Ατσάλι: πολύ σκληρό για να φθαρεί

Του Νικήτα Πετρούλια

 

Γιατί παραμένει το ιδανικό υλικό στην κατασκευή μαχαιριών

Το ατσάλι είναι ο αδιαμφισβήτητος κυρίαρχος στην κατασκευή λάμας. Παρά τη σημαντική πρόοδο της μεταλλουργίας, κορυφαίο υλικό, ακόμα και σήμερα, παραμένει το δαμασκηνό ατσάλι το οποίο μάλιστα διαθέτει και τη σπάνια ιδιότητα να γίνεται καλύτερο με την πάροδο του χρόνου…

Η πρόοδος της μεταλλουργίας και της τεχνογνωσίας στην παρασκευή ατσαλιού παρουσίασε κατακόρυφη άνοδο στο διάστημα μεταξύ των δύο παγκοσμίων πολέμων. Αμέσως μετά έκανε την εμφάνισή του το ανοξείδωτο ατσάλι και στις μέρες μας η τεχνολογία της μεταλλικής σκόνης. Παρ’ όλη την αλματώδη ανάπτυξη της μεταλλουργίας δεν λύθηκαν, δυστυχώς, όλα τα προβλήματα που γεννώνται όταν το ατσάλι χρησιμοποιείται για την κατασκευή κοφτερής λάμας, για την οποία θέλουμε ταυτόχρονα αντοχή, ελαστικότητα, διατήρηση της κόψης μετά από έντονη χρήση (όπως στην εκδορά αγριόχοιρου), καθώς και εύκολο και γρήγορο ακόνισμα. Ένα παράδειγμα όπου η πρόοδος της μεταλλουργίας δεν βοήθησε πολύ στην κατασκευή λάμας είναι το γεγονός ότι στην απορρόφηση δυνάμεων που ασκούνται κατά τη σφοδρή κρούση δύο σπαθιών, δεν υπάρχει μέχρι σήμερα καλύτερο υλικό από το δαμασκηνό ατσάλι.

 

Τι είναι το ατσάλι

Θα ήθελα να αναφερθώ λίγο στο τι είναι το ατσάλι, προσπαθώντας να χρησιμοποιήσω όσο το δυνατόν λιγότερους τεχνικούς όρους, με σκοπό να καταλάβει κάθε αναγνώστης τις διαφορετικές ποιότητες ατσαλιού που υπάρχουν στο εμπόριο και να μπορεί να εκτιμά την ποιότητα της λάμας του μαχαιριού που θέλει να αγοράσει.

Το ατσάλι είναι κράμα σιδήρου με μικρή περιεκτικότητα άνθρακος. Όλες οι φυσικές ιδιότητές του εξαρτώνται από το είδος και τη γεωμετρία των δεσμών των κρυστάλλων που το αποτελούν και οι οποίες είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας που απέκτησε κατά τη διαδικασία παραγωγής, που χαρακτηρίζονται ως φάσεις.

• Μέχρι τη θερμοκρασία 910 βαθμών Κελσίου, ο σίδηρος δημιουργεί τον κρυσταλλικό τύπο «σίδηρος άλφα» που χαρακτηρίζεται από συμμετρία κεντρικού σώματος.
• Από 910 βαθμούς και πάνω έχουμε τον κρυσταλλικό τύπο «σίδηρος γάμα» που χαρακτηρίζεται από συμμετρία πλευράς.

Βασικός παράγοντας είναι και η διαλυτότητα του άνθρακα στις δύο διαφορετικές κρυσταλλικές μορφές. Στο «σίδηρο άλφα» έχουμε χαμηλή διαλυτότητα άνθρακα και ονομάζουμε το κράμα «φερίτη». Στο «σίδηρο γάμα» η διαλυτότητα φθάνει το 2%, επιτυγχάνοντας συμπαγή μορφή «αυστενίτη».

 

Βαφή και επαναφορά

Η μορφή «σίδηρος γάμα», όπως βγαίνει από τη βιομηχανία, δεν είναι η τελική μορφή ατσαλιού που θα χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή λάμας. Όταν δοθεί η τελική μορφή και η κόψη της λάμας, αλλάζει ξανά η εσωτερική δομή του ατσαλιού με σταθερή αύξηση της θερμοκρασίας και απότομη πτώση, γνωστή ως διαδικασία βαφής (tempra). Κατά τη διαδικασία αυτή έχουμε μία φάση μη ισορροπίας, όπου τα άτομα του άνθρακα φυλακίζονται μέσα σε ένα δεντροειδές πλέγμα σιδήρου και παραμένουν εκεί αδιάλυτα. Η μορφή αυτή έχει πολύ μεγάλη σκληρότητα, αλλά όπως ανέφερα είναι μια κατάσταση μη ισορροπίας. Για να το καταλάβουμε καλύτερα, ένα μαχαίρι τελειωμένο σε αυτή τη μορφή, έχει μια απίθανη κόψη που θα επέτρεπε την εκδορά 5 βουβαλιών χωρίς την ελάχιστη ανάγκη για ακόνισμα, αλλά μπορεί να σπάσει η μύτη του ακόμη και από ελεύθερη πτώση ύψους ενός μέτρου, σε πετρώδες έδαφος. Για το λόγο αυτό, εφαρμόζουμε την τελευταία διαδικασία πριν ακόμα κατασκευαστεί το μαχαίρι, που λέγεται «επαναφορά», όπου η ατσάλινη λάμα θερμαίνεται στους 250 βαθμούς περίπου, για τουλάχιστον δύο ώρες, για να αποκτήσει ελαστικότητα. Αυτή η μορφή είναι μια κατάσταση ισορροπίας, αν και θα πρέπει να ξέρουμε ότι το ατσάλι διαρκώς τείνει στο χρόνο να επιτύχει την απόλυτη κατάσταση ισορροπίας. Γι’ αυτό το λόγο, οι καλοδιατηρημένες λάμες αυξάνουν την ποιότητά τους με την πάροδο εκατονταετιών. Το βάψιμο και η επαναφορά είναι ένα τεράστιο κεφάλαιο που θα αναλύσουμε σε επόμενο άρθρο, με πλούσιο φωτογραφικό υλικό.

 

Στοιχεία και ιδιότητες

Θα μιλήσουμε τώρα για τα άλλα στοιχεία που αποτελούν ένα σύγχρονο κράμα ατσαλιού, το οποίο θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε τις διαφορετικές ποιότητές του, καθώς και το διαφορετικό κόστος, προκειμένου να εκτιμήσουμε ένα χειροποίητο μαχαίρι.

Το πρώτο στοιχείο που έκανε το απλό ατσάλι ανοξείδωτο είναι το χρώμιο (Cr) το οποίο προσφέρει υψηλή αντίσταση στην οξείδωση και επιπλέον σκληρότητα. Για να χαρακτηριστεί ένα ατσάλι ανοξείδωτο (Inox) πρέπει να έχει πάνω από 13% χρώμιο.

Άλλο στοιχείο είναι το μαγγάνιο (Mn) που είναι πολύ σημαντικό στη σφυρηλάτηση γιατί κάνει το ατσάλι ιδιαίτερα εύπλαστο και στο βάψιμο γιατί βοηθά στην ομοιόμορφη κατανομή του άνθρακα στη δομή του ατσαλιού.

Το νικέλιο (Ni) αυξάνει την αντίσταση οξειδώσεως και δίνει λαμπρότητα στο ατσάλι. Δυστυχώς, όμως, μειώνει την ελαστικότητά του. Χρησιμοποιείται συχνά στην κατασκευή μαχαιριών θαλάσσης.

Ένα άλλο στοιχείο είναι το πυρίτιο (Si) που έχει παρόμοιες ιδιότητες με το μαγγάνιο. Οι λάτρεις της σφυρηλάτησης αρέσκονται να το προσθέτουν στο ατσάλι, ενώ βρίσκεται στο φούρνο, ρίχνοντας στη φωτιά ξερά μπαμπού που είναι πολύ πλούσια σε αυτό το συστατικό.

Άλλο συστατικό είναι το βανάδιο (V) που είναι πανάκριβο και ανεβάζει πολύ το κόστος του ατσαλιού, αλλά δίνει με το σωστό βάψιμο τεράστια αντοχή στην αποτριβή, με αποτέλεσμα η λάμα του μαχαιριού να κρατά την κόψη της ακμαία ακόμη και μετά από πολλή και σκληρή χρήση. Δυστυχώς, όμως, για να ξαναακονιστεί χρειάζεται ειδικά όργανα και αρκετή πείρα. Στην αμερικανική αγορά είναι ιδιαίτερα δημοφιλές και ανεβάζει το κόστος του μαχαιριού γιατί καθιστά πολύ δύσκολη την κατεργασία της λάμας. Το ακόνισμά της είναι εξαιρετικά δύσκολο και χρονοβόρο.

Παρόμοιες ιδιότητες έχει και το μολυβδένιο (Mo). Το στοιχείο αυτό βοηθά στη σωστή κατανομή των μορίων του άνθρακα και στη σκληρότητα του ατσαλιού. Γνωστό από το Β΄ Παγκόσμιο πόλεμο, χρησιμοποιείται για επίστρωση σε κάννες κανονιού και σε ατσάλινες θωρακίσεις.

Το βολφράμιο (W) είναι το τελευταίο σημαντικό στοιχείο στη βιομηχανία. Χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή νημάτων για λαμπτήρες, γιατί αντέχει σε μεγάλες θερμοκρασίες και μετατρέπει τη θερμότητα σε φωτεινή ενέργεια. Στο ατσάλι με χρώμιο και μολυβδένιο δίνει αυτό που λέγεται «κόκκινη σκληρότητα», που σημαίνει ότι το ατσάλι κρατά τη σκληρότητά του σε υψηλές θερμοκρασίες. Τα ατσάλια που περιέχουν αυτό το συστατικό λέγονται high speed steel. Είναι ευκολονόητο ότι η ύπαρξη αυτού του στοιχείου κάνει εφιαλτική, αν όχι αδύνατη τη σφυρηλάτηση, με αποτέλεσμα οι λάτρεις αυτής να το θεωρούν απαγορευτικό. Γι’ αυτό χρησιμοποιείται μόνο σε μαχαίρια βιομηχανικής παραγωγής και σε μαχαίρια που κατασκευάζονται με αποκοπή (σχίσιμο) ατσάλινης μάζας.

Υπάρχει ένα στοιχείο, ο φώσφορος που έχει κατά κάποιον τρόπο «αρνητικές» ιδιότητες στο ατσάλι, ιδιαίτερα σε αυτό που χρησιμοποιείται στην κατασκευή δαμασκηνών λαμών. Το στοιχείο αυτό είναι υπεύθυνο για την οξείδωση κατά τη διάρκεια της θερμικής επεξεργασίας, δημιουργώντας μικροστοές οξειδώσεως που δεν φαίνονται στην εξωτερική επιφάνεια, αλλά μόνο με υψηλής ευκρίνειας ακτινογραφία και καθιστούν τη λάμα του μαχαιριού ιδιαίτερα και απρόσμενα εύθραυστη.

 

Το ατσάλι και τα κράματά του

Ο παρακάτω πίνακας περιλαμβάνει τα πιο διαδεδομένα ατσάλια για λάμες μαχαιριών και την περιεκτικότητά τους επί τοις εκατό στα διάφορα στοιχεία που αναφέραμε.

	Ατσάλι	420	440-Α	440-Β	440-C	ATS-34	A-2	D-2	M-2	F-8	O-1
Στοιχείο %
Άνθρακας		0,4	0,55	0,9	1,00	1,05	1,00	1,5	0,85	1,3	0,9
Χρώμιο		13	14		17,05	14	5	11,5	4,2	4	0,5
Φώσφορος								0,03	0,03
Μαγγάνιο		1	1	1	0,5	0,6	0,5/0,7	0,25	0,25		1,35
Μολυβδένιο			0,55		0,45	4	1	1	5
Νικέλιο					0,2
Πυρίτιο		1	1	1	0,4	0,25	0,25/0,4	0,3	0,3		0,35
Βολφράμιο									6,35	8	0,5
Βανάδιο				0,1				0,9	1,9	0,3