Hartowanie i badanie ostrości

Obróbka cieplna stali jest podstawą dobrego noża i bardzo ważne jest odpowiednie wyważenie właściwości stali – udarności, odporności na korozję i trzymania ostrości. Nie jest to proste zadanie, które wymaga dobrania wielu parametrów obróbki cieplnej: temperatury i czasu austenityzacji, tempa chłodzenia, temperatury i czasu odpuszczania, czasu wymrażania i odpowiedniej ilości oraz kolejności kroków. Proces hartowania jednego noża może trwać nawet kilka dni, a dobór parametrów zmienia się nie tylko w zależności od gatunku stali, ale też i przeznaczenia noża.

Ze względu na to jak ważny jest to proces całość przeprowadzam samodzielnie. Do tej pory zdarzyło mi się kilka razy zlecić hartowanie tak zwanym profesjonalnym hartowniom (podczas awarii własnego pieca), jednak nigdy nie byłem zadowolony z wyniku, a kilka noży nadawało się tylko do wyrzucenia. Zmarnowałem w ten sposób dużo czasu i pieniędzy, ale na szczęście mam własny twardościomierz i uniknąłem sprzedania źle zahartowanych noży.

Opracowując proces hartowania konkretnego noża bazuję na zaleceniach producenta stali oraz na wielu publikacjach naukowych dotyczących dodatkowych opcji obróbki cieplnej (na przykład dotyczących obróbki kriogenicznej – wymrażania). Jakiś czas temu postanowiłem trochę hartowanie dopracować, gdyż zauważyłem, że dane od producenta stali nie do końca odpowiadają bardzo specyficznemu zastosowaniu jakim są noże, a sposoby przeprowadzania doświadczeń w publikacjach naukowych pozostawiają wiele do życzenia. Przeprowadzenie doświadczeń we własnym zakresie wiąże się jednak z koniecznością posiadania odpowiedniego sprzętu pomiarowego.
Pomiar twardości nie stanowi problemu, od dawna posiadam twardościomierz, gdyż jest to podstawowe narzędzie do określenia czy proces hartowania przebiegł prawidłowo.
Badanie odporności na korozję też jest stosunkowo proste – tu wystarczy woda z solą, nebulizator i stałe warunki przeprowadzania doświadczenia. 
Sprawa komplikuje się trochę jeśli chodzi o udarność i trzymanie ostrości. Do zmierzenia udarności będzie potrzebny młot Charpy’ego i na razie jestem w trakcie jego projektowania. 
Trzymanie ostrości z kolei wymaga powtarzalnego sposobu tępienia ostrza i pomiaru ostrości. Popularny sposób – cięcie liny do momentu gdy nóż nie przecina kartki papieru jest moim zdaniem  zbyt niedokładne. O ile cięcie konkretnej liny jest dość dobrym sposobem na stępienie ostrza, to pomiar ostrości kartką papieru jest zdecydowanie mało precyzyjny i ten element wymaga dopracowania.


Jakiś czas temu zbudowałem bardzo proste urządzenie, które miało za zadanie określenie ostrości ostrzy. Było ono zainspirowane podobnym systemem amerykańskiego producenta i działała na bardzo prostej zasadzie – wielkością określającą ostrość była masa obciążenia jakie jest potrzebne do przecięcia żyłki. Obciążenie jest dodawane do pojemnika umieszczonego na górnej części tłoka, aż żyłka zamocowana w jego dolnej części nad ostrzem zostanie przecięta. Urządzenie jest mało skomplikowane, jednak wiąże się z nim kilka zasadniczych problemów. Po pierwsze, z powodu stosunkowo dużej wstępnej wagi tłoka i pojemnika nie jest możliwy pomiar bardzo ostrych krawędzi. Po drugie pewne opory w ruchu tłoka, połączone z dużą wstępną masą powodują dość duże błędy pomiarowe – rzędu 10-20%. Nie jest to może bardzo dużo, jednak ci co mnie dobrze znają wiedzą, że lubię robić rzeczy dokładnie. 
Postanowiłem zbudować nowe urządzenie, według własnego projektu, które zapewni mi większą precyzję i, co równie ważne, możliwość pomiaru bardzo ostrych krawędzi tnących.


Zaprojektowanie i zbudowanie tego urządzenia zajęło mi zaskakująco mało czasu, a efekt dorównał oczekiwaniom.
Zasada działania jest taka sama, ale całkowicie zmieniłem konstrukcję. Dzięki temu, że ramię, na którym znajduje się element pomiarowy (żyłka), jest w równowadze, mogę dobrać dowolną wartość wstępnego obciążenia. Opór w ruchu ramienia jest również bardzo mały i nie ma dużego wpływu na błąd pomiarowy (wystarczy niecałe 0,2 g aby je poruszyć). Taka konstrukcja umożliwia mi badanie bardzo ostrych krawędzi tnących z dużą dokładnością. Przeprowadziłem kilka prób na skalpelach oraz brzytwie i nawet przy bardzo małych obciążeniach potrzebnych do przecięcia żyłki przez tak ostre krawędzie błąd pomiaru nie przekroczył 5%. Przy mniej ostrych krawędziach, jak u noży kuchennych czy codziennego użytku błąd wynosił poniżej 3%. Taka dokładność w zupełności wystarczy do przeprowadzenia eksperymentów i określenia trzymania ostrości.
Dodatkowo, co również nie jest bez znaczenia, nowe urządzenie prezentuje się znacznie lepiej niż poprzednie.

Pełna procedura optymalizacji hartowania dla każdego gatunku stali będzie dość kosztowna i czasochłonna, więc nie wiem kiedy uda mi się podać konkretne informacje. Muszę zbudować jeszcze kilka maszyn pomiarowych i zdobyć odpowiednia ilość materiału, postaram się jednak regularnie dzielić wynikami doświadczeń.
Gdyby ktoś był chętny do współpracy czy wsparcia moich prób (finansowo, czy choćby niewielkimi odpadami konkretnych gatunków stali – M390, Elmax, N360, Vanax) to proszę o kontakt.