Varför ett CPM -20CV knivblad är ett utmärkt val

När en knivtillverkare planerar en ny design är valet av bladstål avgörande för produktens framgång eller misslyckande. Bladstorlek, bladets utplacering, handtagsmaterial, estetiska överväganden, ergonomin i handtagets form och balans: Alla dessa val påverkar resultatet av designprocessen, men kanske inget enskilt beslut väger tyngre än valet av stållegering för själva bladet.

Fyra någorlunda objektiva kriterier och ett något subjektivt mått på prestanda utgör listan över egenskaper som knivmakare utvärderar när de väljer ett stål för en ny produkt. En del av dessa egenskaper är utbytbara mot varandra i motsatta ändar av ett enda kontinuum, vilket gör det omöjligt att optimera alla egenskaper i en enskild stållegering.

1. Hårdhet mäter hur väl ett stål motstår krafter som försöker deformera det. Sedan början av 1900-talet har vetenskapliga mätningar av materialhårdhet varit beroende av en uppsättning laboratorietester som kallas Rockwellskalor, uppkallade efter Hugh Rockwell, meduppfinnare av testutrustningen. Bland dessa skalor används C-skalan för att representera hårdhetsvärden för knivstål, med numeriska värden följt av förkortningen ”HRC”. Vid hårdhetsmätning av legeringar drivs ett diamantspetsat verktyg med en bestämd kraft in i ett materialprov, och djupet på den resulterande bucklan återspeglar materialets förmåga att motstå slaget. Rockwellskalorna använder godtyckliga tal för att representera sina poäng.

Och även om man kan använda Rockwellpoäng för att jämföra ett ståls hårdhetsmätningsresultat med ett annat ståls, kan man inte korrelera poängen med någon specifik observation från eller resultat av själva testet eftersom Rockwellpoängen är abstraktioner. De flesta knivstål har ett värde mellan 58 och 62 HRC, med majoriteten mellan 50 och 60.

Ett knivblad som böjer sig permanent när det används bevisar att stålet saknar tillräcklig hårdhet för uppgiften. I vissa fall kan en konstruktör kompensera för denna brist genom att göra hela eller delar av bladet tjockare, eller genom att ändra sättet som stålet tillverkas på för att öka dess inneboende hårdhet. I andra fall är den enda lösningen att välja en hårdare stållegering.

I Benchmade-knivar som använder Crucible Industries CPM 20CV mäter hårdheten 59 till 61 HRC. Eftersom ”recept” för värmebehandling påverkar den slutliga hårdheten hos ett knivstål kan en annan tillverkare ange olika HRC-värden för samma stål. Denna hårdhet är något högre än Benchmade’s implementering av 440C, en sedan länge populär legering för knivtillverkning, som mäter 50 till 60 HRC.

2. Seghet anger hur väl ett stål tål slag eller påfrestningar utan att uppvisa brott, flisor eller sprickor. En bristande seghet kan leda till ett katastrofalt utfall om en kniv går sönder vid användning, vilket kan leda till potentiella skador på användaren samt till ett oväntat resultat av uppgiften i fråga. För ett knivblad är det lättare att förutsäga det gradvisa förloppet av slitage än den plötsliga uppkomsten av ett seghetsfel, och det är bättre att slita än att misslyckas.

Otillräcklig seghet kan bero på själva legeringsformeln, på hur stålet värmebehandlades, på olämplig slipning under tillverkningen eller på många kombinationer av andra faktorer.

Seghet är svårare att kvantifiera än hårdhet, eftersom inget enskilt test ger ett standardiserat mått på egenskapen. Typiskt sett bygger seghetstestning på mätningar av hur långt ett stål kan böjas innan det går sönder, eller hur väl materialet överlever stötar. I många fall konkurrerar seghet och hårdhet om herraväldet, eftersom den styvhet som motsvarar seghet kan ske på bekostnad av förmågan att böjas utan deformation.

Crucible Industries CPM 20CV har en seghet som i stort sett är likvärdig med 440C, ett beprövat rostfritt stål som ofta väljs för tillverkning av blad.

3. Slitstyrka mäter ett ståls förmåga att komma i kontakt med en mängd olika ämnen och motstå att antingen förlora en del av sin volym när det gnids mot grovt material eller att plocka upp bitar av materia från andra föremål. Orsakerna till slitage kan komma från själva föremålen som användaren försöker skära, liksom från andra influenser i arbetsmiljön. Slitageprovning simulerar verklig kontakt mellan ett knivblad och en källa till destruktiv interaktion.

När en grov yta gnuggar bort knivbladet och tar bort en del av metallen utgör den formen av slitage nötning. Slipande slitage kan förvandla ett knivs vassa kant till en slö och rundad yta, även utan att kniven utsätts för högt tryck. Omvänt, när den släta ytan på ett knivblad kommer i kontakt med släta men hårda ytor, t.ex. andra stålföremål, kan resultatet överföra material till knivbladet. Till skillnad från nötning kräver vidhäftning tillräckligt högt tryck för att skapa den mängd friktion som krävs för att riva upp bladets yta.

Crucible Industries CPM 20CV erbjuder i huvudsak fem gånger högre slitstyrka än 440C.

4. Korrosionsbeständighet återspeglar hur väl ett stål undviker att utveckla oxidation som svar på exponering för fuktighet, fukt eller salt i omgivningen. Det vanligaste sättet att öka korrosionsbeständigheten ligger i införandet av krom i kemin i en legering. Även om den välkända termen ”rostfritt stål” i själva verket är en överdrivet optimistisk felbeteckning, korrelerar krominnehållet med förmågan att fördröja eller minska oxidation och att möjliggöra förebyggande underhåll för att förhindra den.

Crucible Industries CPM 20CV uppvisar större korrosionsbeständighet än 440C, med sex sjundedelar av beständigheten för 440C jämfört med CPM 20CV.

5. Kanthållning försöker kvantifiera hur väl och hur länge ett blad förblir vasst genom användning. Cutlery and Allied Trade Research Association, eller CATRA, har utvecklat en testmaskin som försöker bedöma den relativa kanthållningen. I testmaskinen monteras kniven som undersöks med skärkanten uppåt, och en stapel av speciellt syntetiskt papper impregnerat med 5 % kiseldioxid sänks ner på bladet. Kniven rör sig fram och tillbaka och skär i pappret, och kiseldioxidhalten ger en liten mängd slitage på eggen. Testet mäter knivbladets prestanda i fabriksnytt skick samt antalet och djupet av de snitt som kniven kan utföra. Denna kombination av Initial Cutting Performance (ICP) och Total Card Cut (TCC) utgör utvärderingsparametrarna. Samma testutrustning kan också användas för att utvärdera sliputrustning. CATRA-testinstrumentet utgör en del av den utvärderingsutrustning som används av många ledande knivtillverkare, däribland Benchmade, Buck Knives och Spyderco.

Crucible Industries CPM 20CV uppnår en CATRA-testpoäng på 180, jämfört med 440C:s poängtal på 100.

Legeringskemi

Den fullständiga och exakta legeringskemin i Crucible Industries CPM 20CV förblir en hemlighet som är skyddad. Stålets nominella innehåll är dock väl dokumenterat till 1,9 % kol, 20,0 % krom, 1,0 % molybden, 4,0 % vanadin, 0,3 % kisel, 0,6 % volfram och 0,3 % mangan. Det höga kolinnehållet ger en avsevärd hårdhet. Den betydande mängden krom tyder på korrosionsbeständighet. CPM 20CV innehåller faktiskt den största mängden krom av alla rostfria stål med hög vanadinhalt som finns på marknaden idag. Denna vanadinhalt ger seghet, slitstyrka och kanthållning. Legeringens mangan ökar hårdhet, draghållfasthet och slitstyrka. Molybden ökar skärpavståndet. Volfram ökar slitstyrkan, och kisel både ökar hårdheten och förhindrar gropar.

CPM-processen och dess fördelar

I 1970 introducerade Crucible Industries i Solvay, New York, den patenterade ståltillverkningsprocess som de själva har utvecklat och som kallas Crucible Particle Metallurgy. Denna innovativa tillverkningsmetod övervinner specifika kritiska nackdelar med konventionell ståltillverkning och ger en produkt som förbättrar de prestanda som traditionellt tillverkade legeringar har vid användning.

Med den gammaldags metoden för att tillverka stål smälter ingredienserna i en legering i en elektrisk ljusbågsugn. Efter att den smälta metallen genomgår ett sekundärt raffineringssteg överförs den till en stekpanna som häller den i formar. Problemet med denna sekvens av steg uppstår när legeringen svalnar till göt.

De beståndsdelar som ingår i en stållegering blandas samman i smält tillstånd i en smältugn. När de stelnar och kyls i götformar separeras elementen till en grov mikrostruktur som inte är enhetlig överallt. Ytterligare bearbetning kan bryta upp de segregerade elementen och försöka återställa den homogena blandning som bildades i ugnen, men elementen återförenas aldrig helt. I ett stål med en så betydande andel legeringselement och en så stor mängd kol som formeln för CPM 20CV innehåller, kvarstår effekterna av elementsegregation ännu mer, och de negativa effekterna på den färdiga metallens kapacitet är mer uttalade, än de skulle vara med en enklare legeringskombination.

Crucibles patenterade CPM-process lindrar dessa problem innan de kan börja. Förutom det inledande behovet av att smälta legeringselementen tillsammans i en ugn delar CPM få förfarandesteg med konventionell ståltillverkning. När CPM-legeringen har smält och blandats rör sig det smälta materialet genom ett litet munstycke där det förstuvas till en spray av fina partiklar som drivs av högtrycksgas. Stålpartiklarna svalnar till små sfärer och bildar ett pulver som behåller den smälta metallens ursprungliga homogena sammansättning. Varje metallpartikel utgör en miniatyrgott.

Det pulveriserade stålet lastas i en förseglad behållare från vilken luften avlägsnas. Behållaren genomgår Hot Isostatic Pressing, eller HIP, en process som använder värme och tryck för att kombinera stålpartiklarna till ett fast material som kallas kompakt. Kompakten kan fräsas till former som passar specifika produkttillverkningsprocesser och kan genomgå den värmebehandling som krävs för att färdigställa och optimera stålets specifika prestanda för en önskad tillämpning.

CPM 20CV är ett martensitiskt stål, vilket hänvisar till dess hårda kristallina struktur med linsformade eller linsformade korn. I en kolrik legering som CPM 20CV värms stålet genom austenitiseringsprocessen tills dess kristallstruktur förändras till att bli austenit i stället för ferrit. Martensit bildas när austenit svalnar så snabbt att kolet i stålet övermättar en speciell form av ferrit. Atomerna i metallen omorganiseras faktiskt till en form som visar på en förändring av densiteten och därmed av volymen. Martensit uppvisar en betydande ökning av segheten jämfört med sina föregångare.

Värmebehandlingsprocessen börjar med en långsam uppvärmning, förvärmning till en jämn temperatur innan den ökar till austeniseringstemperaturen, som bestäms av stålets legeringskemi. Stillationsfasen sänker temperaturen med 1 000 grader F eller mer, vilket gör det möjligt för metallen att bli martensitisk. Temperering avslutar härdningsprocessen och motverkar martensitens spröda natur.

Bjämförelse med andra knivstål

När man undersöker prestandan hos CPM 20CV i förhållande till andra ledande stållegeringar upptäcker man snabbt att det erbjuder många egenskaper som är idealiska för knivtillverkning.

Med 1,9 % kol, 20,0 % krom, 1,0 % molybden, 4,0 % vanadin, 0,3 % kisel, 0,6 % volfram och 0,3 % mangan utmärker sig CPM 20CV genom sin slitstyrka och korrosionsbeständighet. Det ger också god seghet. Dess förmåga att behålla kanterna gör den lätt att hålla vass men potentiellt svår att vässa.

CPM M4, också en produkt från Crucible Industries, innehåller 1,42 % kol, 4,0 % krom, 5,25 % molybden, 4,0 % vanadin, 0,06 % kisel, 5,5 % volfram och 0,3 % mangan. Även om det är ett stål med hög kolhalt innehåller det mindre kol än CPM 20CV, liksom mindre krom. Tillsammans med kol ger CPM M4:s kombination av molybden, vanadin och volfram utmärkt seghet, hög hårdhet (62-64 HRC) och lika hög slitstyrka. Till skillnad från CPM 20CV är CPM M4 dock inte ett rostfritt stål. Det krävs särskilda ansträngningar för att förhindra oxidationsutveckling på denna legering. CPM M4 är minst en tredjedel hårdare än CPM 20CV, med samma slitstyrka och kanske en sjundedel av korrosionsbeständigheten.

440C är ett martensitiskt rostfritt stål med utmärkt korrosionsbeständighet och en hög hårdhetsgrad vid HRC 58 till 60. Det är en grundpelare bland knivmakare och innehåller mest kol av alla tre stålen i 440-gruppen. I jämförelse med CPM 20CV erbjuder det samma seghet, ungefär en femtedel av slitstyrkan och ungefär sex sjuttiotals korrosionsbeständighet. Dess förmåga att behålla kanten ligger också efter CPM 20CV.

Notable Knives

I 2016 års Benchmade-produktlinje finns två knivar som innehåller blad tillverkade av Crucible Industries CPM 20CV. Dessa inkluderar Benchmade 928 Proxy och Benchmade 698 Foray.

Benchmade 928 Proxy har Blue Class tillförlitlighet och hållbarhet för daglig användning. Den är designad av Warren Osborne och innehåller ett drop-point blad med antingen en slät eller delvis tandad kant i en obelagd satinfinish. Handtagets skalor kombinerar 6AL-4V titan på vänster sida för att stödja knivens monolockdesign och desert tan G10 laminat på höger sida. Det vändbara tip-up fickklipp i rostfritt stål med delad pil som fästs med tre Torxskruvar. Benchmade 928 Proxy mäter 8,85 tum totalt och 5,09 tum stängd, med ett 3,87 tum stort blad som mäter 0,15 tum tjockt. Handtaget mäter 0,5 tum tjockt. Denna taktiska, utomhus- och överlevnadsorienterade kniv väger 4,86 ounces. Dess rekommenderade försäljningspris är 295 dollar.

Den Benchmade 698 Foray, som också är en Blue Class-kniv, representerar Allen Elishewitz designarbete och är en uppdatering av Benchmade 690 som blev Shooting Industry Magazine’s 2001 Knife of the Year. Denna ambidextrous AXIS Lock-design använder ett drop-point blad, som finns antingen med en slät egg eller med serrationer, och endast i satinfinish. CPM 20CV utgör en uppgradering för denna nya kniv jämfört med föregångaren, som använde 154 CM. Benchmade 698 Foray har konturerade svarta G10-glasfiberkomposithandtagsskalor med 410SS-liners av rostfritt stål. Det vändbara tip-up pocketclipet fästs på båda handtagsskalorna. Kniven mäter 7,32 tum lång totalt och 4,14 tum stängd, med ett 3,24 tum långt blad som mäter 0,137 tum tjockt. Handtaget mäter 0,56 tum tjockt. Den här kniven för vardagsbruk och utomhusbruk väger 3,58 ounces. Tillverkarens rekommenderade försäljningspris är 225 dollar.

Slutsats

Crucible Industries skapade CPM 20CV för användning vid tillverkning av delar till formsprutningsutrustning, pelleterings- och granuleringsknivar, utrustning för livsmedelsbearbetning och knivar för individuellt bruk. Alla dessa tillämpningar kräver förmåga att motstå slitage under krävande omständigheter. CPM 20CV:s egenskaper gör det möjligt att erbjuda hårdhet, seghet, slitstyrka, korrosionsbeständighet och kanthållning som ger bra prestanda för den krävande knivägaren.

Lämna en kommentar

Din e-postadress kommer inte publiceras.