Why a CPM -20CV Knife Blade Is an Excellent Choice

Kiedy producent noży planuje nowy projekt, wybór stali na ostrze ma decydujący wpływ na sukces lub porażkę produktu. Rozmiar ostrza, rozmieszczenie ostrza, materiały rękojeści, względy estetyczne, ergonomia kształtu i równowagi rękojeści: Wszystkie te wybory wpływają na wynik procesu projektowania, ale być może żadna pojedyncza decyzja nie ma większej wagi niż wybór stopu stali do stworzenia samego ostrza.

Cztery w miarę obiektywne kryteria i jedna nieco subiektywna miara wydajności tworzą listę właściwości, które producenci noży oceniają przy wyborze stali na nowy produkt. Niektóre z tych właściwości konkurują ze sobą na przeciwległych końcach kontinuum, co uniemożliwia optymalizację wszystkich cech w pojedynczym stopie stali.

1. Twardość mierzy jak dobrze stal opiera się siłom, które próbują ją zdeformować. Od początku XX wieku, naukowe pomiary twardości materiałów opierają się na zestawie testów laboratoryjnych zwanych skalami Rockwella, nazwanych tak na cześć Hugh Rockwella, współwynalazcy aparatury badawczej. Wśród tych skal, skala C jest używana do przedstawiania wartości twardości dla stali nożowych, z wartościami liczbowymi, po których następuje skrót „HRC”. Podczas badania twardości stopów, określona siła wbija narzędzie z końcówką diamentową w próbkę materiału, a głębokość powstałego wgniecenia odzwierciedla zdolność materiału do wytrzymania uderzenia. Skale Rockwell’a używają arbitralnych liczb do przedstawienia swoich wyników.

Choć możesz użyć wyników Rockwell’a do porównania wyników testów twardości jednej stali z wynikami innej, nie możesz skorelować wyników z żadną konkretną obserwacją lub rezultatem samego testu, ponieważ wyniki Rockwell’a są abstrakcją. Większość stali nożowych osiąga wynik pomiędzy 58 a 62 HRC, a większość pomiędzy 50 a 60.

Ostrze noża, które wygina się na stałe podczas użytkowania dowodzi, że jego stal nie ma wystarczającej twardości do tego zadania. W niektórych przypadkach, projektant może zrekompensować ten brak poprzez pogrubienie całości lub części ostrza, lub poprzez zmianę sposobu produkcji stali w celu zwiększenia jej wewnętrznej twardości. W innych przypadkach, jedynym rozwiązaniem jest wybór twardszego stopu stali.

W nożach Benchmade, które używają CPM 20CV Crucible Industries, twardość mierzy od 59 do 61 HRC. Ponieważ „receptury” obróbki cieplnej wpływają na ostateczną twardość stali na ostrze, inny producent może podawać różne wartości HRC dla tej samej stali. Twardość ta jest nieco większa niż twardość stali 440C stosowanej przez Benchmade, od dawna popularnego stopu do produkcji noży, która mierzy od 50 do 60 HRC.

2. Twardość określa, jak dobrze stal wytrzymuje uderzenia lub naprężenia bez wykazywania pęknięć, odprysków lub pęknięć. Uszkodzenie twardości może spowodować katastrofalny wynik, jeśli nóż złamie się podczas użytkowania, powodując potencjalne obrażenia użytkownika, jak również nieoczekiwany wynik zadania. W przypadku ostrza noża, łatwiej jest przewidzieć stopniowe zużywanie się ostrza niż nagłe pojawienie się wady ciągliwości i lepiej jest się zużyć niż zawieść.

Nieodpowiednia ciągliwość może wynikać z samej formuły stopu, sposobu obróbki cieplnej stali, niewłaściwego szlifowania podczas produkcji lub z wielu kombinacji innych czynników.

Twardość jest trudniejsza do określenia niż twardość, ponieważ żaden pojedynczy test nie zapewnia standaryzowanej miary tego atrybutu. Zazwyczaj, badanie ciągliwości opiera się na pomiarach, jak daleko stal może się zgiąć zanim pęknie, lub jak dobrze materiał przetrwa uderzenie. W wielu przypadkach ciągliwość i twardość rywalizują o dominację, ponieważ sztywność równa ciągliwości może odbywać się kosztem zdolności do zginania bez deformacji.

Crucible Industries’ CPM 20CV oferuje ciągliwość, która jest zasadniczo równa 440C, sprawdzonej w czasie stali nierdzewnej często wybieranej do produkcji ostrzy.

3. Odporność na ścieranie mierzy zdolność stali do wchodzenia w kontakt z wieloma różnymi substancjami i opierania się albo utracie części swojej objętości, gdy ociera się o szorstki materiał, albo zbieraniu kawałków materii z innych przedmiotów. Przyczyny zużycia mogą pochodzić od samych przedmiotów, które użytkownik próbuje ciąć, jak również od innych czynników występujących w środowisku pracy. Testy zużycia symulują rzeczywisty kontakt pomiędzy ostrzem noża a źródłem destrukcyjnej interakcji.

Gdy szorstka powierzchnia ściera ostrze noża i usuwa część metalu, ta forma zużycia stanowi ścieranie. Zużycie ścierne może zmienić ostrą krawędź ostrza w tępą i zaokrągloną powierzchnię, nawet bez stosowania dużego nacisku na nóż. I odwrotnie, kiedy gładka powierzchnia ostrza noża wchodzi w kontakt z gładkimi, ale twardymi powierzchniami, takimi jak inne stalowe przedmioty, rezultatem może być przeniesienie materiału na ostrze noża. W przeciwieństwie do ścierania, przyleganie wymaga wystarczająco dużego nacisku, aby wytworzyć tarcie niezbędne do rozerwania powierzchni ostrza.

Crucible Industries’ CPM 20CV oferuje zasadniczo pięciokrotnie większą odporność na ścieranie niż 440C.

4. Odporność na korozję odzwierciedla to, jak dobrze stal unika rozwoju utleniania w odpowiedzi na ekspozycję na wilgoć, wilgoć lub sól w swoim środowisku. Najczęstszym sposobem na zwiększenie odporności na korozję leży w wprowadzeniu chromu do chemii stopu. Chociaż znany termin „stal nierdzewna” w rzeczywistości stanowi zbyt optymistyczne błędne określenie, poziomy zawartości chromu korelują ze zdolnością do opóźniania lub ograniczania utleniania i umożliwiają konserwację zapobiegawczą, aby je wyprzedzić.

Crucible Industries’ CPM 20CV wykazuje większą odporność na korozję niż 440C, z sześcioma siódmymi odporności dla 440C niż dla CPM 20CV.

5. Zachowanie krawędzi próbuje określić, jak dobrze i jak długo ostrze pozostaje ostre podczas użytkowania. Cutlery and Allied Trade Research Association, czyli CATRA, opracowała urządzenie testujące, które próbuje ocenić względną trwałość krawędzi. W urządzeniu testowym, badany nóż mocuje się krawędzią tnącą skierowaną do góry, a na ostrze opuszcza się stos specjalnego syntetycznego papieru impregnowanego 5% krzemionką. Ostrze porusza się w przód i w tył, tnąc papier, a zawartość krzemionki powoduje niewielkie zużycie krawędzi. Test mierzy wydajność ostrza w jego fabrycznie nowym stanie, a także liczbę i głębokość cięć, które może wykonać ostrze. To połączenie początkowej wydajności cięcia (ICP) z całkowitym cięciem (TCC) stanowi parametry oceny. To samo urządzenie testujące może również oceniać sprzęt do ostrzenia. Urządzenie testowe CATRA stanowi część wyposażenia używanego przez wielu wiodących producentów noży, w tym Benchmade, Buck Knives i Spyderco.

Crucible Industries’ CPM 20CV osiąga wynik testu CATRA równy 180, w porównaniu do wyniku 440C równego 100.

Skład chemiczny stopu

Pełny i dokładny skład chemiczny stopu CPM 20CV Crucible Industries pozostaje zastrzeżoną tajemnicą. Jednakże, nominalna zawartość stali jest dobrze udokumentowana i wynosi 1,9% węgla, 20,0% chromu, 1,0% molibdenu, 4,0% wanadu, 0,3% krzemu, 0,6% wolframu i 0,3% manganu. Wysoka zawartość węgla daje znaczną twardość. Znaczna ilość chromu wskazuje na odporność na korozję. W rzeczywistości, na rynku dzisiaj, CPM 20CV zawiera największą ilość chromu z każdej stali nierdzewnej z wysokim poziomem wanadu. Ta zawartość wanadu zapewnia twardość, odporność na zużycie i zachowanie krawędzi. Mangan w stopie zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie i odporność na ścieranie. Molibden zwiększa trwałość krawędzi. Wolfram zwiększa odporność na ścieranie, a krzem zarówno zwiększa twardość, jak i zapobiega powstawaniu wżerów.

Proces CPM i jego zalety

W 1970 roku Crucible Industries of Solvay, New York, wprowadziła opatentowany proces wytwarzania stali, który sama opracowała, zwany Crucible Particle Metallurgy. Ta innowacyjna metoda produkcji przezwycięża wady konwencjonalnej produkcji stali, dając produkt, który przewyższa parametrami użytkowymi tradycyjnie produkowane stopy.

W staromodnej metodzie produkcji stali, składniki stopu topią się w elektrycznym piecu łukowym. Po stopiony metal przechodzi wtórny etap rafinacji, przenosi się go do kadzi, która wlewa go do form. Problem z tą sekwencją kroków pojawia się, gdy stop stygnie do wlewków.

Mieszane razem w stanie stopionym w piecu, elementy, które tworzą stop stali mieszają się razem dokładnie. Po zestaleniu i schłodzeniu w formach wlewków, elementy te rozdzielają się tworząc gruboziarnistą mikrostrukturę, która nie jest jednolita. Dodatkowa obróbka może rozbić posegregowane elementy i spróbować przywrócić jednorodną mieszankę, która powstała w piecu, ale elementy nigdy nie łączą się ponownie. W stali o tak znacznym udziale procentowym pierwiastków stopowych i tak dużej ilości węgla, jaką zawiera formuła CPM 20CV, efekty segregacji pierwiastków utrzymują się jeszcze bardziej, a negatywny wpływ na możliwości gotowego metalu jest bardziej wyraźny, niż w przypadku prostszej kombinacji stopów.

Opatentowany przez firmę Crucible proces CPM łagodzi te problemy, zanim zdążą się one pojawić. Poza koniecznością stopienia pierwiastków stopowych w piecu, proces CPM ma niewiele wspólnych etapów z konwencjonalną produkcją stali. Gdy stop CPM stopi się i wymiesza, roztopiony materiał przechodzi przez małą dyszę, rozpylając się w strumień drobnych cząstek napędzanych gazem pod wysokim ciśnieniem. Cząstki stali stygną w maleńkie kule, tworząc proszek, który zachowuje pierwotny, jednorodny skład stopionego metalu. Każda cząstka metalu stanowi miniaturowy wlewek.

Sproszkowana stal ładuje się do szczelnego pojemnika, z którego usuwane jest powietrze. Pojemnik jest poddawany prasowaniu izostatycznemu na gorąco, czyli HIP, procesowi, który wykorzystuje ciepło i ciśnienie do połączenia cząstek stali w ciało stałe zwane kompaktem. Kompakt może być frezowany do form, które odpowiadają określonym procesom produkcji wyrobów i może być poddany obróbce cieplnej niezbędnej do sfinalizowania i zoptymalizowania specyficznych parametrów stali do pożądanego zastosowania.

CPM 20CV jest stalą martenzytyczną, co odnosi się do jej twardej struktury krystalicznej z ziarnami w kształcie soczewek lub soczewek. W stopie bogatym w węgiel, takim jak CPM 20CV, proces austenityzacji podgrzewa stal, aż jej struktura krystaliczna zmieni się w austenit zamiast ferrytu. Martenzyt powstaje, gdy austenit ochładza się tak szybko, że węgiel w stali przesycony jest specjalną formą ferrytu. Atomy w metalu zmieniają swoją strukturę, co powoduje zmianę gęstości, a tym samym objętości. Martenzyt wykazuje znaczny wzrost ciągliwości w stosunku do swoich prekursorów.

Proces obróbki cieplnej rozpoczyna się od powolnego nagrzewania, podgrzewania do jednolitej temperatury przed zwiększeniem do temperatury austenizacji, która jest określona przez chemię stopu stali. Faza hartowania obniża temperaturę o 1000 stopni F lub więcej, umożliwiając przejście metalu w stan martenzytyczny. Odpuszczanie kończy proces hartowania i przeciwdziała kruchości martenzytu.

Porównanie z innymi stalami do produkcji noży

Gdy zbadasz wydajność CPM 20CV w stosunku do innych wiodących stopów stali, szybko odkryjesz, że oferuje ona liczne właściwości, które są idealne do produkcji noży.

Przy 1,9% węgla, 20,0% chromu, 1,0% molibdenu, 4,0% wanadu, 0,3% krzemu, 0,6% wolframu i 0,3% manganu, CPM 20CV wyróżnia się odpornością na zużycie i korozję. Oferuje również dobrą ciągliwość. Jego zdolność do utrzymywania krawędzi sprawia, że jest łatwy w utrzymaniu ostrości, ale potencjalnie trudny do naostrzenia.

CPM M4, również produkt Crucible Industries, zawiera 1,42% węgla, 4,0% chromu, 5,25% molibdenu, 4,0% wanadu, 0,06% krzemu, 5,5% wolframu i 0,3% manganu. Chociaż jest to stal wysokowęglowa, zawiera mniej węgla niż CPM 20CV, jak również mniej chromu. W połączeniu z węglem, połączenie molibdenu, wanadu i wolframu w CPM M4 daje doskonałą ciągliwość, wysoką twardość na poziomie 62 do 64 HRC i równie wysoki poziom odporności na zużycie. Jednak w przeciwieństwie do CPM 20CV, CPM M4 nie jest stalą nierdzewną. Zapobieganie utlenianiu się tego stopu wymaga szczególnego wysiłku. CPM M4 jest co najmniej o jedną trzecią twardszy niż CPM 20CV, z równą odpornością na ścieranie i być może jedną siódmą odporności na korozję.

440C jest martenzytyczną stalą nierdzewną o doskonałej odporności na korozję i wysokim stopniu twardości przy HRC 58 do 60. Główną ostoją wśród producentów noży, zawiera najwięcej węgla ze wszystkich trzech stali w grupie 440. W porównaniu do CPM 20CV, oferuje taką samą ciągliwość, około jedną piątą odporności na ścieranie i około sześć siódmych odporności na korozję. Jego możliwości zachowania krawędzi również pozostają w tyle za CPM 20CV.

Noża godne uwagi

W linii produktów Benchmade na rok 2016 znalazły się dwa noże, w których zastosowano ostrza wykonane z CPM 20CV Crucible Industries. Są to Benchmade 928 Proxy i Benchmade 698 Foray.

Benchmade 928 Proxy charakteryzuje się niezawodnością i trwałością Blue Class do codziennego użytku. Zaprojektowany przez Warrena Osborne’a, zawiera ostrze drop-point z gładką lub częściowo ząbkowaną krawędzią w niepowlekanym satynowym wykończeniu. Skale rękojeści łączą 6AL-4V tytan po lewej stronie, aby wspierać projekt monolock noża i pustynny tan laminat G10 po prawej stronie. Odwracalny klips kieszonkowy typu tip-up wykonany ze stali nierdzewnej z dzieloną strzałką mocowany jest trzema śrubami Torx. Benchmade 928 Proxy mierzy 8,85 cala całości i 5,09 cala zamknięcia, z ostrzem 3,87 cala, które mierzy 0,15 cala grubości. Rękojeść mierzy 0,5 cala grubości. Ten taktyczny, outdoorowy i zorientowany na przetrwanie nóż waży 4,86 uncji. Jego sugerowana przez producenta cena detaliczna wynosi 295 dolarów.

Także nóż klasy niebieskiej, Benchmade 698 Foray jest dziełem Allena Elishewitza i stanowi uaktualnienie modelu Benchmade 690, który został uznany przez magazyn Shooting Industry za Nóż Roku 2001. Ten oburęczny nóż z blokadą AXIS Lock posiada ostrze typu drop-point, dostępne z gładką krawędzią lub ząbkowaną, dostępne tylko w satynowym wykończeniu. CPM 20CV jest ulepszeniem tego nowego noża w stosunku do jego poprzednika, w którym zastosowano 154 CM. Benchmade 698 Foray posiada wyprofilowane czarne łuski rękojeści z kompozytu włókna szklanego G10 i okładziny ze stali nierdzewnej 410SS. Odwracalny klips kieszeniowy typu tip-up mocowany jest do obu skal rękojeści. Nóż mierzy 7,32 cala długości całkowitej i 4,14 cala zamkniętej, z 3,24-calowym ostrzem o grubości 0,137 cala. Rękojeść ma grubość 0,56 cala. Ten nóż do noszenia na co dzień i na zewnątrz waży 3,58 uncji. Sugerowana przez producenta cena detaliczna wynosi 225 USD.

W podsumowaniu

Crucible Industries stworzyło CPM 20CV do stosowania w produkcji części urządzeń do formowania wtryskowego, noży do granulowania i peletowania, urządzeń do przetwarzania żywności oraz noży do użytku indywidualnego. Wszystkie te zastosowania wymagają zdolności do wytrzymywania zużycia w trudnych warunkach. Właściwości CPM 20CV pozwalają mu zaoferować twardość, wytrzymałość, odporność na zużycie i korozję oraz zachowanie krawędzi, które zapewniają doskonałą wydajność dla wymagającego właściciela noża.

Leave a comment

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.