Twardość noża zazwyczaj mierzy się w skali Rockwella i wpływa ona na utrzymywanie ostrości, ostrzenie, wytrzymałość oraz geometrię ostrza. Miększe stale są bardziej wybaczające błędy, ale szybciej się tępią, natomiast twardsze stale dłużej zachowują cienkie ostrze, lecz przy niewłaściwym użytkowaniu mogą się wykruszać. W tym przewodniku wyjaśniono badanie HRC, typowe zakresy twardości noży zachodnich i japońskich, stal ZDP-189 oraz to, dlaczego sama twardość nie decyduje o jakości noża.
Wybierając rodzaj stali, kowale biorą pod uwagę takie właściwości jak trwałość ostrości, łatwość konserwacji i ostrzenia, a także, co nie mniej ważne, cenę i dostępność stali. Wszystkie te praktyczne cechy są nierozerwalnie związane z twardością stali - główną właściwością, według której klasyfikuje się stale narzędziowe (nożownicze).
Twardość to z definicji odporność materiału na odciskanie lub miejscowe odkształcenie plastyczne (trwałe). Oznacza to również odporność na zużycie. Twardość materiału metalicznego zależy od jego składu chemicznego oraz obróbki cieplno-mechanicznej. Największy wpływ na twardość stali ma węgiel, na którą korzystnie wpływają również chrom, mangan, wanad i molibden. Wraz z węglem pierwiastki te tworzą nowe, niezwykle twarde związki zwane węglikami.
|
Związek między twardością a zawartością węgla jest wyraźnie widoczny w poniższym przykładzie: im wyższa zawartość węgla, tym wyższa również wartość HRC różnych rodzajów stali White Steel:
|
Pomiar twardości
Istnieje kilka metod pomiaru twardości, wykorzystujących własne skale twardości. Względną twardość stali określa się według tych skal poprzez pomiar głębokości wnikania wgłębnika. Najczęściej stosuje się stożek diamentowy, który odciska się w materiale, a następnie mierzy głębokość wnikania przy standardowej sile. Różne skale twardości wykorzystują własne kombinacje sił i wgłębień testowych (stożek, kulka itp.) oraz są dostosowane do rodzaju badanego materiału. W branży nożowniczej najczęściej stosuje się skalę Rockwella (HRC).
→ Twardość pełnych noży kuchennych zaczyna się od 56 HRC, ale takie ostrza szybko tracą ostrość i trudniej je ponownie naostrzyć. Są jednak bardziej wytrzymałe i plastyczne.
→ Twardość większości japońskich noży wynosi od 60 do 62 HRC; długo zachowują ostrość i łatwo je ponownie naostrzyć dzięki strukturze stali. Są jednak podatne na pękanie i mogą ulec uszkodzeniu w przypadku niewłaściwego użytkowania.
→ Nowoczesne stale wytwarzane metodą metalurgii proszków zajmują najwyższe pozycje w skali Rockwella i charakteryzują się twardością około 64-68 HRC. Stale te są rzadkie (a co za tym idzie, droższe) i trudniejsze w obróbce, ale przy prawidłowym użytkowaniu zapewniają niewiarygodnie długotrwałą ostrość. Są również nieco bardziej wrażliwe i wymagają większych umiejętności podczas ostrzenia.
Jak twarda jest stal ZDP-189?ZDP-189 / 66-67 HRC / C= 3 % Stal ZDP-189 ma interesujący skład chemiczny, ponieważ zawiera aż 3% węgla i 20% chromu (oraz inne pierwiastki stopowe). Jest to stal proszkowa, która po prawidłowej obróbce cieplnej może osiągnąć nawet 70 HRC, podczas gdy w nożach kuchennych twardość wynosi zwykle około 66 i 67 HRC. Stal ZDP-189 ma niezwykle wysoką zawartość węgla, co jest nietypowe dla stali narzędziowych (żeliwo zwykle ma wysoką zawartość węgla). Ze względu na wysoką zawartość chromu stal ZDP-189 musi zawierać tak wysoki procent węgla, aby pierwiastki mogły przekształcić się w węgliki. Węgliki wpływają na twardość i czas zachowania ostrości. Główną zaletą tego rodzaju stali jest to, że przez niezwykle długi czas zachowuje ostrość. Ponieważ jest bardzo twarda, nie jest tak wytrzymała i jest bardziej podatna na pękanie. Dlatego wymaga delikatnego obchodzenia się z nią i używania odpowiedniej powierzchni do krojenia. |
Skale twardości
Twardość według Rockwella (HRc - stożek i HRb - kulka)
Mierzy się głębokość penetracji wgłębnika pod obciążeniem określoną siłą. Można użyć kulki (HRb) lub stożka (HRc). Jest to szybki i prosty pomiar, szczególnie odpowiedni dla stali na sztućce.
Próba twardości Vickersa (HV)
Stosuje się diamentowy wgłębnik w kształcie ostrosłupa o kącie 136°, a następnie mierzy się siłę oraz powierzchnię odcisku ostrosłupa.
Skala twardości minerałów Mohsa
Skala Mohsa mierzy twardość minerałów i materiałów syntetycznych, określając odporność różnych minerałów na zarysowania na podstawie zdolności twardszego materiału do zarysowania miększego materiału. W skali Mohsa talk ma twardość 1, a diament twardość 10 (według nowej skali 15).
Jak mierzy się twardość metodą HRC?
Do pomiaru twardości metodą HRC używa się specjalnego urządzenia składającego się z trzech głównych części: kowadła, stożka diamentowego i tarczy pomiarowej. Próbkę umieszcza się na kowadle i przykłada obciążenie wstępne. Tarcza pomiarowa jest ustawiana na zero, a następnie przykłada się obciążenie główne. Głębokość penetracji od punktu odniesienia ustawionego na zero odczytuje się z tarczy.
HRc (stożek)Stożek diamentowy o kącie 120° wciska się w powierzchnię, przykładając siłę 100 N. Jest to punkt wyjściowy pomiaru. Następnie przykłada się dodatkową siłę od 1400 N do 1500 N i pozostawia na czas „przetrzymania” wystarczający, aby wgłębienie przestało się pogłębiać. Następnie obciążenie zostaje zwolnione, a głębokość penetracji stożka mierzy się w milimetrach przy początkowym obciążeniu 100 N. Twardość HRc = 100-500h, gdzie h oznacza głębokość penetracji w mm. |
Co oznacza wyższa twardość noży?
Dlaczego ma to znaczenie
W przypadku najprostszych narzędzi tnących można użyć dowolnej stali, pod warunkiem że podczas obróbki cieplnej uzyskała wystarczającą twardość w połączeniu z ciągliwością. Wyższa twardość oznacza dłuższą żywotność ostrza, ponieważ im dłużej nóż pozostaje ostry (przy prawidłowym użytkowaniu), tym rzadziej trzeba go ostrzyć.
Największą zaletą twardszych noży jest długotrwałe zachowanie ostrości i cienkie ostrze. Twardość na poziomie 60+ HRC pozwala na zastosowanie mniejszego kąta ostrzenia, a w konsekwencji do cięcia potrzebna jest mniejsza siła.
Kompromis
Wadą twardych noży jest to, że mogą ulec uszkodzeniu w przypadku niewłaściwego użytkowania.
Niestety nie da się połączyć najwyższej twardości, wytrzymałości i ciągliwości, dlatego producenci noży starają się znaleźć właściwy balans między tymi właściwościami, zwłaszcza między długotrwałym zachowaniem ostrości a kruchością.
Przy wyborze noża należy zatem wziąć pod uwagę jego przeznaczenie i właściwości, w tym także twardość. Mimo że HRC wskazuje jakość materiału, nie powinno być głównym kryterium wyboru noża kuchennego. Różne stale mają własne optymalne zakresy proporcji właściwości i zastosowań, dlatego oprócz ostrości należy również zwrócić uwagę na indywidualne właściwości stali w odniesieniu do głównego przeznaczenia noża.
Poniższa tabela przedstawia wszystkie właściwości narzędzi tnących według skali HRC
HRC: WŁAŚCIWOŚCI NARZĘDZI TNĄCYCH52-54 HRC 56-58 HRC |
