Perché una lama da coltello CPM -20CV è una scelta eccellente

Quando un produttore di coltelli progetta un nuovo design, la selezione dell’acciaio della lama contribuisce in modo determinante al successo o al fallimento del prodotto. La dimensione della lama, il suo spiegamento, i materiali dell’impugnatura, le considerazioni estetiche, l’ergonomia della forma dell’impugnatura e l’equilibrio: Tutte queste scelte influenzano il risultato del processo di progettazione, ma forse nessuna singola decisione ha più peso della selezione della lega di acciaio per formare la lama stessa.

Quattro criteri ragionevolmente oggettivi e una misura un po’ soggettiva delle prestazioni fanno la lista delle proprietà che i produttori di coltelli valutano quando scelgono un acciaio per un nuovo prodotto. Alcune di queste proprietà si scambiano l’una con l’altra alle estremità opposte di un unico continuum, rendendo impossibile ottimizzare tutte le qualità in ogni singola lega di acciaio.

1. La durezza misura quanto bene un acciaio resiste alle forze che cercano di deformarlo. Dall’inizio del 20° secolo, le misurazioni scientifiche della durezza dei materiali si sono basate su una serie di test di laboratorio chiamati scale Rockwell, dal nome di Hugh Rockwell, co-inventore dell’apparecchio di prova. Tra queste scale, la scala C è usata per rappresentare i valori di durezza degli acciai da taglio, con valori numerici seguiti dall’abbreviazione “HRC”. Nel test di durezza delle leghe, una forza specifica spinge un attrezzo con punta di diamante in un campione del materiale, e la profondità dell’ammaccatura risultante riflette la capacità del materiale di resistere al colpo. Le scale Rockwell usano numeri arbitrari per rappresentare i loro punteggi.

Anche se si possono usare i punteggi Rockwell per confrontare i risultati dei test di durezza di un acciaio con quelli di un altro, non è possibile correlare i punteggi con qualsiasi osservazione specifica o risultato del test stesso perché i punteggi Rockwell sono astrazioni. La maggior parte degli acciai per coltelli ottiene un punteggio tra 58 e 62 HRC, con la maggioranza tra 50 e 60.

Una lama di coltello che si piega permanentemente mentre è in servizio dimostra che il suo acciaio non ha una durezza sufficiente per il compito. In alcuni casi, un progettista può compensare questa carenza rendendo tutta o parte della lama più spessa, o cambiando il modo in cui l’acciaio è prodotto per aumentare la sua durezza intrinseca. In altri casi, l’unica soluzione è scegliere una lega di acciaio più duro.

Nei coltelli Benchmade che usano CPM 20CV della Crucible Industries, la durezza misura da 59 a 61 HRC. Poiché le “ricette” del trattamento termico influenzano la durezza finale di un acciaio per lame, un altro produttore può citare diversi valori HRC per lo stesso acciaio. Questa durezza è leggermente superiore a quella dell’implementazione di 440C di Benchmade, una lega a lungo popolare per la fabbricazione di coltelli, che misura da 50 a 60 HRC.

2. La tenacità rappresenta quanto bene un acciaio resiste all’impatto o allo stress senza mostrare rotture, schegge o crepe. Un fallimento di tenacità può causare un risultato catastrofico se un coltello si rompe durante l’uso, con conseguente potenziale lesione per l’utente così come l’esito imprevisto del compito a portata di mano. Per una lama di coltello, è più facile prevedere il corso graduale dell’usura che il verificarsi improvviso di un guasto di tenacità, e meglio consumarsi che fallire.

Una tenacità inadeguata può derivare da una formula di lega stessa, dal modo in cui l’acciaio è stato trattato termicamente, da una molatura inappropriata durante la fabbricazione, o da molte combinazioni di altri fattori.

La tenacità è più difficile da quantificare della durezza perché nessun singolo test fornisce una misura standardizzata dell’attributo. Tipicamente, i test di durezza si basano su misure di quanto un acciaio possa piegarsi prima di rompersi, o di quanto bene il materiale sopravviva all’impatto. In molti casi, la tenacità e la durezza competono per la supremazia, nel senso che la rigidità che equivale alla tenacità può venire a scapito della capacità di piegarsi senza deformazioni.

Crucible Industries’ CPM 20CV offre una tenacità che è essenzialmente uguale a quella di 440C, un acciaio inossidabile collaudato nel tempo spesso scelto per la fabbricazione di lame.

3. La resistenza all’usura misura la capacità di un acciaio di entrare in contatto con un’ampia varietà di sostanze e di resistere alla perdita di parte del suo volume quando sfrega contro materiale ruvido o quando raccoglie pezzi di materia da altri oggetti. Le cause dell’usura possono provenire dagli stessi oggetti che l’utente tenta di tagliare, così come da altre influenze nell’ambiente di lavoro. La prova di usura simula il contatto reale tra la lama di un coltello e una fonte di interazione distruttiva.

Quando una superficie ruvida sfrega via la lama di un coltello e rimuove parte del metallo, questa forma di usura costituisce un’abrasione. L’usura abrasiva può trasformare il bordo tagliente di una lama in una superficie opaca e arrotondata, anche senza applicare una pressione elevata al coltello. Al contrario, quando la superficie liscia della lama di un coltello entra in contatto con superfici lisce ma dure come altri oggetti in acciaio, il risultato può trasferire materiale sulla lama del coltello. A differenza dell’abrasione, l’adesione richiede una pressione abbastanza alta per creare la quantità di attrito necessaria per strappare la superficie della lama.

Crucible Industries’ CPM 20CV offre essenzialmente cinque volte la resistenza all’usura di 440C.

4. La resistenza alla corrosione riflette quanto bene un acciaio evita di sviluppare ossidazione in risposta all’esposizione a umidità, umidità o sale nel suo ambiente. Il modo più comune per aumentare la resistenza alla corrosione consiste nell’introduzione di cromo nella chimica di una lega. Sebbene il familiare termine “acciaio inossidabile” rappresenti in realtà un termine improprio eccessivamente ottimistico, i livelli di contenuto di cromo sono correlati alla capacità di ritardare o ridurre l’ossidazione e di consentire la manutenzione preventiva per prevenirla.

Crucible Industries’ CPM 20CV mostra una maggiore resistenza alla corrosione rispetto a 440C, con sei settimi di resistenza per 440C rispetto a CPM 20CV.

5. La ritenzione del bordo tenta di quantificare quanto bene e quanto a lungo una lama rimane affilata attraverso l’uso. La Cutlery and Allied Trade Research Association, o CATRA, ha sviluppato una macchina di prova che tenta di valutare la ritenzione del filo relativa. Nell’apparecchio di prova, il coltello in esame si monta con il tagliente rivolto verso l’alto, e una pila di carta sintetica speciale impregnata del 5% di silice si abbassa sulla lama. La lama si muove avanti e indietro, tagliando la carta, e il contenuto di silice introduce una piccola quantità di usura sul bordo. Il test misura la prestazione della lama nelle sue condizioni di fabbrica, così come il numero e la profondità dei tagli che la lama può completare. Questa combinazione di Performance iniziale di taglio, o ICP, con il Taglio totale della carta, o TCC, costituisce i parametri di valutazione. Lo stesso apparecchio di prova può valutare anche l’attrezzatura di affilatura. Lo strumento di prova CATRA fa parte dell’attrezzatura di valutazione in uso presso molti produttori di coltelli leader, tra cui Benchmade, Buck Knives e Spyderco.

Crucible Industries’ CPM 20CV raggiunge un punteggio di prova CATRA di 180, rispetto al punteggio di 440C di 100.

Chimica della lega

La chimica completa ed esatta della lega CPM 20CV di Crucible Industries rimane un segreto di proprietà. Tuttavia, il contenuto nominale dell’acciaio è ben documentato: 1,9% di carbonio, 20,0% di cromo, 1,0% di molibdeno, 4,0% di vanadio, 0,3% di silicio, 0,6% di tungsteno e 0,3% di manganese. L’alto contenuto di carbonio produce una durezza considerevole. La quantità sostanziale di cromo indica la resistenza alla corrosione. Infatti, oggi sul mercato, CPM 20CV contiene la più grande quantità di cromo di qualsiasi acciaio inossidabile con un alto livello di vanadio. Questo contenuto di vanadio conferisce tenacità, resistenza all’usura e ritenzione dei bordi. Il manganese della lega aumenta la durezza, la resistenza alla trazione e la resistenza all’usura. Il molibdeno migliora la ritenzione dei bordi. Il tungsteno aumenta la resistenza all’usura e il silicio aumenta la durezza e previene il pitting.

Il processo CPM e i suoi vantaggi

Nel 1970, Crucible Industries di Solvay, New York, ha introdotto il processo brevettato di produzione dell’acciaio che ha progettato, chiamato Crucible Particle Metallurgy. Questo metodo di produzione innovativo supera gli svantaggi critici specifici della produzione di acciaio convenzionale, ottenendo un prodotto che migliora le prestazioni in uso delle leghe prodotte tradizionalmente.

Nel metodo vecchio stile di produzione dell’acciaio, gli ingredienti di una lega si fondono in un forno ad arco elettrico. Dopo che il metallo fuso subisce una fase di raffinazione secondaria, si trasferisce in una siviera che lo versa in stampi. Il problema con questa sequenza di passaggi si verifica quando la lega si raffredda in lingotti.

Miscelati insieme allo stato fuso in un forno, gli elementi che compongono una lega d’acciaio si mescolano accuratamente. Solidificandosi e raffreddandosi nelle lingottiere, gli elementi si separano in una microstruttura grossolana che non è uniforme. Un’ulteriore lavorazione può rompere gli elementi segregati e tentare di ripristinare la miscela omogenea che si è formata nel forno, ma gli elementi non si ricombinano mai completamente. In un acciaio con una percentuale così sostanziale di elementi di lega e una quantità così grande di carbonio come la formula di CPM 20CV incorpora, gli effetti della segregazione elementare persistono ancora di più, e gli effetti negativi sulle capacità del metallo finito sono più pronunciati, di quanto lo sarebbero con una combinazione di lega più semplice.

Il processo brevettato CPM di Crucible allevia questi problemi prima che possano iniziare. A parte la necessità iniziale di fondere insieme gli elementi di lega in un forno, il CPM condivide poche fasi procedurali con la produzione di acciaio convenzionale. Una volta che la lega CPM si fonde e si mescola, il materiale fuso si muove attraverso un piccolo ugello, atomizzandosi in uno spruzzo di particelle sottili spinto da un gas ad alta pressione. Le particelle di acciaio si raffreddano in piccole sfere, formando una polvere che mantiene la composizione omogenea originale del metallo fuso. Ogni particella di metallo costituisce un lingotto in miniatura.

L’acciaio in polvere si carica in un contenitore sigillato da cui viene rimossa l’aria. Il contenitore è sottoposto a Hot Isostatic Pressing, o HIP, un processo che utilizza il calore e la pressione per combinare le particelle di acciaio in un solido chiamato compatto. Il compatto può essere macinato in forme che si adattano a specifici processi di fabbricazione del prodotto e può subire il trattamento termico necessario per finalizzare e ottimizzare le prestazioni specifiche dell’acciaio per un’applicazione desiderata.

CPM 20CV è un acciaio martensitico, che si riferisce alla sua struttura cristallina dura con grani a forma di lente o lenticolari. In una lega ricca di carbonio come CPM 20CV, il processo di austenitizzazione riscalda l’acciaio fino a quando la sua struttura cristallina cambia per diventare austenite invece di ferrite. La martensite si forma quando l’austenite si raffredda così rapidamente che il carbonio nell’acciaio sovrasatura una forma speciale di ferrite. Gli atomi del metallo si riorganizzano effettivamente in una forma che dimostra un cambiamento di densità e, quindi, di volume. La martensite mostra un aumento significativo della tenacità rispetto ai suoi precursori.

Il processo di trattamento termico inizia con un lento riscaldamento, preriscaldamento a una temperatura uniforme prima di aumentare alla temperatura di austenizzazione, che è determinata dalla chimica della lega dell’acciaio. La fase di tempra abbassa la temperatura di 1.000 gradi F o più, permettendo al metallo di diventare martensitico. Il rinvenimento completa il processo di indurimento e contrasta la natura fragile della martensite.

Confronto con altri acciai per coltelli

Quando si esaminano le prestazioni di CPM 20CV rispetto ad altre leghe di acciaio leader, si scopre rapidamente che offre numerose proprietà che sono ideali per la fabbricazione di coltelli.

Con l’1,9% di carbonio, il 20,0% di cromo, l’1,0% di molibdeno, il 4,0% di vanadio, lo 0,3% di silicio, lo 0,6% di tungsteno e lo 0,3% di manganese, CPM 20CV eccelle nella resistenza all’usura e alla corrosione. Offre anche una buona tenacità. Le sue capacità di ritenzione del bordo lo rendono facile da mantenere affilato ma potenzialmente difficile da affilare.

CPM M4, anche un prodotto Crucible Industries, incorpora 1,42% di carbonio, 4,0% di cromo, 5,25% di molibdeno, 4,0% di vanadio, 0,06% di silicio, 5,5% di tungsteno e 0,3% di manganese. Anche se è un acciaio ad alto tenore di carbonio, incorpora meno carbonio di CPM 20CV, così come meno cromo. Insieme al carbonio, la combinazione di molibdeno, vanadio e tungsteno del CPM M4 produce un’eccellente tenacità, un’elevata durezza a 62-64 HRC e livelli altrettanto elevati di resistenza all’usura. Tuttavia, a differenza di CPM 20CV, CPM M4 non è un acciaio inossidabile. Prevenire lo sviluppo dell’ossidazione su questa lega richiede uno sforzo particolare. CPM M4 è almeno un terzo più duro di CPM 20CV, con una resistenza all’usura uguale e forse un settimo della resistenza alla corrosione.

440C è un acciaio inossidabile martensitico con un’eccellente resistenza alla corrosione e un alto grado di durezza a HRC 58 a 60. Un pilastro tra i fabbricanti di coltelli, contiene il più carbonio di tutti e tre gli acciai del gruppo 440. Rispetto al CPM 20CV, offre la stessa tenacità, circa un quinto della resistenza all’usura e circa sei settimi della resistenza alla corrosione. Le sue capacità di ritenzione del bordo anche cadere dietro quelli di CPM 20CV.

Coltelli notevoli

La linea di prodotti 2016 Benchmade presenta due coltelli che incorporano lame fatte da CPM 20CV di Crucible Industries. Questi includono il Benchmade 928 Proxy e il Benchmade 698 Foray.

Il Benchmade 928 Proxy presenta affidabilità e durata di classe blu per l’uso quotidiano. Progettato da Warren Osborne, comprende una lama drop-point con un bordo liscio o parzialmente seghettato in una finitura satinata non rivestita. Le scale della maniglia combinano il titanio 6AL-4V a sinistra per supportare il design monolock del coltello e il laminato G10 desert tan a destra. La clip da tasca reversibile tip-up in acciaio inox split arrow si fissa con tre viti Torx. Il Benchmade 928 Proxy misura 8,85 pollici complessivi e 5,09 pollici chiuso, con una lama da 3,87 pollici che misura 0,15 pollici di spessore. La maniglia misura 0,5 pollici di spessore. Questo coltello tattico, all’aperto e orientato alla sopravvivenza pesa 4,86 once. Il prezzo al dettaglio suggerito dal produttore è $295.

Anche un coltello di classe blu, il Benchmade 698 Foray rappresenta il lavoro di progettazione di Allen Elishewitz e aggiorna il Benchmade 690 che è diventato il coltello dell’anno 2001 della rivista Shooting Industry. Questo design ambidestro AXIS Lock utilizza una lama drop-point, disponibile sia con un bordo liscio o con dentellatura, e solo in finitura satinata. CPM 20CV rappresenta un aggiornamento per questo nuovo coltello rispetto al suo predecessore, che utilizzava 154 CM. Il Benchmade 698 Foray è dotato di scale di manico composito in fibra di vetro G10 nero sagomato con fodere in acciaio inossidabile 410SS. La clip da tasca reversibile tip-up si attacca a entrambe le scale del manico. Il coltello misura 7,32 pollici di lunghezza complessiva e 4,14 pollici chiuso, con una lama da 3,24 pollici che misura 0,137 pollici di spessore. La maniglia misura 0,56 pollici di spessore. Questo coltello da portare tutti i giorni e all’aperto pesa 3,58 once. Il prezzo al dettaglio suggerito dal produttore è $225.

In conclusione

Crucible Industries ha creato CPM 20CV per l’uso nella fabbricazione di parti di attrezzature per lo stampaggio a iniezione, coltelli per la pellettizzazione e la granulazione, attrezzature per la trasformazione alimentare e coltelli per uso individuale. Tutte queste applicazioni richiedono la capacità di resistere all’usura in circostanze difficili. Le proprietà di CPM 20CV gli permettono di offrire la durezza, la tenacità, la resistenza all’usura e alla corrosione e la ritenzione del filo che rendono grandi prestazioni per i proprietari di coltelli esigenti.

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