Dalekowschodnie kanapki, wschodnie bułaty i stale dziwerowane. A reszta to... szczególnie u Nas nic? Ale to przecież nie takie proste. Może więc trochę wiedzy na temat jak to było z nożami i stalą na ziemiach dawnej Polski.

Najpierw na świecie była wykorzystywana miedź. Ślady jej użycia pochodzą z lat 7000-6000 p.n.e. W 3000 roku p.n.e. wynaleziono brąz cynowy. W tym też czasie pojawiają się na Bliskim Wschodzie pierwsze przedmioty z żelaza, zawierające 10% niklu. Nie ma pewności, że pochodziło ono z meteorytów, bo w nieco późniejszym czasie ludzie potrafili wytapiać stal zawierającą nikiel, ale do tego wrócimy.

Starożytność na dawnych ziemiach Polski.

Na ziemiach Dawnej Polski pierwsze ślady używania metali datuje się na 3000-2000 rok p.n.e. Też była to miedź z niewielkimi dodatkami cynku (brąz? a może mosiądz?). W VII wieku p.n.e. zaczęło rozpowszechniać się żelazo. I szybko zastąpiło miedź, przede wszystkim do takich celów jak uzbrojenie, a także przedmioty codziennego użytku (okucia, gwoździe, nity, igły, nożyce itd.). Za wiele z tych przedmiotów odpowiedzialna jest kultura łużycka oraz znany i ważny dla historii ośrodek hutniczy z Gór Świętokrzyskich.

http://otworzksiazke.pl/ksiazka/cenniejsze_od_zlota/strona/5/

Ponad 80 proc. przedmiotów z żelaza z tego okresu wykonana była z niskofosforowego żelaza o nierównomiernym nawęgleniu, które następowało podczas wytopu. Wskazuje to na to, iż były to przedmioty wykazujące cechy przedmiotów wykonanych z żelaza z ośrodka hutniczego w Górach Świętokrzyskich.

Nieliczne wtedy przedmioty wykonane były z wysokofosforowego żelaza. Być może pochodziły z mniejszych i mniej znanych ośrodków hutniczych.

Były też importy. Kilka przedmiotów (np. dwie bransolety) wykonane były z żelaza zawierającego sporo niklu (>10proc, a także Co 1% i 0,2-1% proc As.). Poza źródłem kosmicznym, taką stalą była słynna stal Chalibów wytapiana z rudy ze złoża niklowo-kobaltowo-arsenowego.

 

Kucie z blachy be, a z wałka ok? W jakiej formie była sprzedawana stal w dawnych „hurtowniach stali”?

 

Produkcja żelaza na ziemiach Polski rozpowszechniła się wśród wszystkich plemion ziem Dawnej Polski w II-I w. p.n.e. Przyczyniła się do tego nowa technologia wytopu żelaza w większych piecach zagłębionych w ziemi. Prym wciąź wiódł ośrodek świętokrzyski, w którym to prawdopodobnie powstała ta technologia. Wyjątkowy rozwój owego ośrodka był wynikiem wysokiej jakości i obfitości rudy żelaznej. Produkt tam wytapiany był żelazem o nierównomiernym nawęgleniu, niekiedy bardzo wysokim.

Czemu więc nazywamy to żelazem? Bo kiedyś nie znano norm opisujących kiedy możemy mówić o żelazie (technicznym – red.) Żelazo było produktem zwykłym, a stal i dul produktem wyższej jakości, gdzie stal była jeszcze lepsza od dulu, bo dul był stalą wysokofosforową, czyli zanieczyszczoną.

Kowale z ziemi świętokrzyskiej utwardzali narzędzia poprzez obróbkę cieplną: kucie, hartowanie miejscowe i odpuszczanie. Masowa produkcja narzędzi i półproduktów ze stali skutkowała eksportem na okoliczne ziemie i miewała nawet zakres ogólnoeuropejski. Kultura przeworska zaopatrzona była w przedmioty żelazne wykonane w 70-80 proc. w ośrodku świętokrzyskim.

Dominacja metalurgiczna ośrodka świętokrzyskiego nad innymi ośrodkami stopniała w IV-V w.n.e. Prawdopodobnie w wyniku najazdów obcych plemion, które zapoczątkowały poważne zmiany etniczne.

 

Wczesne średniowiecze na dawnych ziemiach Polski.

Na terenach plemion bałtyjskich wytapiano żelazo z zalegających na powierzchni rud darniowych i bagiennych. Efektem było żelazo wysokofosforowe. Bałtowie potrafili jednak tak prowadzić proces wytopu, że otrzymywali dość wysokie nawęglenie części pozostałej w piecu łupki. Hutnicy bałtyjscy wiedzieli gdzie następuje to nawęglenie i wykorzystywali tę wiedzę przy wyrobie toporów i siekier z tuleją, noży i sierpów. Jednak wytapiany materiał nie był odpowiedni do produkcji mieczów, stąd uzbrojenie Bałtów składało się przede wszystkim z topora a nie miecza.

Wędrówki ludów odegrały również duża rolę na terenach słowiańszczyzny. Przybyłe na te tereny plemiona słowiańskie prowadziły wytop w bardzo licznych, ale małych ośrodkach. Wykorzystywano do tego głównie rudę darniową i bagienną oraz inny niż w ośrodku świętokrzyskim sposób wytopu, co skutkowało innymi właściwościami otrzymanego materiału. Zniknęły tzw. piecowiska (duże skupiska pieców ziemnych). Zastąpiły je drobne ogniska, często umiejscowione w chatach, pod ogniskami domowymi. Takie domowe sposoby wytapiania łupki przetrwały do późnego średniowiecza.

Łupka po wytopie przecinana była na pół w celu sprawdzenia ilości zredukowanego żelaza, po czym przekuwana na „pręty” i sprzedawana. Bardziej zaawansowani technicznie Słowianie potrafili w dalszym procesie nawęglić wytopioną żelazną łupkę w celu otrzymania stali. Taka uzyskana nawęglona stal o wysokiej zawartości fosforu nazywana była „dulem”. Warto zaznaczyć, że nawęglenie nie było równomierne, często przy powierzchni znacznie wyższe niż w rdzeniu łupki, co dawało możliwość oddzielenia twardego materiału i wykorzystaniu go do późniejszego skucia z materiałem bardziej miękkim. Dzięki temu można było tworzyć wielowarstwowe narzędzia o różnej twardości w przekroju.

Twardą część łupki odłupywano dzięki specyficznym technikom hartowania jej w wodzie lub śniegu. Po takim procesie powierzchnia była krucha i dawała się łatwo oddzielić.

Ostrza noży na dawnych ziemiach Polski w okresie wczesnego średniowiecza, najczęściej wykonywane były poprzez zgrzanie z dwóch materiałów (twardej stali lub dulu oraz żelaza). Wśród kling zgrzewanych prym wiodły noże dwuwarstwowe. Na drugim miejscu była technika zgrzewania z trzech warstw. Znano także metodę cementytacji wtórnej, czyli nawęglania. A tylko niewielki procent znalezisk wykonany był ze stali dziwerowanej (duża ilość warstw skuta tak, aby tworzyły regularne wzory). Ta ostatnia technologia była wynikiem kontaktu z ludami skandynawskimi i były to głównie przedmioty „luksusowe”, znajdowane obecnie najczęściej w ośrodkach władzy feudalnej. Np. na Rusi, gdzie wpływ Waregów był większy, ilość noży dziwerowanych była znacznie liczniejsza.

 

Technologia zgrzewania z wielu warstw została na naszych terenach szybko udoskonalona. Kowale słowiańscy z łatwością potrafili rozpoznać żelazo o większej zawartości fosforu, co pozwoliło im stosować ten materiał jako przekładkę pomiędzy miękkim i twardym materiałem. Taka wysokofosforowa wkładka ułatwiała zgrzewanie.

W tym czasie niemalże każde już narzędzie było ulepszane poprzez obróbkę cieplną (kucie, hartowanie i odpuszczanie).

Średniowiecze w dawnej Polsce

W XII w n.e. Hutnictwo w Europie jak i w Polsce zrobiło krok milowy. Powodem tego było wykorzystanie siły wody do napędu urządzeń hutniczych i kowalskich. W 1197 r. mnisi z zakonu Cystersów w Soroe w Danii używali młyna do produkcji żelaza. W Polsce w XIV w n.e. Na ziemiach Polski było już wiele kuźnic napędzanych siłą wody. Pomimo tego, jakość wytapianego na ziemiach Polski żelaza była niska (z powodu dużej ilości fosforu), więc te najlepszej jakości stale były sprowadzane z zagranicy, głównie z Węgier i Austrii (Styrii).

Początkowo w tym okresie proces produkcji żelaza polegał na redukcji żelaza z rudy (proces dymarski). Natomiast kucie odbywało się z pomocą młotów o napędzie wodnym. Były dwa podstawowe rodzaje takich młotów: podrzutowe i naciskowe. Początkowo większa rolę odgrywały młoty podrzutowe i taką pracę określano jako „polskie kucie”. Pracę na młotach naciskowych określano mianem „niemieckiego kucia”.

Póki co brak konkretnych wzmianek na temat Pieców Wielkich na terenach Polski w okresie średniowiecza. Choć w Europie zaczęły pokazywać się na przestrzeni XIII-XIV wieku to na tereny Polski zawędrowały znacznie później, bo dopiero w XVII w. W Polsce wciąż używano dymarek. A zatem stosując porównanie do Europy, przez cały okres średniowiecza polskie hutnictwo odstawało od zachodnioeuropejskiego. Choć ze stalą nie było jeszcze tak źle jak z innymi metalami nieżelaznymi (ołów, miedź, brąz, mosiądz itd. itp.).

Proces dymarski polegał na wytapianiu stałej łupki, która często miała nierównomierne i niewielkie nawęglenie i musiała zostać w dalszym procesie poddana wielu zabiegom polepszającym jej właściwości. Ilość otrzymanego w ten sposób żelaza była niewielka. Natomiast proces wytopu w Piecu Wysokim polegał na wytopie surówki (żelaza w stanie ciekłym) i natychmiastowym świeżeniu jej we fryszerce. Otrzymany produkt był znacznie bardziej jednolity i nawęglony. Ilość wytapianego w ten sposób materiału była znacznie większa.

 

 

Nie ma pewności kiedy dokładnie wybudowano w Polsce pierwszy Piec Wielki (Wysoki). Ale prawdopodobnie zrobili to bracia Cacciowie, którzy otrzymali w 1613 roku przywilej na wyrób stali. Być może użyli do tego Pieca Wysokiego lub dymarki szybowej (wysokiej), bo oba sposoby pozwalają wytopić surówkę a z niej wykonać odlewy. Wiemy o tym, gdyż zachowały się wzmianki na temat wykonanych odlewów w hucie Cacciów.

Potem już poszło szybko. Polska nadal nieco odstawała od Europy. Dodatkowo do upadku polskiego hutnictwa przyczyniły się rozbiory. Tymczasem technologia wytopu nadal szła do przodu. Wraz z rozpowszechnianiem się stali z Pieców Wielkich, następuje zanik noży "sklejanych" z wielu kawałków. Takie techniki pozostają głównie jako atrybuty sztuki i popisu kunsztu kowalskiego. W praktyce dużo lepiej spisują się, są tańsze i łatwiej dostępne przedmioty z jednego kawałka stali.

 

Potem Piece Wielkie mocno ewoluowały. Metody wytapiania zaczęły się udoskonalać. Najpierw powstały procesy Besserowskie, które jeszcze udoskonalił S.G. Thomas. Doszła elektryczność. Powstały piece Martenowskie, z których korzystamy do dziś, jako z podstawowego procesu hutniczego. Poznano technologie elektroprzetopów i proszków, wykorzystano próżnię i wiele, wiele nowoczesnych technik ale idea Pieca Wielkiego pozostała i huty na całym świecie, czy to w USA czy Japonii topią stal w piecach opartych na idei Pieca Wielkiego będącego wynalazkiem kultury łacińskiej. 

Pozdrawiam

Stalowy Piotr,vel. Kosiarz

 

Lektury:

Z DZIEJÓW TECHNIKI W DAWNEJ POLSCE - praca zbiorowa pod red. Bolesława Orłowskiego

CENNIEJSZE OD ZŁOTA - Andrzej Jezierski, Stanisław Zawadzki 

Technologia Metali - tom I, Okoniewski.

 

 

 

 

Tym razem będzie o walce z wiatrakami, czyli o tym, jak chronić stale rdzewne przed rdzą. Czyli bardzo trudne zadanie. Bo to właśnie korozja (której jest wiele rodzajów, ale my zajmiemy się tą najpopularniejszą dla stali, potocznie zwaną rdzą) jest bardzo często powodem, dla którego wiele osób rezygnuje ze stali rdzewnych na rzecz stali nierdzewnych.

 

Po prostu rdza.

Co to jest rdza, tłumaczyć chyba nie trzeba, ale wspomnę o tym. To rude cholerstwo, które powstaje w określonych warunkach, najczęściej w wyniku oddziaływania wilgoci na powierzchnię. Jest to kombinacja tlenków i wodorotlenków żelaza. Jest ruda, szorstka i ma "gąbczastą" strukturę, co sprzyja przetrzymywaniu wilgoci i z automatu do auto rozrostu rdzy. 

Stale rdzewne (czyli nie mieszczące się w normach dla stali nierdzewnych) reagują na to zjawisko w różnym stopniu. Te, które mają bogaty wachlarz składników stopowych, szczególnie dużą ilość chromu, będą reagowały słabiej (czyli będą odporniejsze na działanie korozji powierzchniowej). Czym prostszy skład (niskostopowe, niestopowe/węglowe) tym problem jest znaczniejszy. Ale przecież wielu z nas uwielbia właściwości takich stali i pomimo ryzyka rdzewienia, decydujemy się na taki nóż. Bo przecież można o niego zadbać, na zasadzie: lubię gdy nóż potrzebuje mnie tak samo, jak ja jego.

Przejdźmy do konkretów. Co możemy zatem zrobić, aby noże jak najmniej rdzewiały i co jeszcze wpływa (poza składem stali) na jej odporność na rdzę:
- gładkość powierzchni - czym powierzchnia lepiej wysatynowana/wypolerowana, tym jest mniej podatna na rdzę. Największą różnicę można zauważyć w pierwszych etapach wyrównywania powierzchni. Czyli najbardziej odczuwalna różnica będzie pomiędzy bardzo chropowatą i niewykończoną powierzchnią a wstępnie wygładzoną. Wraz z posuwaniem się ku "lustrowi" dodatkowe korzyści są coraz mniejsze, ale nadal są! Ponadto technologia wykańczania powierzchni też ma na to wpływ. Jeżeli wygładzamy nóż mechanicznie, nawet bardzo drobną gradacją, dochodzi do powierzchniowego odpuszczania stali w wyniku tarcia. taka powierzchnia może posiadać mikropęknięcia i inną strukturę niż rdzeń (w wyniku odpuszczania martenzyt zmienia się w sorbit/troostyt - a te są podatniejsze na rdzę).
- twardość... - tu pewnie wiele osób się zdziwi, ale ilość "haerców" też może mieć wpływ na to, jak szybko rdza posuwa się wgłąb. Czyli w praktyce, wygląda to tak, że np stal ncv1 hartowana na 56 hrc będzie szybciej rdzewiała, niż ta sama stal o twardości 60hrc.
- powłoki ochronne - bardzo dobrą metodą walki z rdzą, jest nakładanie powłok ochronnych takich jak powłoki galwaniczne, oksydy i inne. Niestety procesy te bywają drogie, trudne w wykonaniu i wykonywane najczęściej na etapie produkcji/tworzenia noża
- trawienie, patynowanie - czyli wytwarzanie na powierzchni stali cienkiej "powłoczki" w postaci różnych soli i innych związków, które odcinają stal od dostępu tlenu i wilgoci. Patyna odróżnia się od rudej rdzy tym, że ma najczęściej inny kolor (odcienie szarości) i nie są "gąbczaste" przez co nie przetrzymują wilgoci. Wytworzenie takiej patyny jest łatwe i ogólnodostępne. Można to zrobić z pomocą róźnych preparatów chemicznych, np. chlorku żelaza, lub z pomocą dostępnych w każdej kuchni specyfików takich jak chrzan czy musztarda a nawet coca-cola. Nie są to oczywiście sposoby gwarantujące nam nierdzewność, ale mogą okazać się pomocne.

Powierzchnia selektywnie hartowanego noża trawiona w pomocą chlorku żelaza.

- smarowanie olejkami, tłuszczami - to chyba jeden z lepszych sposobów. Można do tego użyć niemalże każdej tłustej substancji, począwszy od takich profesjonalnych preparatów jak balistol. Ale ja polecam jednak używać tłuszczów spożywczych ze względów zdrowotnych. Sam stosuję do tego oleju kokosowego, ponieważ długo nie jełczeje, jest tani i łatwo dostępny a w temperaturze pokojowej jest gęsty i ma postać "smalcu", dzięki czemu dobrze się trzyma klingi i nie ścieka.

A czego unikać?
- wilgoci - czyli podstawą zapobiegania rdzewieniu jest ochrona przed wilgocią, suszenie i wycieranie mokrego noża. A już całkowicie niedopuszczalne jest wkładanie mokrego noża do pochwy, lub wkładanie noża do mokrej pochwy. Ponadto słona woda w połączeniu z promieniami słońca to już gwarancja rdzy. Także nie zostawiamy mokrego noża na słońcu lub deszczu.
- zmiennych warunków pogodowych - czyli staramy się nie zostawiać noża, nawet suchego, w miejscu, gdzie wahania temperatury są spore. Czyli np. nie zostawiamy na noc w zimnym warsztacie albo w bagażniku samochodu. Przy zmianie nocy w dzień (i odwrotnie) następują skoki temperatury a za tym idzie skraplanie się wilgoci na klindze. Także należy starać się, aby nóż przebywał w stałych warunkach temperaturowych.
- obmacywania paluchami - tak tak, ludzki pot ma kwaśne pH. Dotykanie palcami stali i pozostawienie jej z resztkami potu, to proszenie się o rdzawy odcisk linii papilarnych na nożu.
- kontakt z innymi metalami - w wyniku pewnych skomplikowanych zjawisk, w miejscach styku różnych metali, może dochodzić do znaczniejszego rdzewienia i utleniania się tych metali.

Wydaje się trudne i kłopotliwe, ale w rzeczywistości tak nie jest, choć w pewnych ekstremalnych warunkach może okazać się niemożliwe. Dlatego warto by było, gdyby każda osoba zainteresowana posiadaniem noża ze stali rdzewnej zapoznała się z tymi podstawowymi informacjami.

Pozdrawiam
Kosiarz

Podczas wykonywania wszelkich procesów w podwyższonych temperaturach czycha na nas kilka negatywnych zjawisk, które mogą znacznie pogorszyć właściwości stali w nożu. Także użyteczność noża zależy w znacznym stopniu od tego, co robimy aby unikać cieplnych kłopotów w czasie kucia, austenityzowania, odprężania itd itp (Nazewnictwo Procesów Cieplnych).

Do rzeczy: jakie to są problemy i jak można im przeciwdziałać. Po kolei, omawiamy najważniejsze:

1.Utlenienie i odwęglenie stali – szczególnie jej powierzchni. W wyniku utlenienia powierzchnia stali staje się porowata, zubożała w składniki stopowe i prawdopodobnie mniej wytrzymała. Dodatkowo w parze z utlenieniem idzie odwęglenie a to już dodatkowo sprawia, że możemy otrzymać powierzchnię o niskiej twardości. Co może sprawiać, że nóż będzie się łatwo rysował a jeśli odwęglenie weszło na dolną część szlifu, to krawędź tnąca może się znacznie szybciej tępić i będzie znaczniej bardziej podatna na uszkodzenia. Na stopień utlenienia i odwęglenia wpływa czas jak i temperatura grzania. Czym wyżej i dłużej tym gorzej!

Antidotum: Ochrona powierzchni poprzez nałożenie odpowiedniej pasty (np. Meloncote), wygrzewanie detalu a atmosferze ochronnej lub w piecu próżniowym. Używanie folii INOX. Wygrzewanie detali z zapasem materiału, który zostanie zeskrawany (zeszlifowany) po obróbce cieplnej. Możliwe skracanie czasu w podwyższonej temperaturze.

2. Rozrost ziarna – czyli zwiększona "kruchość" od środka. Metale składają się jakby z takich malutkich ziarenek, zwanych właśnie ziarnami. Czym są one mniejsze, tym lepiej. W stali w czasie wygrzewania, te ziarna mogą rosnąć. Niczym krople na szybie, mogą połykać się nawzajem, łączyć w większe. To źle, gdy się tak dzieje, bo nóż potem jest mało udarny a to niesie ze sobą wiele kłopotów. Oczywiście sprawa nie jest czarno biała (złe/dobre) a do określenia wielkości ziarna używa się skal.

Antidotum: dobra kontrola temperatury i nie przekraczanie temperatur zalecanych do danej obróbki cieplnej. Możliwie optymalne skracanie czasu jaki spędza detal w wysokich temperaturach. W przypadku kucia używanie odpowiedniej siły zgniotu. Odpowiednie przechładzanie po grzaniu. Umiejętne bujanie temperaturą w zakresie Ac1 w przypadku procesów wymagających wielokrotnego grzania (Struktury i Przemiany w Stali)

3. Zanieczyszczenie stali - siarką i fosforem. W czasie grzania noża w paleniskach, poprzez bezpośredni kontakt stali z innymi materiałami, dzięki podwyższonej temperaturze może dochodzić do dyfuzji pierwiastków. Szczególnie szkodliwa jest siarka (wyzwala kruchość na gorąco) i fosfor (wyzwala kruchość na zimno), których może być niemało w słabych materiałach opałowych

Antidotum: używanie czystego i dobrej jakości opału, np. węgla drzewnego. Odizolowanie detalu od bezpośredniego kontaktu z żarem. Stosowanie do hartowania past ochronnych. Zeszlifowanie warstwy dyfuzyjnej.

4.Siatka węglików/siatka ferrytu – rzadsze zjawiska, ale możliwe do spotkania. Pojawienie się takiej siatki zwiastuje kłopoty: obniżoną wytrzymałość, kruszenie się krawędzi tnącej i wiele innych. Jest w zasadzie nie do naprawy w "domowych warunkach". Wykorzystywana czasem do wykuwania parabułatów, którą mogą być rozbitą siatką węglików.

Antidotum: dobra kontrola temperatury i nie przekraczanie temperatur zalecanych do danej obróbki cieplnej. Możliwie optymalne skracanie czasu jaki spędza detal w wysokich temperaturach. W przypadku kucia używanie odpowiedniej siły zgniotu. Odpowiednie przechładzanie po grzaniu. Umiejętne bujanie temperaturą w zakresie Ac1 w przypadku procesów wymagających wielokrotnego grzania

5. Paczenie, krzywienie się noży – zmiany temperatury to naprężenia. Gdy są nierównomierne, stal zaczyna się poddawać i odkształca się plastycznie. Najczęściej znane mi przypadki skrzywienia dotyczą studzenia w procesie hartowania lub tuż po nim i w czasie odpuszczania. Nieco rzadziej słyszę o przypadkach wykrzywienia się w czasie austenityzowania (wygrzewania do hartowania).

Antidotum: spowolnienie tempa studzenia przy hartowaniu tak jak tylko można. Nie używanie wody, gdy dla tej stali wystarcza olej. Pogrzanie oleju, żeby równomierniej odprowadzał temperaturę. Nie bujanie detalem w oleju, lub robienie tego umiejętnie, by nie popsuć równomiernego odprowadzania ciepła na bokach noża. Prostowanie zaraz po hartowaniu, przed odpuszczaniem.

Równomierne wygrzanie blanka. Odpowiednio długie i w odpowiedniej temperaturze. Dobre ułożenie noża w piecu, tak by obie jego strony grzały się równomiernie (a w temperaturach austenityzowania promieniowanie ma ogromny wpływ na tempo grzania).

6. Odpuszczanie powierzchniowe i siatka pęknięć szlifierskich – to już zjawiska które mogą wystąpić w czasie obróbki mechanicznej stali. Podczas szlifowania noża dochodzi do tarcia. A jak jest tarcie jest temperatura. Ida iskry, to znaczy, że gdzieś na styku są temperatury żarzenia się stali. A ciut głębiej kolejne warstwy przejmują tą temperaturę i zaczyna się odpuszczające działanie temperatury, czyli obniżenie twardości a często także wytrzymałości. Dodatkowo na powierzchni do takiego tarcia może pojawić się siatka pęknięć szlifierskich. Bardzo drobna siatka karbów, która z pewnością wpłynie na własności noża.

Antidotum: zwracanie uwagi na pojawiające się barwy nalotowe. Ale brak takich nalotów nie daje gwarancji, że do negatywnych zjawisk nie doszło. Częste chłodzenie detalu. Szlifowanie z chłodzeniem. Nie używanie dużych nacisków i obrotów. Używanie świeżych i ostrych pasów. Docieranie ręczne, czyli satynowanie noża po obróbce mechanicznej.

Noże po ręcznym docieraniu:

Pozdrawiam

Kosiarz, czyli Stalowy Piotr

 

O podziale na stale stopowe i niestopowe (węglowe) już było tutaj: Podział Stali
Poruszam temat jeszcze raz od innej strony. Ale tylko stali stopowych od kuchni. Czyli o tym, co sprawia, że są stopowe. A sprawiają to dodatki stopowe, czyli pierwiastki inne niż żelazo i węgiel dodane do stali w odpowiednich ilościach.
Nie trudno się domyślić, że składniki stopowe można podzielić na dwie podstawowe grupy: dodawane świadomie, czyli oddziałujące pozytywnie na stal oraz zanieczyszczenia, tj. te, których nie chcemy bo pogarszają właściwości stali. Ale to zbyt mocne uproszczenie, bo wiele z pierwiastków może oddziaływać zarówno pozytywnie jak i negatywnie w zależności od tego w jakiej ilości występują, w jakiej są postaci oraz w jakim towarzystwie (czyli ich wpływ na stal może być dobry lub zły w zależności od tego czy mają odpowiednie towarzystwo w postaci innego pierwiastka). I gdyby tak chcieć to szczegółowo opisać, to pewnie można by przepisać ze trzy książki. Ale kto by to czytał i zrozumiał?
Dlatego postaram się streścić i uprościć sprawę. Oraz wybiorę te czynniki, które według mnie maja związek z właściwościami stali ważnymi w nożach.
Najpierw ogólnie przypomnę, że pierwiastki stopowe w znacznej większości podwyższają hartowność stali. Wynika to z tego, że utrudniają węglowi przemieszczanie się, a więc dyfuzję. Jaki związek ma dyfuzja węgla z hartowaniem? Tutaj jest odpowiedź: Przemiany w stalach

Teraz bardziej szczegółowo:

Chrom - zwiększa hartowność stali* (stal wymaga mniejszego tempa chłodzenia, np. wystarcza olej zamiast wody). Tworzy z węglem twarde węgliki**. W ilościach 1,5 proc i wyższej wraz z manganem sprzyja pozostawaniu większej ilości austenitu szczątkowego po hartowaniu. W ilościach jeszcze większych wpływa dodatnio na odporność korozyjną stali.

 

Mangan - Ma podobny wpływ na hartowność jak chrom. Wpływa na twardośc stali po hartowaniu. Sprzyja rozrostowi się ziarna w wysokich temperaturach oraz powstawaniu siatki pęknięć szlifierskich w czasie szlifowania. W ilościach powyżej 1,2 procenta tworzy twarde węgliki.

 

Krzem - W ilości do 1,5 proc. podnosi wytrzymałość i ciągliwośc stali hartowanych. Uodparnia stal na działanie niskich temperatur odpuszczających (tzn. stale z krzemem tracą mniej twardości w czasie odpuszczania niskiego i średniego). Nie tworzy węglików**

 

Wanad - zwiększa hartowność. Tworzy bardzo twarde węgliki, co znacznie wpływa na trudnościeralność stali. Większe zawartości wanadu stosowane są w stalach szybkotnących. W stalach do pracy na zimno, jego ilość rzędu 0,1-0,3 proc powoduje powstanie bardzo drobnych i trwałych węglików, które mocno utrudniają rozrost ziarna. Opóźnia spadek twardości podczas odpuszczania. W niektórych zakresach odpuszczania wywołuje twardość wtórną***

Wolfram - tworzy bardzo twarde węgliki i radykalnie podwyższa trudnościeralność stali. Węgliki chromu rozpuszczają się w austenicie dopiero w wyższych temperaturach (>950). W stalach austenityzowanych w niższych temperaturach nie wpływa na hartowność i stale takie wymagają dużego tempa chłodzenia. Dlatego często występuje w towarzystwie chromu.

Molibden - poprawia hartowność stali. Także tworzy twarde węgliki.

Nikiel - w punktu widzenia właściwości narzędziowych ma małe znaczenie w stalach do pracy na zimno. W stalach do pracy na gorąco znacznie większe. Stale niklowe tworzą wyraźne kontrasty ze stalami "bezniklowymi" w skuwanych dziwerach.

Aluminium - choć często traktowane jako zanieczyszczenie, ma bardzo ważną rolę w procesach hutniczych. Uspokaja stal, odtlenia i wpływa na drobnoziarnistość stali. Ponadto w większych ilościach tworzy bardzo twarde azotki. Pełni ważna rolę w stalach szybkotnących.

Siarka - zanieczyszczenie wywołujące radykalnie większa podatność na pęknięcia podczas kucia na gorąco. Bardzo mocno polepsza skrawanie, dlatego jest świadomie dodawana do stali automatowych.

Fosfor - zanieczyszczenie. Mocno zwiększa kruchość stali w niskich temperaturach. Ale ułatwia zgrzewanie z innymi stalami. Kiedyś pospolicie występujące zanieczyszczenie, ale "wykorzystywane" właśnie do skuwania stali z dulem.


*hartowność stali to zdolność do hartowania się wgłąb w danym ośrodku hartowniczym. Stale o mniejszej hartowności wymagają większego tempa
chłodzenia, np. w wodzie. A te o dużej hartowności mogą być studzone wolniej, np. w olejach lub nawet gazem.

**węgliki w stalach tworzą te pierwiastki, które znajdują się na lewo od żelaza w okresowym układzie pierwiastków.

***wzrost twardości stali w wyniku odpuszczania wysokiego podczas którego wydzielają się drobne węgliki.

Pozdrawiam

Stalowy Piotr, czyli Kosiarz

 

 

Dzisiaj będzie o tym, czy twarde znaczy kruche, a plastyczne to miękkie. Czyli wyjaśniamy częste uproszczenia, nie koniecznie mające coś wspólnego z rzeczywistością. Postaram się na luzie i bez trudnych słów to opisać. 

Technologiczne własności stali.
Zacznijmy od tego, co to znaczy kruche. Bo ilekroć słyszę, że to nie nadaje się na nóż, bo jest kruche, to mnie krew zalewa. Niestety spora większość materiałów które używamy na głownie, jest krucha. A co to znaczy? Że po przekroczeniu pewnej siły (granicy zniszczeniowej) materiał pęka krucho. Czyli jest kruchy. Nie wykazuje zdolności do odkształceń plastycznych. Ale to nie daje nam wiedzy, ile tej siły zużyliśmy do zniszczenia próbki. Więc czy kruche znaczy słabe? Mało wytrzymałe? Nie, to nie to samo. Są materiały kruche ale bardzo wytrzymałe, jak i kruche ale mało wytrzymałe. A co jest przeciwieństwem kruchości? Może plastyczność.
Plastyczne znaczy wytrzymałe? No oczywiście, że nie. Plastelina jest wyjątkowo plastyczna, ale łatwo ją rozerwać, zniszczyć czy też przeciąć lub złamać wałeczek plastelinowy. Plastyczność oznacza zdolność materiału do odkształceń plastycznych (zmiany kształtu/wymiarów, można je podzielić na dwie podstawowe kategorie: odkształcenia trwałe i sprężyste) po przekroczeniu pewnej przyłożonej siły. W zasadzie można rzec, że właśnie mocno plastyczne materiały łatwiej zniszczyć.
A czy kruchość ma związek z twardością? A plastyczność z "miękkością"? No niby tak, ale nie zupełny. W przypadku stali, zachodzą pewne korelacje (np. ta sama stal w temperaturze pokojowej może być krucha i twarda a po podgrzaniu to czerwoności jest plastyczna i znacznie bardziej miękka niż w temperaturze pokojowej), ale można tak narozrabiać, że tą samą o stal (dajmy na to 50hf) można tak obrobić cieplnie, że będzie miała spora twardość i wytrzymałość z zachowaniem pewnych cech plastycznych, a można tak, że będzie dużo bardziej miękka a jednocześnie krucha/osłabiona.
Lub jeszcze inaczej... niech ktoś weźmie plastycznego gwoździa, niech będzie fi5, a ja zrobię taki sam pręcik fi5 z dużo twardszej stali i sprawdzimy, który będzie trudniej zniszczyć. Kto obstawia za gwoździem?

No dobra. jest jakiś "kozak", który znajdzie mi jednostkę fizyczną opisującą tzw. "wytrzymałość" stali? Pewnie nie, bo nie ma takiej własności. To własność bardziej opisowa, ogólna i ma swoje konkretne cechy (nazwijmy je typami wytrzymałości). I teraz o nich.

Własności mechaniczne stali, które nas interesują (w przypadku noży) a które mają opisowe lub liczbowe przełożenie w technice, to:
- twardość (to odporność materiału na odkształcenia trwałe, przeciwstawianie się twardszym materiałom).
- ścieralność (odporność materiału na ścieranie, mocno związana z twardością. W zasadzie można rzec, że to też jest twardość, ale rozpatrywana z uwzględnieniem mikroskali)
- wytrzymałość na rozciąganie (to odporność materiału na siły rozciągające, czasem dynamiczne. Określa się je poprzez rozciąganie prętów z duża siłą, lub poprzez udarowe skręcanie próbek). Wytrzymałość na rozciąganie bywa potocznie czasem zwana ciągliwościom/ wiązkościom, ale to dośc nieprecyzyjne, bo udarność też bywa podciągana pod ciągliwość/wiązkość
- udarność stali - to zdolność materiału do przenoszenia obciążeń "bocznych", najczęściej udarowych/dynamicznych(ale nie tylko, bo statycznie też się bada udarność). Czyli po prostu próba łamania próbek z pomocą młoda (np. młoda Charpiego). Lub statycznie.
- sprężystość - zdolność stali do sprężystych odkształceń, określana poprzez tzw. "strzałki ugięcia".

Jakimi symbolami oznacza się na wykresach najważniejsze dla nas własności?
Rm - wytrzymałość na rozciąganie
Rg - wytrzymałość na zginanie
Rs - wytrzymałość na skręcanie
HRC, HB, HV - twardość
Oczywiście można spotkać inne oznaczenia, dlatego warto czytać opisy pod wykresami a najlepiej całe lektury i źródła w których się je znalazło.
Ścieralność niestety (według mojej wiedzy) nie doczekała się jeszcze tak precyzyjnie określonej definicji i symbolu, jest to póki co jeszcze właściwość mocno opisowa.

Jest tego więcej, np. wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na pełzanie czy wytrzymałość zmęczeniowa. Ale większość z nich w przypadku noży, moim zdaniem możemy pominąć, bo noży nie ściskamy (no chyba, że naciskamy na krawędź tnącą przy cięciu typu puschcut). Nie pracują w zmiennych wysokich temperaturach, więc pełzanie nas nie dotyczy. A wytrzymałość zmęczeniowa to praca o bardzo dużej ilości powtórzeń, jak. np. resory w samochodach (tysiące razy w dół i do góry), więc to także nie jest temat dla nożowników (chyba, że przy doborze złomu jako materiał na noże - trzeba jakoś wybadać, czy ten resor nie jest spracowany, bo może mieć dużo mikropęknięc będących wynikiem pracy zmęczeniowej).

To tak ogółem i opisowo o własnościach mechanicznych stali. Kto chce się bardziej zgłębić w temat, polecam lektury naukowe. Na początek i dobry start "Technologia Metali" Okoniewskiego Tom I.
A bardziej zaawansowanie, to "Spawalność i Kruchość Stali" - prof. Butnicki, oraz "Wytrzymałość Dynamiczna i Kruchość Metali" - prof. Pogodin-Aleksiejew).

Ten temat pozwolę sobie kiedyś jeszcze poprawić, edytować (pewnie nie raz) bo to ze wszystkich Prac Herkulesowych, taka no... pięta Achillesowa (skoro już przy greckiej mitologii jesteśmy)

Pozdrawiam
Nożownik Kosiarz, czyli Stalowy Piotr