فولاد مناسب برای ساخت چاقو

چاقو از جمله ابزارهای مفید بشریت از آغاز تا امروز بوده است. در گذشته از هر وسیله‌ای برای بریدن استفاده می‌کردند اما امروزه با پیشرفت علم، قدرت انتخاب مناسب‌ترین فلز برای ساخت چاقو را داریم.

 

همانطور که می‌دانید چیزی که ما از چاقو می‌خواهیم تیزی و برنده بودن است، پس این عامل را در انتخاب آن باید مد نظر قرار دهیم. تیز و برنده بودن چاقو به عوامل مختلفی بستگی دارد. این عوامل شامل جنس چاقو به لحاظ سختی، مقاومت به سایش، مقاومت به خوردگی و زاویه لبه چاقو می‌باشد.

حال برای پیدا کردن فلز مناسب برای ساخت چاقو انواع فلزات را بررسی کرده و با معایب و مزایای آن آشنا می‌شویم.

ساخت چاقو با ورق آهن

آهن ارزان‌ و فراوان‌ است. اما برای چاقو نیاز به استحکام و مقاومت به خوردگی است که آهن به علت نرم بودن، شکل‌پذیری، اکسید شدن سریع سطوح و از دست دادن کارایی به تنهایی مناسب ساخت چاقو نمی‌باشد. پس نیاز است به فکر فلز جایگزین باشیم و یا سطوح آهن را با پوشش‌هایی مقاوم کنیم که این کار صرفه اقتصادی ندارد.

برای جایگزین کردن، نیاز به فلزی نظیر فولاد داریم. فولاد محکم است و استحکام کافی را دارد و در برابر سایش و خوردگی نیز مقاومت می‌باشد و از قیمت مناسبی برخوردار است. انواع ورق فولادی مناسب برای ساخت چاقو شامل فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، فولاد ابزار و فولاد فنر می‌باشد که در زیر به اختصار توضیح داده می‌شوند.

فولاد کربنی

فولاد کربنی یا همان carbon steel با مقدار کربن بالا، استحکام و سختی مناسبی را در مقابل ضربه و سایش فراهم می‌کند. درصد وزنی کربن این فولاد بین 0.05 تا 2.1 درصد است.

فولاد کربنی هیچ مقداری از عناصر کبالت، مولیبدن، نیکل، تیتانیوم، تنگستن، وانادیوم و کروم را ندارد. فولاد کربنی می‌تواند نهایتا ۰.۴ درصد مس، 1.65 درصد منگنز، 0.6 درصد سیلیس داشته باشد. البته برای کاربری بهتر آن باید عملیات حرارتی بر روی این فولاد انجام بگیرد.

اگر کوئنچ کردن سریع باشد، تیغه چاقو شکننده و ترد می‌شود و به راحتی می‌شکند و اگر نرمال سازی و آنیل روی فولاد پر کربن انجام شود، تیغه چاقو انعطاف پذیر و نرم شده و به راحتی دچار تغییر فرم و خمیدگی می‌شود. احتمال زنگ زدگی این فولاد وجود دارد زیرا آلیاژ مناسب در برابر خوردگی نیست. از میان فولادهای کربنی فولاد ۱۰۹۵ در ساخت چاقو رواج دارد.

فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ آلیاژی از فولاد می‌باشد که اصلی‌ترین عناصر تشکیل دهنده آن آهن، کروم و نیکل است. مقدار این عناصر با یکدیگر متفاوت بوده و حداکثر مقدار درصد جرمی کربن ۱.۲ درصد و کروم ۱۰.۵ درصد است.

مقاومت به خوردگی این فولادها به علت وجود لایه غیر فعال روی سطح آنهاست که به ماده زیرین به شدت پیوند خورده و باعث می‌شود که فولاد در تماس زیاد در محیط قرار نگرفته و در نتیجه مقاومت خوبی نسبت به خوردگی دارد.

این مقاومت در صورتی در فولاد ضد زنگ اتفاق می‌افتد که حداقل ۱۰.۵ درصد از این فولاد را کروم تشکیل داده باشد. با داشتن این مقدار کروم فولاد به حالتی تبدیل می‌شود که حتی اگر بر روی سطح آن خراش ایجاد شود فولاد خود را ترمیم کرده و این لایه دوباره شکل می‌گیرد.

چاقوهای ساخته شده با استیل به دلیل این نوع مقاومت در برابر خوردگی بسیار مورد توجه قرار می‌گیرند. اگر به این چاقو عنصر مولبیدن اضافه کنیم، در مقابل اسیدهای کاهنده و محلول‌های کلریدی هم مقاومت به خوردگی پیدا می‌کند. داشتن این میزان کروم و مولیبدن علاوه بر مقاومت به خوردگی و زنگ زدگی، سبب درخشش بالا و راحتی در نگهداری می‌شود. در نتیجه به ماده‌ای ایده‌آل در ساختارهای نظیر چاقو تبدیل می‌شود. فولاد ضدزنگ به صورت سه رقم بیان می‌شود و هر کدام مشخصات ترکیب را نشان می‌دهد.

ساخت چاقو با استنلس استیل به علت داشتن کروم مناسب از جمله بهترین انتخاب هاست زیرا هم از استحکام کافی برخوردار است و هم مقاوم به خوردگی می‌باشد. بهترین گرید فولاد ضد زنگ برای چاقو ورق استیل ۴۲۰ و ۴۴۰ است. البته گاهی از گریدهایی مانند ۳۱۶ نیز استفاده می‌شود که لبه‌های مقاومی ندارند. از دیگر گریدها می‌توان به استیل ضد زنگ رسوب سخت اشاره کرد که علاوه بر تست خوردگی خواص سختی خوبی هم دارند.

فولاد ابزار

این گروه از محبوب‌ترین فولادها برای ساخت چاقو می‌باشد. در این فولاد علاوه بر کربن بالا، خواص مکانیکی نیز به دلیل عناصر آلیاژی افزوده شده تقویت می‌شود. این آلیاژ‌ها مقاومت به خوردگی را بهبود می‌دهند. البته مقاومت به خوردگی آن به اندازه استنلس استیل نیست. فولاد ابزار مناسب برای چاقو شامل فولادهای W2 و A2 و D2 و M2 هستند.

فولاد دمشقی

این فولاد بسیار سخت و مستحکم است و در سوریه قرن‌ها شناخته شده و به عنوان آلیاژی برتر در ساخت شمشیر و چاقو کاربرد داشته است. فولاد دمشقی به صورت لایه ای با فولاد ووتز و با الگوی موجی ایجاد می‌شود اما چون فولاد ووتز با گذشت زمان دیگر ساخته نشد، این فولاد امروزه بسیار نایاب است.

فولاد CK75 برای چاقو

فولاد CK75 از جمله فولادهای مهم در صنعت فولاد فنر می‌باشد. در فولاد فنر از منگنز، کروم، وانادیوم، مولبیدن و سیلیسیم استفاده می‌شود. این فولاد دارای استحکام کششی بوده و ضد سایش است. وجود سیلیسیم باعث خاصیت الاستیسیته شده و وجود کروم سبب مقاومت به خوردگی می‌شود.

فولاد فنر CK75 با شماره استاندارد ۱.۱۲۴۸ در ساخت چاقوهای با کیفیت استفاده می‌شود. این فولاد یک آلیاژ کربنی متوسط با خواص مکانیکی بسیار عالی می‌باشد که به نام فولاد فنر چاقو نیز نامیده می‌شود. این فولاد ظاهری درخشان و صیقلی دارد. علاوه بر عناصر گفته شده عملیات حرارتی نقش مهمی در تعیین خواص فولاد فنر ایجاد می‌کند. این عملیات حرارتی، سختی و چقرمگی بالا را تضمین می‌کنند.

ساخت چاقو با فولاد فنر

فولاد فنر در صنایع هنری، آشپزخانه، چاقو و چنگال و فعالیت‌های مرتبط با رطوبت استفاده می‌شود. در ساخت چاقو با فولاد فنر باید به موارد زیر دقت کرد:

• انتخاب ماده مناسب از جمله مهم ترین موارد است. به عنوان مثال فولاد فنر به علت خاصیت ارتجاعی باید دارای ترکیبات مولیبدن باشد.
• ماده مناسب انتخاب شده باید با یک فرایند کنترل شده آهنگری شود. فولاد منتخب طی عملیاتی گرم و فشرده شده تا ساختار مولکولی آن تراز شده و خواص مکانیکی و دوام آن افزایش یابد
• عملیات حرارتی بعد از آهنگری سبب بهینه سازی و انعطاف تیغه می‌شود در این فرایند تیغه در چرخه‌های گرم و سرد قرار می‌گیرد.
• سنگ زنی مرحله بعدی است که تیغه در آسیاب قرار گرفته و عیوب آن برطرف می‌گردد و طرح نهایی آن که شامل رسیدن به ضخامت مورد نظر و ایجاد زوایای هندسی است، انجام می‌شود.
• مرحله بعدی جلا دادن چاقو می‌باشد. در این مرحله عملیات پولیش زنی انجام شده تا خراش‌ها از بین رفته و چاقو صاف و براق شود. پولیش علاوه بر براقیت، مقاومت به خوردگی را هم بهبود می‌بخشد.
• مرحله بعدی مونتاژ دسته چاقو
• کنترل کیفیت
• و نهایتاً بسته‌بندی

بهترین فولاد برای ساخت شمشیر

فولاد پرکربن به علت توانایی حفظ لبه و مقاومت و استحکام عموماً برای ساخت شمشیر استفاده می‌شود. همچنین این نوع فولاد طول عمر زیادی هم دارد به طور کلی فولاد ۱۰۶۰ بهترین نوع فولاد برای شمشیرسازی می‌باشد که هم قیمت مناسب، هم سختی و استحکام که سبب حفظ لبه و دوام می‌شود دارد. توجه کنید که برترین فولاد برای ساخت شمشیر فولاد ضد زنگ به علت کربن کم و در نتیجه سختی کم است.

ویژگی‌های فولاد مناسب چاقو

ویژگی‌های زیر سبب می‌شود یک تیغه با کیفیت بالا داشته باشیم:

• استحکام که ظرفیت را در برابر نیرو نشان می‌دهد.
• سختی که همان مقاومت پایدار در مقابل تغییر شکل است و با مقیاس Rockwell اندازه‌گیری می‌شود و بر اساس سختی در فرورفتگی یک ماده است.
• سخت شدن در طی عملیات حرارتی.
• الاستیسیته و انعطاف پذیری فولاد و خم شدن بدون شکست در هنگام اعمال نیرو.
• چقرمگی و مقاومت در هنگام نیرو قبل از اینکه خرد شود.
• عملکرد لبه تیغه و تیزی آن.
• حفظ لبه تیغه بدون تغییر دوباره.
• مقاومت به خوردگی در برابر شرایط محیطی نظیر رطوبت و هوا.
• مقاومت به سایش و خوردگی در زمان استقاده.
• بهره وری در طی ساخت ماشین کاری و عملیات حرارتی فرایند تولید.

عناصر ساخت چاقو

علاوه بر کربن C که سبب استحکام فشاری، قابلیت سخت شدن و سختی می‌شود و آهن Fe که در ساخت چاقو جز موارد اصلی به حساب می‌آیند، عناصر آلیاژی دیگر نظیر مس Cu، کروم Cr، کبالت Co، منگنز Mn، مولیبدن Mo، نیکل Ni، تنگستن W، وانادیوم V نیز در ساخت چاقو استفاده می‌شوند.

کروم: مقاومت در برابر سایش و خوردگی را به شدت افزایش می‌دهد.همچنین سختی و استحکام را بهبود می‌بخشد و در واقع فولاد را ضد زنگ می‌کند.

کبالت: مقاومت به سایش، سختی و استمرار برندگی را افزایش می‌دهد و سبب افزایش قدرت می‌شود.

مس: مقاومت به خوردگی را زیاد می‌کند و سختی را افزایش می‌دهد.

نیکل: مقاومت به ضربه، مقاومت در کشش، مقاومت حرارتی و مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهد و فولاد را سخت می‌کند.

تنگستن: استحکام، مقاومت به خوردگی، مقاومت به سایش، مقاومت به حرارت را افزایش می‌دهد.

مولیبدن: سختی، دوام، برندگی، مقاومت کششی، سختی‌پذیری و استحکام را افزایش می‌دهد.

وانادیوم: اکسیژن زدا می‌باشد و آلیاژی ارزشمند است. مقاومت به ضربه و استحکام، مقاومت به سایش و فرسایش و در نتیجه دوام برندگی را بهبود می‌بخشد. همه این‌ها به علت ریزدانه کردن فولاد می‌باشد که سختی آن را به شدت زیاد می‌کند.

نتیجه‌گیری

در نهایت نمی‌توان فولادی را به طور قطعی مناسب‌ترین فولاد برای چاقو دانست، زیرا هر یک ویژگی‌هایی دارند که بنا بر نیاز مصرف کننده متفاوت است. اما با جمع‌بندی خواص گفته شده می‌توان چاقوی مناسب را تهیه کرد.

آلیاژ‌های چاقو باید ویژگی‌های خاص فیزیکی شیمیایی داشته باشند و مقاوم به خوردگی و ضد زنگ باشند و در تماس با مواد اسیدی و قلیایی لکه‌دار نشوند. تیغه‌ای مقاوم داشته باشند و در طولانی مدت سختی خود را حفظ کنند.

اما به طور کلی می‌توان گفت چاقوی فولاد فنر CK75 به علت ویژگی های منحصر به فردی که دارد جزو بهترین فولادها برای ساخت چاقو می‌باشد. همچنین چاقوی مناسب برای شکار فولاد W2 است زیرا سختی بالا و دوام زیادی دارد. فولاد CPM S110V  از سخت‌ترین نوع چاقوها می‌باشد که کار با آن و شکل دهی‌اش بسیار دشوار است.