ostří. Odolnost proti opotřebení je u čepele z AUS8-A je dobrá. Ocel je hodnocena jen jako řezný nástroj, což není vždy to jediné využití. Stačí změnit dosahovanou tvrdost oceli (místo 63 HRC jen 60 HRC a pohled na využití oceli je hned trochu jiný (fy Benchmade).
Ocel 440C - vzduchem kalitelná nerezová ocel s vysokým obsahem uhlíku, která se kryje s ocelí 12C27. Má austenitický poměr uhlíku a chrómu 0,56/13,5 % při teplotě 1100ºC. Z tohoto důvodu je i korozní odolnost a tvrdost na stejné úrovni jako 12C27. S ohledem na vyšší podíl nerozpuštěných karbidů má vyšší odolnost proti opotřebení, ale nižší stabilitu ostří jako 12C27. Udržuje si vysokou ostrost v tlakovém řezu. Odborník Verhoven ji zmiňuje v knize o ocelích pro výrobce nožů. Fy Buck uvedené informace potvrzuje u svých nožů v rámci Carta testu (někdy s mírným otupením!). Ocel 440C je schopna dosáhnout po tepelném zpracování nejvyšší pevnost, tvrdost a odolnost proti opotřebení ze všech slitinových nerezových ocelí!!! V literatuře je prezentován případ ukrojení palcového konopného lana 3000x bez ostření. To však bylo dosaženo při tzv. dendritickém vytvrzování zpracovávané oceli. Vysoký obsah karbidů v oceli následně razantně snižuje její houževnatost! (Zvýšení křehkosti!). Proto je vhodnější jemnější disperze karbidů při klasickém kalení. Souhrnně lze označit ocel 440C jako další vylepšení oceli 440B – větší tvrdost a podíl karbidů, které zajiš�ují vyšší abrazivzdornost, ale i jejich možné mikroskopické vylamování (hlavně při sekání dřeva) a tím sníženou trvanlivost fasety ostří. Tato ocel může být považována jako vylepšená 12C27 (až na stabilitu ostří). Jinak se vlastnostmi blíží až k oceli 154CM. Vytvrzováním lze výrazně zvednout její řezací schopnosti na úkor zkřehnutí, jako důsledek přítomnosti nerozpuštěných karbidů ve struktuře slitiny.
Ocel 154CM – je modifikovaná 440C (ubráno 3% chrómu, přidáno 3,25% Mo). Austenitizační poměr je zde 0,58/10,6/3,4 v rámci obsahu uhlík/chóm/molybden. Po kalení do oleje a následném zmražení a žíhání je dosažena tvrdost 62 až 63 HRC. Austenitizační teplota (1100ºC) nemá doložený vliv na hodnotu obsahu a velikosti karbidů ve slitině (i když jistě má!). Molybden vytváří tvrdší karbidy než chróm, zvyšuje odolnost proti pittingovému poškození a umožňuje sekundární vytvrzování. Nižší obsah chrómu zjemňuje karbidy v porovnání s 440C. 154CM může být žíhána na nižší a vyšší teplotu dle materiálových údajů v Crucible's data sheet. Vyšší žíhací teploty jsou vhodné pro vysokou abrazivzdornost a tvrdost a nižší pro korozní odolnost. Ocel ATS 34 je co do chemického složení téměř identická ocel (fy Hitachi) jako 154CM. Využívá ji mnoho nožířů i významných nožířských firem jako jednu z nejlepších nerezových slitinových ocelí ve světovém měřítku. Závěrem lze konstatovat, že ocel 154CM i její „příbuzná“ ATS 34 jsou označovány obecně jako pokračování vzrůstajícího trendu materiálových vlastností zjištěných u oceli 440C. Významná je vysoká odolnost proti opotřebení a nízká stabilita fasety ostří, kteréžto vlastnosti jsou dány velkým podílem karbidů (primární karbidy) s velikostí až 25 mm. Je to jedna z nejkřehčích nerezových ocelí a je vhodná pro menší čepele a agresivní hluboké plátkové řezání.
Ocel D2 – je zápustková ocel pro kování za studena s vyšším obsahem přísad než A2. Zvláště obsah chrómu a uhlíku jsou obsahově vysoké, což umožňuje vznik velkých karbidů chrómu. Austenitizační teplota D2 (1010ºC) je o něco vyšší než u A2 a je opět dosahována postupně; jako u A2. Ocel má s ohledem na velikost karbidů vysokou odolnost proti opotřebení, ale s tím klesá obrobitelnost a „brousitelnost“. Korozní odolnost je s ohledem na obsah chrómu vyšší než u nástrojových ocelí (A2), ale nemá korozní odolnost martenzitických nerezových ocelí vzhledem k tomu, že většina chrómu je obsažena právě v karbidech, s ohledem na vysoký obsah uhlíku dostupného pro vazební reakce a nízkou austenitizační teplotu. Karbidy jsou hrubé a mohou dosahovat až 50 µm na délku, i když zrnitost dle ASTM je hodnocena č. 7,5. D2 je obecně používána v průmyslu na razidla, zápustky a různé typy nožů. Je nutné, aby zbytkový austenit po kalení na pokojovou teplotu byl redukovaný podchlazením, tzv. „zmražením“.To poskytuje širokou oblast pro proces žíhání oceli po kalení a pro konečný obsah martenzitu a tím následně tvrdosti (300ºC - max. 64 HRC!). Při teplotě popouštění až 510ºC vzroste na přijatelnou mez houževnatost a tvrdost klesá na 58 až 60 HRC. Vysoká teplota žíhání transformuje zbytkový austenit na martenzit při opětném ochlazení na pokojovou teplotu. Obsah austenitu je nezávislý na precipitaci karbidů během žíhání, jenž zvyšují hodnotu MS. Obecně se může použít násobného žíhání k postupnému přeměně nově transformovaného martenzitu. D2 může být austenitizována až na teplotu 1120ºC se záměrem urychlit a obsahově zvýšit průnik legur do austenitického zrna, který pak snižuje MS a projevuje se jako kalící tvrdost. Tato tvrdost bývá označována jako sekundární tvrdost a je odrazem sekundární precipitace karbidů a transformace zbytkového austenit na martenzit. Vysoká tvrdost není obvykle přínosem (www – Crucible, Timken, Böhler) hlavně z hlediska houževnatosti. Zkušenosti s ocelí je dostatek a jsou obsaženy na adresách: Deerhunter, Dozier Agent, Dozier K2, Heafner Model 17, Mel Sorg Utility, Ray kirk test blade, Safari Skinner, Uluchet, CUDA MAXX , Blackwood Hawkbill
Celkově je nástrojová ocel D2 rozšířena pro svoji odolnost vzhledem k velkému obsahu hrubých karbidů a snadno dosažitelné tvrdosti. Obecně se jedná o dobrou ocel pro kvalitní řezné čepele s průměrným úhlem fasety ostří a specielní hrubé povrchové úpravy. Korozní odolnost je pro nástrojovou ocel dost vysoká. Toto hodnocení neplatí pro zkoušky v prostředí solné mlhy resp. tzv. salt-testu, u kterého vlivem působení iontu chlóru (Cl-) odolnost oceli klesá. To je ale zcela jiný požadavek na korozní odolnost, který je uvažován např. při styku oceli s mořskou vodou apod. a je různý u každého výrobce.
Ocel S30V – je skrze práškovou metalurgii vyrobená nerezavějící 'ocel' s vysokým obsahem uhlíku a vanadu od firmy Crucible Materials Corporation (CMC) podle návrhu D. Barbera. Slitina dovoluje tepelné zpracování bez austenitizace nad 1950F a dělá ji mnohem vhodnější pro nožířské účely jako ocel S60V a S90V. Je vhodnější pro jemné broušení, ale má nižší odolnost proti opotřebení, což je z hlediska obsahu jemně (S30V) nebo hrubě (S90V) dispergovaných karbidů zřejmé. Problémem, často diskutovaným na nožířském fóru je řezání měkkých, houževnatých materiálů (kartony, vláknité materiály, plasty, měkké dřevo apod.), což je zvláštní pokud jde o ztrátu ostrosti břitu u materiálu o tolik tvrdšího než uvedené řezané materiály. Podle CMC jde o problém výrobního přehřátí, které způsobuje nižší schopnost broušení, nebo o vliv následného tepelného zpracování po objemovém tváření. Ironií je, že právě tyto operace vytváří image oceli S30V jako materiálu vhodného pro štípání a příčné namáhání. Ve skutečnosti dochází k mikroskopickému vylamování materiálu fasety a tedy k následnému otupení ostří. Přesto je ocel hojně využívána nožíři, kteří produkují nože nejvyšší úrovně (Ch. Reeve, P. Wilson, Benchmade, Spyderco apod.). Při průměrné tvrdosti 60 HRC jsou vlastnosti S30V hodnoceni jako velmi dobré (na stejné úrovni a lepší) jako oceli 52100, D2, C13CrMoV, O1, 440B, AUS6-A a VG-10. Mírné rozdíly se projevily hlavně v oblasti odolnosti proti korozi a zarovnávání fasety břitu, což je, vzhledem k protváření materiálu(vysoce prokovaná struktura) a primárnímu broušení na velkých kotoučích, zřejmé. Závěrem lze ocel S30V zhodnotit jako nožířský materiál s vysokou odolností proti opotřebení, který dává dobré výsledky v oblasti řezání vrstveného materiálu z abrazivních materiálů. Častý problém s vylamováním ostří byl diskutován na světovém on-line fóru. Výsledky předváděcích zkoušek byly z hlediska udržení ostří a houževnatosti nejednoznačné. Z pohledu uchování agresivního ostří byly výsledky na požadované úrovni, ale u některých testů byly společně s životnost čepele mírně (záměrně?) potlačeny. Problémy s vylamováním (vyštipováním) během broušení jsou nezanedbatelné (Benchmade).
VG-10
Ocel VG-10 – je nerezová ocel s vysoký obsahem uhlíku, která je podobná oceli 154CM s menším obsahem molybdenu a přídavkem kobaltu a velmi malým obsahem vanadu. Vanad se ukazuje jako vhodná přísada při rafinaci a kobalt se podílí na stabilitě karbidů. Údaje pochází z webových stránek výrobce oceli Manufacturer Takefu Speciality Steel (MTSS Japan). Od fy Spyderco pochází tvrzení, že ocel VG-10 je lepší v oblasti odolnosti proti korozi než oceli ATS 34 resp. ATS 55. Carta-testy ji posunuly před ocel S30V v korozivzdornosti, ale v rozšířených Carta-testech za tuto ocel v úvodní ostrosti a stabilitě ostří. Zkušenosti s nožířskou aplikací VG-10 jsou u Fallkniven, Spyderco, A. G. Rusella a u Al Mara. Z pozorování vyvstalo poznání křehkosti u VG-10 s kterým souvisí vysoká odolnost proti abrazi a stálost ostří, která byla hodnocena výše než u ATS 34, hned za ocelí D2 (62 HRC). V agresivitě řezu se VG-10 vyrovnávala i S30V. Jasně předčila ve většině nožířských zkoušek oceli 420J2, AUS4-A i AUS8-A. Její malou odolnost proti dynamickému namáhání potvrdily sekací zkoušky u Al Mar S.E.R.E. 2000(!).
Souhrnem lze zhodnotit ocel VG-10 je vysoce abrazivně odolná nerezová ocel v třídě 154CM, která má vyšší stabilitu ostří, často lepší korozní odolnost a zvýrazněnou životnost ostří.
Ocel 1.4034 (17029, 420, X46Cr13, AK5)
Korozivzdorná ocel, obzvláště vhodná na kuchyňské nože a na nože do korozivních prostředí (desinfekce). O něco nižší trvanlivost ostří je vyvážena snadným ostřením a nenáročností na údržbu (stačí omýt vodou).
Ocel K110 (D2, 1.2379)
Ocel se zvýšenou korozivzdorností (není „nerezová“). Vynikající odolnost proti opotřebení (vysoká trvanlivost ostří), hůře se opracovává a ostří. O něco nižší houževnatost, není vhodná pro dlouhé čepele (mačety, meče). Nutná určitá péče (po použití omýt a otřít, občas namazat olejem), jinak má tendenci černat.
Nožířské oceli - ocele Ocel A2
Ocel A2 – je na vzduchu kalitelná zápustková ocel. Důležitost obsahu chrómu a molybdenu spočívá v rozměrové větší stabilitě než u O1. Je vyžadována rovněž vyšší austenitizační teplota cca 980oC. Ohřev je prováděn pozvolně po stupních pro minimalizaci tepelného gradientu a zamezení delších výdrží na teplotě a znemožnění následného růstu austenitického zrna. Rozpuštěné legující prvky a obsah uhlíku jsou příčinou vysokého obsahu zbytkového austenitu při kalení za pokojové teploty. Výsledek je pak v poklesu tvrdosti o 2,5 až 3,0 HRC. S efektem dochlazení lze dosáhnout tvrdosti 64 až 65 HRC. Průměrná odolnost je udávána pro ocel A2 stupeň 6 (ocel O1 – 4 st., D2 – 8 st). Má dobrou rázovou houževnatost. Velikost zrna na lomu je 8,5. Technické údaje pro ocel A2 jsou udávány výrobci (Crucible, Timkem) a jsou na www spolu ze základními mechanickými charakteristikami. U výrobců čepelí byla kritizována jejich životnost!?
Souhrnně lze ocel A2 charakterizovat jako vzduchem kalitelnou nástrojovou ocel. Osobní hodnocení nožů není moc dobré s ohledem na trvanlivost, zvláště fasety ostří, což je ale jistě otázka aplikace vhodného tepelného zpracování. Jeden z důvodů k nespokojenosti může být i obsah zbytkového austenitu, který se může za nevhodných napěťových podmínek transformovat na martenzit a zvýšit tak významně křehkost oceli (křehké vylamování v mikrooběmech).
Nožířské oceli - ocele Ocel INOX
Ocel INOX – je ocel švédského původu, která je používána Swiss Army Knives (Victorinox, Wenger). Slitina má podobné mechanické vlastnosti jako ocel 12C27M, ale má mírně vyšší obsah chrómu a molybdenu. Z tohoto důvodu je předpoklad i zmíněných mechanických vlastností, vyšší korozní a abrazivní odolnost, ale menší schopnosti zakalení (prokalitelnost). Horní hodnoty dosahované tvrdosti u této oceli se pohybují mezi 59 a 60 HRC. Victorinox však používá méně tvrdou modifikaci v rámci tepelného zpracování; je to cca 56 HRC.
Obecně je ocel INOX označována jako ocel podobná 12C27M, která je upravena z hlediska vyšší houževnatosti a korozní odolnosti.
Nožířské oceli - ocele SK-5
SK-5 – je Japonský ekvivalent Americké 1080 s obsahem uhlíku mezi 0,75 a 0,85% a 0,75 až 0,85% manganu. Dosahuje po zušlechtění tvrdost až 65 HRC se strukturou obsahující martenzit a nerozpuštěné karbidy. Obsah karbidů zvyšuje otěruvzdornost a životnost ostří při dostatečné houževnatosti. Je využívána v ruční výrobě. Má velmi dobré výsledky v nožířských testech s ohledem na excelentní iniciační ostří. S ohledem na tyto vlastnost je využívána i pro výrobu dřevařského ručního nářadí (dláta, vrtáky apod.).