🔥 Термичка

Термообработка ("термичка") превращает кусок стали с определённым химическим составом в рабочий клинок с нужной твёрдостью. Одна и та же марка стали в руках разных производителей может вести себя совершенно по-разному именно из-за разницы в термообработке, а не в химии металла. Это, пожалуй, самый недооценённый фактор в разговорах о том, какая сталь лучше.

Аустенизация: растворить карбиды, чтобы потом их вернуть

Первый этап: нагрев до высокой температуры (обычно 950-1100°C, зависит от марки), при которой кристаллическая решётка железа перестраивается из обычной для комнатной температуры феррито-карбидной структуры в аустенит (фазу, способную растворить в себе гораздо больше углерода и легирующих элементов). Чем выше температура аустенизации, тем больше карбидов успевает раствориться в этой фазе перед закалкой, а значит тем больше углерода и хрома окажется потом в самой матрице мартенсита после закалки. Казалось бы, чем больше растворилось, тем лучше, но у этого есть цена: избыточно высокая температура аустенизации ведёт к росту зерна металла (крупнее исходные кристаллы аустенита, крупнее и итоговый мартенсит), а крупнозернистая структура заметно более хрупкая при той же твёрдости. Хорошая термообработка это всегда поиск баланса, а не просто "погорячее и подольше".

Фото: Trewin, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Мастер-клиночник Майк Питерсон в своей кузнице: весь путь термообработки начинается здесь, с нагрева металла. Фото: Backyardist, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Закалка и мартенситное превращение

Из аустенитного состояния сталь резко охлаждают, чтобы не дать углероду выйти обратно в виде крупных карбидов, а заставить решётку "заморозиться" в напряжённой мартенситной структуре, которая и даёт итоговую высокую твёрдость. Саму структуру называют мартенситом в честь немецкого металлурга Адольфа Мартенса, впервые описавшего её под микроскопом в конце XIX века: игольчатое строение мартенсита настолько отличается от обычной перлитной стали, что по твёрдости разница доходит до 700 единиц по Бринеллю против 400 у перлита. У этого превращения есть температурные границы: точка начала (Ms) и точка окончания (Mf) образования мартенсита. Проблема в том, что у многих современных высоколегированных сталей точка Mf оказывается ниже комнатной температуры, а это значит, что при обычной закалке до комнатной температуры часть аустенита физически не успевает превратиться в мартенсит и остаётся в структуре в виде так называемого остаточного аустенита.

Остаточный аустенит и зачем нужен крио

Остаточный аустенит остаётся мягкой и вязкой фазой по сравнению с мартенситом, и его присутствие снижает итоговую твёрдость клинка ниже теоретического максимума для этой стали. У остаточного аустенита есть и положительная сторона: он повышает вязкость за счёт своей пластичности, поэтому небольшое его количество иногда оставляют намеренно. Но когда его слишком много, особенно у высоколегированных порошковых сталей с большим количеством хрома и других карбидообразующих элементов, криообработка (охлаждение клинка до глубоко отрицательных температур, вплоть до -196°C жидким азотом, сразу после закалки и до отпуска) дожимает превращение остаточного аустенита в мартенсит, поднимая итоговую твёрдость и делая структуру более однородной по всему сечению клинка.

Отпуск и вторичное твердение

Закалённая сталь в исходном виде слишком хрупкая для практического использования, поэтому её обязательно отпускают: повторно нагревают до заметно более низкой температуры и выдерживают некоторое время, чтобы снять внутренние напряжения и немного смягчить крайне напряжённую структуру мартенсита ценой небольшой потери твёрдости. У простых сталей твёрдость с ростом температуры отпуска монотонно падает. Но у высоколегированных инструментальных и порошковых сталей с большим содержанием хрома, ванадия и молибдена происходит любопытный эффект, который называют вторичным твердением: при определённой температуре отпуска (обычно в районе 500-550°C) из матрицы начинают выделяться мельчайшие вторичные карбиды, и твёрдость на графике "твёрдость от температуры отпуска" вместо падения даёт локальный подъём или плато. Именно на этом эффекте строится термообработка многих премиальных порошковых сталей: их специально отпускают в зоне вторичного твердения, иногда по два-три раза подряд, чтобы получить максимальную твёрдость вместе с приемлемой вязкостью одновременно.

Цвет оксидной плёнки на поверхности стали напрямую указывает температуру нагрева. Общественное достояние, Wikimedia Commons

Почему это важно заточнику

Именно поэтому нельзя судить о ноже только по марке стали в паспорте. Одна и та же сталь у разных производителей может показывать разницу в 2-3 HRC и заметно разное поведение на камне из-за разной температуры аустенизации, разного числа отпусков и того, применялась ли криообработка. Иногда встречаются ножи с откровенно недокалённой кромкой: она мягкая, легко гнётся, точится подозрительно быстро и совсем не держит остроту. Это или брак термообработки, или производственный нож с сознательно заниженной твёрдостью ради дешевизны и ударостойкости.

Реконструкция средневекового ремесла на историческом фестивале. Фото: bjornfalkevik, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Простой способ проверить на месте

Быстрый тест напильником: аккуратно проведите новым напильником по обуху клинка. Если напильник заметно "кусает" сталь (легко снимает стружку), твёрдость, скорее всего, ниже 55-58 HRC. Если напильник скользит почти без следа, сталь твёрже. Это грубая прикидка, не замена твердомеру, но она быстро помогает понять, с чем вы имеете дело, ещё до того как коснулись камня.