Noże walcowane kontra kute

08-10-2020

W ostatnim wpisie zajmowaliśmy się kwestią różnic pomiędzy stalami węglowymi, a stalami nierdzewnymi. Zainteresowanych odsyłamy do linku.

W kolejnym artykule z naszej serii zajmiemy się aspektem równie silnie wpływającym na właściwości stali co skład chemiczny, a mianowicie -  przeróbce plastycznej. W naszych rozważaniach będziemy skupiać się na dwóch najważniejszych technikach, w perspektywie produkcji noży – kuciu (ze szczególną rolą kucia ręcznego), jak i walcowaniu.

Czym jest przeróbka plastyczna?

Odnosząc się do definicji stali (stop żelaza z węglem, o zawartości węgla do 2,11% poddany przeróbce plastycznej J), przeróbka plastyczna pełni kluczową rolę, ba, decyduje, że dany stop w ogóle można zakwalifikować jako stal. Otóż, przeróbką plastyczną, obróbką plastyczną czy też kształtowaniem plastycznym nazywamy procesy prowadzące do osiągnięcia założonych kształtów i wymiarów produktu (pasma, serii). Kształtowanie to polega na przyłożeniu siły odkształcającej materiał (w tym przypadku metal, możliwym jest również w taki sposób formowanie niektórych polimerów, ale nie ceramiki), która generuje w materiale odpowiednie naprężenie, które z kolei wywołuje przejście tego materiału w stan plastyczny, nie powodując przerwania jego ciągłości, bądź zmiany gęstości. Dzięki tym procesom możliwe jest nadawanie (bądź kształtowanie) również własności użytkowych, które zależą od procesu obróbki oraz warunków cieplno-plastycznych w jakich przebiega  (np. wzmocnienie przez rozdrobnienie ziarna). W procesach przeróbki plastycznej najczęściej  wyróżnia się:

  • Kucie
  • Walcowanie
  • Ciągnienie
  • Wyciskanie
  • Tłoczenie

Przejdźmy do zdefiniowania poszczególnych procesów mających dla nas największe znaczenie z perspektywy noży.

Kucie jest procesem technologicznym polegającym na odkształcaniu materiału.

Poprzez uderzenia lub nacisk narzędzi, podczas tej procedury możemy nadawać materiałowi odpowiednią strukturę, właściwości mechaniczne, a przede wszystkim kształt. W perspektywie procesu obróbki plastycznej możemy wyróżnić dwa procesy z zakresu kucia: kucie swobodne oraz kucie matrycowe. Procesy kucia można dzielić również ze względu na temperaturę kutej przedkuwki (materiału wsadowego).

Kucie swobodne – w tym typie kucia metal jest odkształcany pomiędzy narzędziami, umożliwiając mu płynięcie w kilku dowolnych kierunkach. W przypadku częściowego ograniczenia płynięcia (np. narzędziami) mamy do czynienia z kuciem półswobodnym. Do tego typu kucia stosuje się różnego typu kowadła kształtowe i przyrządy kształtujące fragmenty odkuwki.

Kucie matrycowe – jest to typ kucia, w którym płynięcie materiału jest kontrolowane za pomocą wykorzystywanych w procesie matryc. Jest to rozwiązanie najczęściej stosowane w przemyśle w produkcji wielkoseryjnej. Pozwala na osiąganie dużej powtarzalności i dokładności produkowanej odkuwki, przy dużych kosztach wynikających z m.in. specjalistycznej maszynerii.

Rys.1 Kucie a) swobodne, b) matrycowe

Walcowanie jest procesem technologicznym polegającym na odkształceniu materiału

Poprzez umieszczenie go pomiędzy obracającymi się tarczami, rolkami lub, oczywiście, walcami. Proces walcowania można modyfikować poprzez zastosowanie walców z wykrojami lub wypustkami. Typowymi produktami produkowanymi w ten sposób są pręty, kształtowniki. Podobnie jak w przypadku kucia procesy walcowania możemy dzielić ze względu na temperaturę walcowanego materiału (walcowanie na gorąco, zimno i ciepło).

Rys. 2 Przykładowy proces walcowania

W perspektywie produkcji noży

Oczywiście obie metody wytwarzania nie pozwolą nam na uzyskanie końcowego produktu jakim jest nóż. Zarówno w przypadku walcowania i kucia w produkcji noży po procesach obróbki plastycznej stosuje się szereg metod wykończeniowych takich jak np. skrawanie, wycinanie, ostrzenie, hartowanie i osadzanie.

Jaki więc wpływ może mieć określony sposób obróbki plastycznej na właściwości noża?

Otóż znaczący, ponieważ tak jak pisałem powyżej za pomocą obróbki plastycznej możemy wpływać na szereg właściwości użytkowych, wynikających z szeregu procesów cieplnych oraz plastycznych prowadzących do modyfikacji struktury stali.

W dzisiejszych czasach, większość noży produkuje się poprzez obróbkę blach poddawanych walcowaniu, jest to proces zwyczajnie prostszy i łatwiejszy do zastosowania w przemyśle. Produkt walcowania charakteryzuje się zwykle większą miękkością, a więc jest łatwiejszy do obróbki skrawaniem, ponadto stal przy walcowaniu jest generalnie poddawana mniejszej ilości procesów cieplnych, a co za tym idzie mniejsze jest prawdopodobieństwo, że taki proces mógł daną stal „uszkodzić”. Parametry procesu otrzymywania stali na noże w wielu przypadkach poddawane są ścisłej kontroli i precyzyjnemu doborowi parametrów. Blacha jednak nie jest pozbawiona wad, jej jakość zależy przede wszystkim od huty, w której powstała (np. przy produkcji noży z stali nie można pozbyć się segregacji węglików otrzymanej w hucie-matce). Ponadto w blasze wytwórca ma mniejszą kontrolę nad wielkością ziarna, kierunkiem walcowania (w niektórych przypadkach określenie kierunku walcowania jest niemożliwe). „Pole manewru” twórcy ogranicza również początkowa grubość stali.

A jak się ma sprawa z kuciem?

Tutaj zaczyna się „magia”. W kontekście japońskich noży kutych będziemy skupiać się na nożach kutych ręcznie, ponieważ są one prawdziwym wyznacznikiem kunsztu i tradycji mistrzów kowalstwa. Kucie ręczne jest metodą kucia swobodnego i nie wszystkim może się kojarzyć z precyzją, czy też odpowiednią siłą, a jednak japońscy kowale specjalizujący się w produkcji takich noży szkolą się latami, żeby opanować niezbędne umiejętności do perfekcji. Ich dzieła należy zaliczać do grupy sztuki użytkowej i nie ustępują one na żadnym polu produkcji „maszynowej”, a nawet na wielu polach ją przewyższają. Sam proces kucia noży niewątpliwie zostawia producentowi dużo szersze pole do popisu niż produkcja noża z arkusza.

Zastosowanie kucia w produkcji noży może znacząco ograniczyć bądź wyeliminować problemy, z którymi mamy do czynienia w przypadku noży z arkusza. Przede wszystkim kucie pozwala na polepszenie i ujednolicenie struktury (wraz z kontrolą segregacji poprzez lepsze homogenizowanie wydzielonych węglików) i umocnienie metalu w skali nieosiągalnej dla noży walcowanych. Dodatkowo proces kucia pozwala wprawnemu kowalowi zaplanować, a następnie osiągnąć przy pomocy kucia kierunkowego wytworzenie „włókien” w materiale pozytywnie wpływających na parametry wytrzymałościowe  otrzymanego noża. Ponadto kucie pozwala na zgrzewanie różnych gatunków stali, tak, żeby wykorzystać ich najbardziej korzystne cechy. Oczywiście produkcja noży poprzez kucie niesie ze sobą ryzyko w postaci pogorszenia właściwości stali przez źle kontrolowaną temperaturę lub też zanieczyszczenie stali siarką, fosforem lub zbyt dużą ilością węgla. Jednakże, dzięki wykorzystaniu niesamowitych zdolności, mechanicznej wręcz precyzji japońskich mistrzów kowalstwa, ich wieloletniemu doskonaleniu  umiejętności i wiedzy, w naszych nożach takie przypadki nie występują, za to są uszlachetnione wiekami tradycji, kunsztu i mozolnej pracy ludzkich rąk.