On the heat treatment of knives.

О термообработке клинков для ножей.

Практически каждому человеку известно, что сталь требуется закаливать. Способность сплава железа с углеродом после соответствующих термических операций приобретать повышенные твердость, упругость и прочность зависит от процентного содержания углерода. Чем выше содержание углерода, тем легче сталь принимает закалку. Нижний порог лежит в пределах 0,3–0,4 %. При этом наличие или отсутствие, каких бы то ни было легирующих добавок, почти не влияет на результат, поскольку такие присадки служат в основном для выравнивания и уплотнения кристаллической структуры, уменьшения «зерна» и придания дополнительной вязкости и стойкости к растрескиванию, увеличению коррозионной стойкости.
Грубо говоря, закалка есть процесс нагрева стали до высокой температуры порядка 750–1150 °C с последующим резким охлаждением, чтобы произошедшие фазовые превращения не успели вернуться к исходному состоянию. Разумеется, температуры нагрева, охлаждающая среда и прочие тонкости для каждой конкретной стали сугубо индивидуальны.
В давние времена любой нагрев мог производиться только в угольном горне с дутьем, и, как мы уже знаем, это предотвращало выгорание углерода из заготовки, а порой даже повышало его содержание. Опытный кузнец легко регулировал процесс, перемещая клинок выше или ниже в слое угля, угадывая притом температуру исключительно «на глаз», для чего в кузнице всегда стоял отнюдь не случайный полумрак.
На деле это не так сложно, умение автоматически приходит с опытом, но не зря во все века профессия кузнеца считалась загадочной, окруженной многочисленными мистическими проявлениями, не зависящими от видимых реальных причин. Интуитивное чутье и элементарная удача всегда предъявляли большие права на конечный результат, нежели пунктуальное соблюдение технологической цепочки. Достаточно сказать, что по сей день у легендарных японских мастеров, которых в стране считанные единицы, почти 50 % клинков уходит в брак именно на стадии закалки, несмотря на талант, полувековой стаж и немыслимый опыт. Современного термиста могут насмешить подобные цифры, однако создание превосходного клинка все же отличается от налаженного конвейера закалки каких-нибудь шпилек или метчиков. Безусловно, массовое производство охотничьих, туристских, боевых и бытовых ножей также обходится минимальным процентом брака.
Полный цикл термической обработки включает, помимо закалки, целый ряд категорически обязательных процессов, каждый из которых решает свою задачу и совершенно необходим. Применительно к ножам такая цепочка выглядит следующим образом:
• ковка;
• отжиг;
• формообразующая обработка (шлифовка);
• отжиг;
• правка остаточных искривлений;
• закалка;
• отпуск.
Хотелось бы обратить особое внимание на операцию отжига, весь тайный смысл которой станет понятным из дальнейших объяснений.
Отжиг — медленное охлаждение раскаленной детали. Выравнивает кристаллическую структуру, снимает внутренние напряжения, измельчает зерно, ликвидирует последствия перегрева, улучшает механические свойства стали.
Закалка — форсированное охлаждение раскаленной стали. Измельчает структуру, повышает твердость, прочность, износоустойчивость.
Отпуск — производится немедленно после закалки путем нагрева стали до температуры 150–550 °C (зависит от марки стали) и охлаждения на воздухе, в масле или воде. Снимает внутренние напряжения, повышает пластичность без заметной потери твердости, стабилизирует кристаллическую структуру.
Например, японские мастера, перед тем как отдавать закаленный и отпущенный клинок для финальной шлифовки и полировки подвергали его дополнительной операции, именуемой старение. При этом изделие нагревают до 110–200 °C, выдерживают пару часов и дают остыть. Цикл повторяется до десяти раз. Это окончательно стабилизирует структуру клинка и его геометрические формы. Для короткого оружия старение будет лишней роскошью, но мечу не повредит.
Механические свойства некоторых сталей значительно улучшаются после обработки холодом (разумеется, если сталь уже закалена) в диапазоне температур от –20 °C до охлаждения в жидком азоте. Но эта операция применима только к редким легированным маркам сталей, например ELMAX, VANADIS 10, K340, D2, и требует скрупулезного соблюдения режима времени и прочих тонкостей технологического процесса. Существует мнение, подтверждаемое также исследованиями, что в Древней Руси бытовала традиция изготовления, так называемого харалуга (разновидность литого булата), изделия из которого приобретали фантастические свойства, только будучи изготовлены в особо холодные зимы с температурами ниже 30 °C, при которых и происходили соответствующие кристаллические изменения.
Нет смысла приводить здесь обширную таблицу режимов ковки и термической обработки изрядного перечня сталей, пригодных для выделки клинков. Однако можно попытаться дать некий минимальный объем информации, применение которой ничем плохим не грозит, являясь своего рода универсальным рецептом на все случаи жизни. Итак, температура ковки практически всех сталей лежит в пределах:
Начало ковки — 1100–1200 °C.
Конец ковки — 750–900 °C.
Если заготовку нагреть свыше 1200 °C, то она сожжется, а попытки стучать по остывшей, ниже 750 °C заготовке приведут к ее растрескиванию.
Закалочная, отпускная и прочие температуры были приведены выше. Но повторимся, для получения качественного результата требуется точное соблюдение индивидуальных режимов.
Относительно охлаждающих сред рецепт таков: все углеродистые стали калят в воде, а легированные — в масле. Понятно, что вода стремительно отбирает тепло, поэтому скорость охлаждения в ней высока. Масло действует мягче и постепенней. В принципе, высокоуглеродистую сталь можно закалить и в масле, а низколегированную — в воде, но результат будет средним. Чаще всего такие попытки приводят к недокалу первой и растрескиванию второй. Опытные мастера, играющие на тонких оттенках процесса, регулируют скорость охлаждения посредством различных добавок. Соответственно, жидкое трансформаторное или машинное масло охлаждают заготовку интенсивнее, нежели более густые сорта. Диапазон огромен, и всякий специалист всегда имеет собственные, обычно интуитивные, секреты и наработки в этом деле.
Следует иметь в виду, что только жидкость создает условия для равномерного и форсированного охлаждения клинка. Попытки засунуть раскаленную железку, скажем, в сугроб, обречены на провал — мгновенно возникшая паровая подушка надежно изолирует металл, и он довольно медленно остынет, не приняв закалку. Вместе с тем отдельные марки высоколегированных сталей успешно калят, охлаждая детали в струе воздуха, но — предварительно нагревая до 1050–1100 °C.
Очень важным, если не сказать принципиальным, является способ погружения клинка в закалочную среду. Для заготовок разной формы он различен, хотя и предстает перед нами всего в двух вариантах: прямые обоюдоострые клинки опускают в жидкость строго вертикально, отвесно, а односторонние клинки (независимо от кривизны и длины) — наклонно, острием вниз и вперед, лезвием книзу. При этом первым соприкоснувшееся с жидкостью лезвие мгновенно охлаждается и приобретает высокую твердость, а само тело клинка (особенно спинка) остается более пластичными. Здесь крайне важно соблюдать вертикальность плоскости клинка, так как малейший завал вбок приведет к неминуемому искривлению. Некоторые виртуозы так четко чувствуют динамику температурного режима, что ловко извлекают заготовку из ванны в тот самый момент, пока остаточное тепло не ушло окончательно, успевая свершить процедуру отпуска. Само по себе погружающее движение должно быть решительным, быстрым и плавным, без робости и судорог. Японцы тысячу лет назад поняли, что дух мастера переходит в металл в момент соединения стихий огня и воды, и оттого, каков это дух, зависит красота изделия. А с точки зрения современной технологии малейшие перемещения клинка в жидкости приводят к неравномерности охлаждения, следствием чего станут неисправимые искривления.
Относительно последних стоит подчеркнуть, что их появление обязано многим факторам, большинство из которых вполне поддается нашему контролю и устранению. Так, пустив клинок в закалку непосредственно после механической обработки, мы обязательно получим ту или иную кривизну. Для того-то и следует неукоснительная процедура отжига, снимающего все внутренние напряжения как основную причину искривлений. Если равномерно нагреть предварительно отожженный клинок по всей длине, а затем спокойно и решительно погрузить его в закалочную среду, не бултыхая и не вертя им в глубине, то извлекая, получим замечательно ровный и отменно твердый клинок, кинжал и так далее. Нам останется вооружиться терпением, чтобы неторопливо отшлифовать, отполировать и заточить желанный предмет. Но о способах того, другого и третьего поговорим в других статьях.
Данная статья не претендует на научный труд по термообработке. В этой статье мы пытались кратко рассмотреть процесс термообработки, применяемый при производстве ножей. Нужно сказать, что термообработка сталей и закалка ножа своими силами может привести к плачевным результатам и попросту выброшенным на ветер деньгам, поэтому мы рекомендуем доверять термообработку клинков мастерам Кузницы «Коваль».
При производстве клинков для ножей в нашей кузнице, используется современное оборудование для термообработки. Это гарантирует, что ножи Кузницы «Коваль» прослужат вам долго и не подведут.