Nožířské oceli - ocele
Nože - Nůž

Materiály pro výrobu nožů – čepele

 

 

            Následující stánky si vzaly za úkol reflektovat časté dotazy na kvalitu nožů, zejména  „kvalitu čepele“. Termín kvalita čepele je uveden v uvozovkách z důvodu komplexnosti pohledu na finální vlastnosti nože, tohoto nejstaršího pomocníka člověka; na jeho nejdůležitější část. I když, k čemu je trvanlivé ostří v kombinaci s nevyhovující střenkou (odolnost proti amortizaci a prostředí, ergonomie apod.).

            Následující stránky jsou zaměřeny na složení ocelí, jejich tepelné zpracování a mechanické vlastnosti takto získaného polotovaru pro výrobu čepele nože. Mechanické vlastnosti jsou soustředěny na nejstarší problém výroby nožů a ten sdružuje termíny tvrdost a houževnatost. Nesmí chybět ani kvalita slitiny z pohledu broušení a její výdrž při pracovních změnách okolní teploty, korozní odolnost a další fyzikální a chemicko-fyzikální zkoušky (magnetizmus, chemická odolnost apod.). Kvalita ostří se odráží ve výsledcích řezných, resp. sečných zkoušek, které se používají podle „potřeby“ výrobce nože. Nejdůležitější z pohledu kvality ostří je tvrdost a ta je opět bez dostatečné houževnatosti (laicky nazývaná odolnost proti deformaci plastické i elastické) zbytečná. A stále dokola se pohybuje řešení tohoto odvěkého problému nožířů, který je postupně řešen změnou chemického složení a tavením výchozích surovin, technikou, resp. podmínkami a multiplikací kování, vlivem tepelného a chemicko-tepelného zpracování a v poslední době vzrůstá i vliv vrstvení a přípravy výchozího materiálu práškovou technologií (atomizace + kování).

 

       Informační stránky jsou rozčleněny:

 

-         základy slitin železa s uhlíkem (informativně) a ostatními prvky,

-      komentář výrobců ocelí a  uživatelů, technologii tepelného zpracování, tváření (odkazy na www),

-         uhlíkové a slitinové oceli,

-         nástrojové oceli,

-         nerezové oceli,

-         „neocelové“ materiály čepelí

-         dodatečné informace.

 

V oblasti slitin Fe a C (+ Cr, Ni, Mo ,V, W, Mn, Co, Si, Al. Cu, Ti, Nb apod.) lze dnes prakticky čerpat informace z nepřeberného množství základní i odvozené literatury v oblasti nauky o materiálu. Vliv jednotlivých přísad na výslednou fázovou strukturu slitiny, na tvar a posunutí ARA, IRA diagramů, na mechanické chování materiálu včetně jeho měření, je detailně popsán např. v knize: Ptáček, L. a kol.: Nauka o materiálu I a II.

Z celé, velmi široké problematiky, lze pro potřeby zde popisované oblasti vybrat:

-         vliv obsahu uhlíku na finální tvrdost oceli,

-         vliv vměstků a segregačních filmů,

-         vliv velikosti zrna na lomové chování oceli,

-         vliv obsahu Cr a C na korozní chování slitinové oceli,

-         morfologie martenzitu, vnitřní napětí ve výsledné struktuře a vliv obsahu uhlíku na výslednou tvrdost oceli při různém technologickém postupu kalení, vytvrzování apod.

to jsou nejdůležitější aspekty přípravy slitiny v nožířské praxi a jsou detailně rozpracovány v uvedené literatuře z oblasti nauky o materiálu. Seznam použité literatury, zde uvedené, je současně rozsáhlý informační základ současných poznatků ze zmíněné oblasti slitin Fe+C.

 

Materiály pro výrobu nožů – Co bychom měli vědet při výběru a posuzování oceli

 

Před vyhledáním konkrétních ocelí dle požadavků zákazníka, resp. tazatele, je nutné se ujistit, zda tento tuší, na co se dotazuje a co ví o dané problematice.

Zná-li, že:

-         ocel je slitina železa s uhlíkem, kterého musí být v objemu minimálně 0,3%, aby      byla ocel kalitelná,

-         přídavné (legující) prvky se rovněž podílí na prokalitelnosti oceli,

-         vysokouhlíkové oceli obsahují více jak 0,5% uhlíku a s rostoucím obsahem uhlíku (C) roste i tvrdost oceli do cca 60 až 62 (!) HRC (někteří výrobci oceli udávají dokonce i více!?),

-         označení ocelí je dle schématu – 10 je označení uhlíkové oceli, každé jiné číslo označuje slitinovou ocel, 50XX je označení ocelí s podstatným obsahem chrómu –chromové oceli, (norma SAE, oceli s písmeny jsou nástrojové oceli –W1, O-1, D-2),

-         poslední čísla označují obsah uhlíku ve slitině (1095-0,95%C, 52100-1,0%C, 5160-0,60%C apod.),

-         chróm (Cr) – určuje korozní odolnost slitiny, tvar karbidů, odolnost proti opotřebení a kalitelnost; vyšší obsahy Cr ale zvyšují křehkost s rostoucí tvrdostí (obsah karbidů!),

-         od 11%Cr v oceli začíná být tato korozivzdorná; do tohoto obsahu %Cr ovlivňuje disperzitu karbidů Cr a jejich tvar,

-         čím více Cr, tím je vyšší odolnost proti korozi; absolutní nerezová vlastnost není(!), obsah uhlíku pomáhá zvyšovat odolnost proti korozi i u uhlíkových ocelí,

-         mangan (Mn) zjemňuje stupeň jemnosti zrna, přispívá k prokalitelnosti, pevnosti a odolnosti proti opotřebení, působí deoxidačně při tepelném zpracování a válcování; je obsahem mnoha nožířských ocelí typu A-2, L-6 a CPM-420V,

-         molybden (Mo) formuje karbidy, předchází vzniku křehkosti a umožňuje dosahování vysoké pevnosti při zvýšených teplotách, je přidáván do mnoha ocelí, které jsou kalitelné na vzduchu, obecně zvyšuje pevnost, tvrdost, prokalitelnost a houževnatost; kladně ovlivňuje obrobitelnost a odolnost proti korozi; oceli A-2, ATS-34 mají 1% a více molybdenu,

-         nikl (Ni) se účastní na pevnosti, korozní odolnosti a především na houževnatosti; příkladem jsou oceli L-6, AUS-6 a AUS-8,

-         křemík (Si) zvyšuje pevnost a odolnost proti opotřebení a podobně jako Mn znepříjemňuje obrábění,

-         wolfram (W) zvyšuje odolnost proti opotřebení a spolu s Cr nebo Mo se podílí na rozvoji rychlořezných ocelí tzv. Hi speed steels, příkladem je ocel M-2,

-         vanad (V) určuje tvar a hlavně jemnost karbidů, které vytváří abrazivzdornost, houževnatost a prokalitelnost; je obsažen ve velkém množství ocelí, kde neznámější jsou – M-2, Vascowear, CPM T440V a 440V podle rostoucího obsahu %V. Oceli BG-42, ATS-34, D-2 i S30V mají extra zvýšený obsah vanadu,

-         kobalt (Co) zvyšuje pevnost tvrdost, dovoluje ochlazování z vyšších teplot, podílí se na vlastnostech materiálu v kooperaci s dalšími legujícími prvky.

 

Tuší-li dále tazatel, co je tvrdost oceli a jak se měří u tvrdých materiálů? Tedy, že je doporučeno měření podle pána Rockwella (vtlačování diamantového kuželu po předtížení; měří se smluvně hloubka vtisku) a výsledek je udáván HRC (udávaná průměrná tvrdost lepších kuchyňských nožů je do 55 HRC. Je-li u materiálu uvedena tvrdost 58-60 HRC je tvrdost cca 59 HRC. Je to průmět měření u tvrdých a měkkých strukturních fází; např. ocel 440C je hodnocena jako ocel s tvrdostí 60 HRC a další zvyšování tvrdosti (rostoucí obsah chrómu(!) je na úkor houževnatosti, resp. na vrub nárůstu křehkosti.

Pokud jsou uvedené fakty zřejmé, lze po vyčerpání všech možností plynoucích ze znalosti chemického složení (které je většinou u konkrétní oceli k dispozici) a výsledné vlastnosti nelze erudovaně odhadnout, lze přistoupit ke konkrétnímu popisu jednotlivých ocelí.

Zdálo by se, že tedy stačí vzít ty „nejlepší“ příměsi, přidat je k oceli s vysokým obsahem uhlíku a vysoce kvalitní nožířská ocel je na světě! Staletími ověřená pravě však svědčí o tom, že tomu tak není. Je zde otázka vhodného procentuelního poměru prvků, technologie přípravy polotovaru, příprava polotovaru čepele (kování je lepší než vystřihování, či vyřezávání laserem!), technologie tepelného zpracování, broušení apod. Navíc teoretické a hlavně praktické zkušenosti jednotlivých nožířů, které jsou nenaučitelné. Ale pozor, „zkušenosti“ některých výrobců jsou v mnoha případech zatíženy subjektivními (chtěnými či nezáměrnými) výsledky, proto jsou uvedené čísla uvedená v literatuře většinou orientační!

 

Nečastěji používaně materiály pro čepele nožů

 

1. Uhlíkové a slitinové oceli: 1095, 52100, 50100-B

Oceli s chemickým složením a výslednou tvrdostí dle tabulky: 

jsou nejrozšířenější oceli této skupiny a tvoří základ dalších  s různými drobnými modifikacemi v rámci chemického složení (min. obsah W, Ti, Al, B, Cu a  P, S).

Ocel 1095 – je vysokouhlíková ocel, která je obvykle kalena ve vodě s maximální tvrdostí do 66 HRC a vykazuje dobrou abrazivzdornost a lomovou houževnatost. Malá prokalitelnost odkazuje tuto ocel do oblasti výroby nožů z tenkých plechů. Z hlediska zrnitosti lomu je ocel dle ASTM na 9. stupni. Hodnoty vybraných mechanických vlastností (houževnatost v krutu, Charpy zkoušky na vzorcích bez vrubu v závislosti na kalící teplotě, hodnoty deformace v závislosti na napětí při různé kalící teplotě) jsou dostupné na web. stránkách. Zkřehnutí, které se objevuje při popouštěcí teplotě okolo 260 ºC ( konečná tvrdost je cca 60 HRC) je obecným problémem uhlíkových a slitinových  ocelí s nízkým obsahem legur. Této oblasti popouštěcích teplot se nožíři důsledně vyhýbají! Vzhledem k tomu, že popouštění nepřináší očekávanou houževnatost při nižších teplotách a při vyšších má za následek příliš nízkou pevnost, obrací se zpracovatelé k ocelím s  nižším obsahem uhlíku, které mají lepší houževnatost při nižších teplotách, nebo zkouší bainitické kalení. Většina výrobců (Tramontina, Ontario, TOPS, Mora) doporučuje při použití tohoto materiálu maximální opatrnost (s ohledem na vysokou tvrdost ostří) při finální brusné operaci (dochází k jeho vylamování) a při tenkých polotovarech hrozí prostorová deformace. Z těchto důvodů je ocel doporučována pro menší čepele.

Souhrnně se dá o oceli 1095 uvést, že všechny dosud publikované problémy s nožířským využitím jsou spjaty s výběrem tepelného zpracování. Nevhodná oblast kalících teplot se projevuje v náhlém zkřehnutí oceli a tím i razantním poklesu houževnatosti, hlavně v oblasti dynamického impaktu. Livesay i Johnson ale dokázali funkční využití této oceli při vhodném tepelném zpracování.

 

Ocel 52100 – je vysokouhlíková ocel s malým množstvím Mn a Cr , které zvyšují hloubku zakalení a zpomalují isotermickou transformaci perlitu na dolní bahnit, které dovoluje kalení do vody resp. do oleje s poměrně vysokou tvrdostí umožňující zpracování za studena. Při austenitizační teplotě cca 810ºC a obsahu uhlíku  až 0.6% C vzniká martenzit laťkový, který není tak křehký, jako martenzit deskový. Rozpuštěný chrom dává slitině vyšší korozní odolnost než je tomu u oceli 1095. Velikost zrna na lomu dle ASTM je 9. stupeň.

Souhrnně lze o oceli 52100 tvrdit, že je ideální ocel na čepele - je jemnozrnná, dobře drží ostří (což spolu přímo souvisí!), umožňuje mnoho způsobů kalení, je abrazivzdorná a poměrně dost houževnatá. Její schopnosti jsou popsány nožíři R. Kirkem a Edem Caffreyem na stránkách Asociace amerických nožířů.

 

  Ocel 50100 – je jedna z nejběžnějších nožířských ocelí a vyskytuje se často pod různým názvem podle výrobce, který ji použil. Firma Cold Steel ji nazývá Carbon V,  firma Camillus ji nazývá 0170-6C. Lze najít i další označení této oceli jako Chrom-vanadiová ocel apod. Podobné složení má i nástrojová ocel W7. Výsledky „řezivosti“ u této oceli při kalení na tvrdost 62 HRC je všeobecně spojována s konečným broušením čepele a při dodržení doporučeného úhlu fasety 22 º s použitím keramického,  resp. diamantového brusiva jsou výsledky při sekání lana stejné, jako při většině uhlíkových ocelí této třídy.

Obecně lze tvrdit, že tato ocel, která je nazývána různě dle výrobce, má zvýšenou úroveň prokalitelnosti, jemnější zrno a mírně lepší korozní odolnost jako ocel 1095. Výsledky nožířských testů jednoznačně ukazují na průměr v oblasti běžných nenákladných čepelí.

 

2. Nástrojové ocele: L6, O1, A2, D2, INFI, V, 10V, 15V a M2

Orientační chemické složení uvedených ocelí:

Tabulka udává nejen chemické složení ocelí, ale i jejich možnosti v dosažené tvrdosti při doporučovaném (často je výrobním tajemstvím výrobce!) postupu kalení. Tato tvrdost, udávaná ve stupnici dle Rockwella a odvislá od základního obsahu uhlíku, je významná z pohledu tzv. trvanlivosti ostří, které při vyšší tvrdosti, jemnozrnnosti a „dostatečné“ houževnatosti je u všech nástrojových ocelí uspokojivá pro výrobu čepelí nožů a mačet. Otázkou zůstává odolnost ocelí proti korozi, což je zase otázka obsahu chrómu a prvků, podílejících se vyšším elektrochemickém potenciálu materiálu.

 

            Ocel  L6 – je středněuhlíková slitinová ocel kalitelná v oleji a má lepší odolnost proti opotřebení (ze všech uhlíkových ocelí) a umožňuje hlubší zakalení. Má velmi malou korozní odolnost. Může dosáhnout martenzitickou tvrdost  65 až 66 HRC při velikosti zrna na lomu dle ASTM stupně číslo 8. Vysoká tvrdost oceli je příčinou menší odolnosti proti vylamování fasety ostří, která má doporučený úhel broušení 20º. Její odolnost proti opotřebení při použití na tvrdém dřevu je srovnatelná s ocelí D2.

Celkově lze tuto ocel hodnotit jako velmi vhodnou pro dlouhé čepele, kde označení houževnatá ocel je modifikováno v důsledku méně razantního tepelného zpracování. Výsledkem je struktura dolního případně horního bainitu, který je mnohem houževnatější než martenzit při „přibližně“ stejné úrovni tvrdosti. Přibližně zde znamená ve skutečnosti dolní hranici tvrdosti, která může být nedostatečná u některých nožířských testů. Neověřená je odolnost proti opotřebení.

 

Ocel O1 – je ocel pro zápustkové kování „za studena“. Hlavní legující prvek je zde mangan, který stabilizuje austenitickou fázi v oceli při nízké austenitizační teplotě (790ºC). Teplota A₁ je jen nepatrně nižší, než udává Abbotův resp. Andrewsův  vztah pro určení kritické austenitizační teploty. Malý průměrný obsah vanadu a wolframu ovlivňuje tvar primárních karbidů a brání nežádoucímu růstu zrna oceli. Zároveň (opět lze vidět souhlas s velikostí zrna) se zvyšuje odolnost proti opotřebení. Velikost zrna na lomu je udávána jako č. 9 a po kalení do oleje má ocel tvrdost 65 HRC. Vzhledem k dost vysokému obsahu uhlíku a rovnoměrné segregaci legujících prvků bude rozpad austenitu udržen při kalení až do pokojové teploty. Ocel O1 je obvykle používána  pro výrobu kalibrů, razidel, zápustek a nožů (obecně). Různé hodnocení oceli tohoto typu je přímo od výrobců (např. Timken apod.) na www stránkách a jsou zde uvedeny hodnoty verifikovaných tepelných postupů a křivek ARA pro ocel O1, porovnání pevnosti a tvárnosti v závislosti na austenitizační teplotě, dynamické torzní vlastnosti a příklady tepelného zpracování, spolu s komentářem amerických nožírů (Cashen, McClung, Randal, Johnson a další) o zkušenostech s užitím oceli O1. Ta se chová velmi dobře (drží ostří) při testech se dřevem, lany a dalšími měkkými materiály, ale trhá při řezu materiál fólií a tkanin z měkkých kovů, kdy se objevuje na fasetě ostří efekt vylamování, a to jak při statickém, tak i dynamickém torzním namáhání, které klesá s tvrdosti čepele (55/56 HRC). Někdy je ocel přirovnávána k oceli S30V. Týká se to zvláště malých úhlů faset  a vhodného zatěžování (bez torzí!).V kyselém prostředí potravin se čepel pokrývá rychle patinou; jedná se o ušlechtilou korozi, která nesnižuje kvalitu čepele, pouze ruší estetiku.

Sumárně lze ocel O1 označit jako rozšířenou nástrojovou ocel s průměrnou odolností proti opotřebení, houževnatostí a nízkou korozivzdorností. To jsou vlastnosti pro lehký obranný nůž. Pro výrobu velkých nožů použití není zcela zdokumentované a vzhledem k možnostem tepelného zpracování, nejsou skutečné vlastnosti oceli zcela dané.

 

Ocel A2 – je na vzduchu kalitelná zápustková ocel. Důležitost obsahu chrómu a molybdenu spočívá v rozměrové větší stabilitě než u O1. Je vyžadována rovněž vyšší austenitizační teplota cca 980ºC. Ohřev je prováděn pozvolně po stupních pro minimalizaci tepelného gradientu a zamezení delších výdrží na teplotě a znemožnění následného růstu austenitického zrna. Rozpuštěné legující prvky a obsah uhlíku jsou příčinou vysokého obsahu zbytkového austenitu při kalení za pokojové teploty. Výsledek je pak v poklesu tvrdosti o 2,5 až 3,0 HRC. S efektem dochlazení lze dosáhnout tvrdosti 64 až 65 HRC. Průměrná odolnost je udávána pro ocel A2 stupeň 6 (ocel O1 – 4 st., D2 – 8 st). Má dobrou rázovou houževnatost. Velikost zrna na lomu je 8,5. Technické údaje pro ocel A2 jsou udávány výrobci (Crucible, Timkem) a jsou na www spolu ze základními mechanickými charakteristikami. U výrobců  čepelí byla kritizována jejich životnost!?

Souhrnně lze ocel A2 charakterizovat jako vzduchem kalitelnou nástrojovou ocel. Osobní hodnocení nožů není moc dobré s ohledem na trvanlivost, zvláště fasety ostří, což je ale jistě otázka aplikace  vhodného tepelného zpracování. Jeden z důvodů k nespokojenosti může být i obsah zbytkového austenitu, který se může za nevhodných napěťových podmínek transformovat na martenzit a zvýšit tak významně křehkost oceli (křehké vylamování v mikrooběmech).

 

Ocel D2 – je zápustková ocel pro kování za studena s vyšším obsahem přísad než A2. Zvláště obsah chrómu a uhlíku jsou obsahově vysoké, což umožňuje vznik velkých karbidů chrómu. Austenitizační teplota D2 (1010ºC) je o něco vyšší než u A2 a je opět dosahována postupně; jako u A2. Ocel má s ohledem na velikost karbidů vysokou odolnost proti opotřebení, ale s tím klesá obrobitelnost a „brousitelnost“. Korozní odolnost je s ohledem na obsah chrómu vyšší než u nástrojových ocelí (A2), ale nemá korozní odolnost martenzitických nerezových ocelí vzhledem k tomu, že většina chrómu je obsažena právě v karbidech, s ohledem na vysoký obsah uhlíku dostupného pro vazební reakce a nízkou austenitizační teplotu. Karbidy jsou hrubé a mohou dosahovat až 50 µm na délku, i když zrnitost dle ASTM je hodnocena č. 7,5. D2 je obecně používána v průmyslu na razidla, zápustky a různé typy nožů. Je nutné, aby zbytkový austenit po kalení na pokojovou teplotu byl redukovaný podchlazením, tzv. „zmražením“.To poskytuje širokou oblast pro proces žíhání oceli po kalení a pro konečný obsah martenzitu  a tím následně tvrdosti (300ºC - max. 64 HRC!). Při teplotě popouštění až 510ºC vzroste na přijatelnou mez houževnatost a tvrdost klesá na 58 až 60 HRC. Vysoká teplota žíhání transformuje zbytkový austenit na martenzit při opětném ochlazení na pokojovou teplotu. Obsah austenitu je nezávislý na precipitaci karbidů během žíhání, jenž zvyšují hodnotu M_S. Obecně se může použít násobného žíhání k postupnému přeměně nově transformovaného martenzitu. D2 může být austenitizována až na teplotu 1120ºC se záměrem urychlit a obsahově zvýšit průnik legur do austenitického zrna, který pak snižuje M_S a projevuje se jako kalící tvrdost. Tato tvrdost bývá označována jako sekundární tvrdost  a je odrazem sekundární precipitace karbidů a transformace zbytkového austenit na martenzit. Vysoká tvrdost není obvykle přínosem (www – Crucible, Timken, Böhler) hlavně z hlediska houževnatosti. Zkušenosti s ocelí je dostatek a jsou obsaženy na adresách: Deerhunter, Dozier Agent, Dozier K2, Heafner Model 17, Mel Sorg Utility,  Ray kirk test blade,  Safari Skinner,  Uluchet,  CUDA MAXX , Blackwood Hawkbill

Celkově je nástrojová ocel D2 rozšířena pro svoji odolnost vzhledem k velkému obsahu hrubých karbidů a snadno dosažitelné tvrdosti. Obecně se jedná o dobrou ocel pro kvalitní řezné čepele s průměrným úhlem fasety ostří a specielní hrubé povrchové úpravy. Korozní odolnost je pro nástrojovou ocel dost vysoká. Toto hodnocení neplatí pro zkoušky v prostředí solné mlhy resp. tzv. salt-testu, u kterého vlivem působení iontu chlóru (Cl^-) odolnost oceli klesá. To je ale zcela jiný požadavek na korozní odolnost, který je uvažován např. při styku oceli s mořskou vodou apod. a je různý u každého výrobce.

 

Ocel INFI – je korektní ocel kalitelná na 58 až 60 HRC, která je používána  Jerrym Bussem (Busse Combat webpage on INFI)  a většina informací o této oceli je právě jeho provenience. Efektivnost INFI oceli použité pro výrobu nožů byla demonstrována jak v živém vystoupení před publikem u příležitosti výstav nožů a setkání nožířů, tak i na kazetách a videozáznamech. Ty zahrnují ukázky z přesekávání lana bez broušení, sekání skrze visící svazek 10 pramenů lana s palcovým průměrem, rozrušení řezanky bez ztráty ostří a těžké případy páčení spojené s velkým ohybem  kalené čepele bez jejího poškození. Osobní velmi dobré zkušenosti s ocelí jsou uvedeny u velkých obranných nožů (od upotřebení v kuchyni až po sekání dřeva z haluzí a latěk, včetně broušení-doporučen úhel 22º) na adrese Straight handled Battle Mistress, Ergo Battle Mistress a menšího útočného nože (s velmi širokým upotřebením, s antireflexní úpravou) na Badger Attack 3 .

Výsledně lze nástrojovou INFI ocel hodnotit jako plně funkční s výbornou vyvážeností korozní odolnosti, houževnatosti a trvanlivosti ostří. Lze ji použít pro výrobu jak velkých, tak i malých nožů, které musí snášet tvrdé pracovní podmínky. Předpis detailního tepelného zpracování není dostupný.

 

Ocel M2 – je vysokořezná ocel, která si uchovává tvrdost i při vysokých teplotách indukovaných při řezání vysokou rychlostí. Odolnost proti ztrátě pevnosti při vysokých rychlostech, je odvozena od vlastnosti oceli v důsledku aplikace legur, kterými jsou wolfram, molybden a vanad při vzniku sekundárních karbidů v průběhu žíhání. Vyžaduje se velmi vysoká austenitizační teplota (1232 až 1288ºC) k rozpuštění slitinových karbidů. Ocel je na vzduchu  i v oleji  kalitelná až na 66/67 HRC, (po kovaní za studena) a má velmi vysokou odolnost proti opotřebení a vysokou křehkost. Toto tepelné zpracování se používá u pilových plátů na železo. Velikost zrna dle ASTM  je od 9 do 9,5. Při porovnání s AUS-8 má lepší vlastnosti při řezání vrstvených materiálů, plastů a izolací a lze ji vybrousit do jemného ostří s tenkou fasetou. Pevnost a houževnatost při namáhání v kroucení, ale i v páčení a vliv tepelného zpracování na tyto vlastnosti, mez kluzu, ohybové testy a porovnání s T1 lze nalést na Torsional impact strength and toughness as a function of tempering temperature a Yield strength, bend strength, and hardness of M2 vs T1.

Souhrnně lze ocel s označením M2, která je ocelí rychlořeznou charakterizovat jako slitinovou ocel s vysokou prokalitelností a odolností proti opotřebení. Je velmi jemnozrnné struktury a má nízkou  odolnost při sekání. Korozní odolnost není vysoká, ale je vyšší než u většiny nástrojových ocelí.

 

Ocel 3V – je často označována celým názvem CPM-3V a je to ocel s vysokou houževnatostí, vysoce antiabrazivní vzduchem kalitelná nástrojová ocel, která má velké použití v oblasti výroby nástrojů (raznice, střižníky, zápustky a stříhací čepele pro strojní nůžky na kovy apod.). Její tepelné zpracování je patentováno (viz. 3V PDF file a patent information ).

Obecně lze ocel 3V z poznámek nožířů hodnotit jako dobrou kombinaci pevnosti (výdrž ostří)  vysoké houževnatosti. Osobních zkušeností však není mnoho!

 

Ocel CPM-10V – je normovaný materiál dle americké normy AISI A11. Je to vzduchem kalitelná vysokouhlíková (2,45%) a  vysokovanadová  (9,75%) nástrojová ocel s ojedinělou abrazivzdorností a vysokou tvrdostí. Má velmi nízkou obrobitelnost (nutné žíhání!). Průmyslové využití je široké v oblasti nástrojů pro plošné i objemové tváření. Různé specifikace a údaje o vlastnostech oceli 10V pochází od výrobců (Timken A11 PDF file, Crucible CPM-10V PDF file, patent information ). Na webových stránkách jsou uvedeny i zkušenosti nožířů s touto ocelí (Phil Wilson – 63,5 HRC). Její vlastnosti (řezivost, korozní odolnost, abrazivzdornost apod.) z pohledu tohoto nožíře jsou vyšší než u nástrojových ocelí L6 a O1. Špatná obrobitelnost je vyvážená velmi dobrou brousitelností (oboustranné ostří je provedeno po vyříznutí čepele vodním paprskem v průběhu řádově minut).

Celkově lze ocel CPM-10V hodnotit jak výbornou ocel pro nože, (které jsou navrhovány pro práci za studena!) Ty se dají velmi kvalitně nabrousit s ostřím, které je mimořádně odolné proti opotřebení obrazí i mechanickému zatěžování vysokým silovým působením.

 

Ocel CPM-15V – je s ohledem na obsah uhlíku (3,4% C) a vanadu (14,5% V) materiál odolnější jako CPM-10V. S poklesem obrobitelnost v porovnání s 10V (i ta má špatnou obrobitelnost bez žíhání!) klesá i houževnatost a roste tvrdost a kvalita ostří. Její použití je především pro výrobu forem pro přesné lití, zápustky a řezné nástroje. Technické údaje lze nalézt na Crucible CPM-15V PDF file, patent information . Osobní zkušenosti s aplikací ocelí 15V uvádí Roger Dole folder. Ocel byla porovnávána s oceli ATS-34. Byla hodnocena jako lepší v oblasti krájení plátů, což je vzhledem k obsahu uhlíku a vanadu zřejmé. Pro objektivní srovnání by však bylo nutné provést normalizované zkoušky (tvrdost apod.).

Sumárně lze CPM-15V doporučit pro oblast aplikací, kde je požadována extrémní odolnost proti opotřebení a vysoká tvrdost. Jsou to excelentní vlastnosti pro výrobu nožů, které umožňují vysoký průnik čepele do řezaného materiálu. Obrobitelnost je nízká a tedy odolnost proti opotřebení je vysoká a nutnost ostření v průběhu používání nože je minimální.

Nástrojové (středně a vysoko uhlíkové) oceli (pokračování)

 

A-36 – je středně uhlíková ocel, která nedosahuje enormně vysokou tvrdost, ale po tvářecích procesech je vrchní vrstva dislokačně zpevněná natolik, že se dostává na úroveň oceli 420J2, resp. 420HC. Je pružná a dostatečně houževnatá. Snese deformaci v ohybu na obě strany bez náchylnosti k fragmentaci. (Ne únava v ohybovém módu!). Použití je směřováno na výrobu zbraní pro bojiště, tedy s životností řádově v hodinách. Vylepšené druhy A-36 (dolegování, tvářecí procesy apod.) jsou známé a slavné výrobky z Toleda a Sheffieldu.

 

W-2 – je nástrojová ocel, která je dostatečně houževnatá a dobře drží ostří. Více se používá W-1, což je vlastně W-2 ale je bez vanadu.

 

1095, 1084, 1070, 1060, 10 – je série uhlíkových ocelí používaných ve výrobě nožů. Nejpoužívanější je 1095, která není příliš drahá a má dobré řezné vlastnosti. Když se jde od 1095 k oceli 1050, klesá obsah uhlíku, současně i stabilita ostří a zvyšuje se houževnatost. Ocel 1095 je vcelku jednoduchá, má dobrou houževnatost, drží ostří ale podléhá korozi. Oceli 1060 a 1050 se často používají na výrobu mečů. Pro nože je standard 1095, kterou používá např. firma Ka-Bar s černým povlakem. Obsahuje 0,95%C a 0,4%Mn.

 

4140 – je vysokouhlíková slitina železa, která je decentně kalitelná s úžasnou elasticitou, je-li správně vyžíhaná. Její využití je hlavně v oblasti dlouhých čepelí – kopí, rapír. Lze najít i pod označením 1.4140 !!!

 

5160 – Elastická ocel, která je pružnější (ne tvrdší) než 1095, tvrdší (ne pružnější) než 4140.

 

Carbon V – obchodní značka firmy Cold Steel, která nemá konkrétní chemické složení. Lze ji zařadit mezi oceli 1095 a O1, která rezaví jako O1. Je pravděpodobné, že se jedná o ocel 50100-B nebo-li 0170-6.  Ocel 50100 je označení dle ASM a 0170-6 je označení dle AISI. Je to dobrá, méně nákladná chróm-vanadová ocel. Označení 50100-B značí modifikaci vanadem a tak je chróm-vanadová.

 

52100 – je ložisková ocel podobná oceli 5160 (cca 1,0% uhlíku, 5160 má jen 0,6%C), která ale lépe drží ostří a je mimořádně houževnatá, stejně jako L-6.

 

Vascowear – je velmi vzácná ocel s vysokým obsahem vanadu. Je extrémně těžce obrobitelná a velmi odolná proti opotřebení. Dnes se již nevyrábí!

 

1055 – je uhlíková ocel nástrojová s obsahem 0,55% uhlíku, 0,6 až 0,9% manganu a jiné přísady. Tvrdost oceli je 60 až 64 HRC a závisí na vnitřních strukturních podmínkách z pohledu disperse a velikosti karbidů (a tedy konkrétního obsahu uhlíku). Růst % uhlíku zvyšuje náchylnost ke křehkosti. Při nižším obsahu a dobrém  prokování je tato ocel pověstná nejen odolností ostří, ale i dobrou houževnatostí.

 

SK-5 – je Japonský ekvivalent Americké 1080 s obsahem uhlíku mezi 0,75 a 0,85%                a 0,75 až 0,85% manganu. Dosahuje po zušlechtění tvrdost až 65 HRC se strukturou obsahující martenzit a nerozpuštěné karbidy. Obsah karbidů zvyšuje otěruvzdornost a životnost ostří při dostatečné houževnatosti. Je využívána v ruční výrobě. Má velmi dobré výsledky v nožířských testech s ohledem na excelentní iniciační ostří. S ohledem na tyto vlastnost je využívána i pro výrobu dřevařského ručního nářadí (dláta, vrtáky apod.).

 

3. Nerezové ocele