Simone Raimondi Handmade Artistic Knives

ACCIAI AL CARBONIO:

L’ acciaio è sostanzialmente una lega binaria, ferro al 99% e carbonio al 1%.(1.2% massimo). Anche se la maggior parte degli acciai al carbonio ne contiene di media il 0.5%.

Le fasi presenti nelle leghe ferro-carbonio raffreddate a varie temperature molto lentamente danno origine a diverse fasi solide interstiziali: ferrite alfa, cementite, austenite, ferrite gamma, per trattare l’argomento “metallurgia” in modo teorico prenderei troppo spazio allontanandomi dal concetto “lame” che è quello che più mi interessa…

Va detto che gli acciai al carbonio possono essere duri (eutettoidici 0.8% di carbonio), extra duri (ipereuttettoidici contengono più del 0.8% di carbonio) e meno duri (ipoeuttettoidici meno dello 0.8% di carbonio), questa distinzione viene data dal raffreddamento lento dell’austenite sotto la temperatura eutettoidica di circa 723°C, da questo processo si ottiene una struttura di ferrite alfa e cementite (composto molto duro e fragile).

Gli acciai al carbonio cosi come gli acciai inossidabili possono essere “debolmente legati” o “fortemente legati”, quelli debolmente legati sono gli acciai in cui ogni elemento in lega non supera il 5%, mentre i fortemente legati sono quelli in cui almeno un elemento in lega supera il 5%.

Gli acciai al carbonio cosi come gli inossidabili “martensitici” hanno la capacità di “prendere la tempra”, ovvero raffreddati molto rapidamente, ad esempio nell’ olio, la loro struttura austenitica (oltre gli 800°C) tramuta in martensite un composto molto duro e quindi relativamente fragile (bassa resilienza), questo sta a significare il perché del trattamento termico di “rinvenimento” o di “distensione” su una lama temprata.Una lama a tutta tempra terrà sicuramente più a lungo il tagliente di una lama rinvenuta, ma il contro è proprio l’ eccessiva durezza (tradotta in fragilità!) che in un qualsiasi urto anche occasionale porterà la lama o alla “sbeccatura” della punta o a una totale incrinatura del materiale cosi come avviene in alcuni casi ai famosi coltelli in ossido di zirconio conosciuti come “coltelli in ceramica”.

Tutti gli acciai al carbonio contengono sempre degli altri elementi presenti in minori percentuali quali il silicio, il manganese (aiuta il processo di fusione disossidando i metalli in lega), e impurità come fosforo e zolfo in minime quantità.

Gli acciai al carbonio più utilizzati dai coltellinai sono:

-C60-         0.55%^0.65% C   0.60%^0.90% Mn   0.040% P   0.050% S

-C70-         0.70% C    0.030% Cr    0.25% Si    0.70% Mn   0.020% Mo

-C90-         0.90% C    0.025% Cr    0.25% Si    1.50% Mn   0.045% Mo

-K600-       0.45% C     1.30% Cr     0.25% Mo   4.00% Ni

-K720-       0.90% C     0.30% Cr     2.00% Mn   0.045% Mo

-AISI 1080-          0.75% - 0.88% C   0.60%^0.90% Mn   0.040% P   0.050% S

-AISI 1095-          0.90% - 1.05% C   0.30%^0.50% Mn   0.040% P   0.050% S 

-UHB 15N20-        0.75% C   0.60%^0.90% Mn   2.00% Ni   0.040% P

-UHB 20C-           1.00% C   0.30% Si   0.40% Mn   0.02% P   0.015% S

-UHB 15LM-          0.75% C   0.20% Si   0.73% Mn   0.02% P   0.02% S

-O1-                    0.90% C   1.60%Mn   0.50% Cr   0.50% W

-L6-                     0.70% C   0.35% Mn   1.00% Cr   1.75% Ni

Poi ci sono acciai al carbonio “semi inossidabili”, i più apprezzati dai coltellinai sono:

-K100-   2.0% C   12.00% Cr   0.30% Si   0.40% Mn

-D2-     1.55% C   12.00% Cr   0.79% Mo   1.00% V

La tempra per la maggior parte di questi acciai si aggira tra i 790°C e gli 850°C, le eccezioni riguardano soprattutto i semi-inox per i quali, dato l’elevato tenore di cromo presente nella loro struttura, è di circa 1.030°C per il “D2” e di circa 950°C per il “K100”.

L’ operazione di rinvenimento può variare, ma non di molto, in base alle specifiche tecniche degli acciai stessi, alla  lunghezza e allo spessore della lama, si aggira comunque tra i 150°C e i 220°C per circa 2 ore.Come già detto il rinvenimento rende elasticità e resilienza (resistenza agli urti) all’ acciaio dopo il processo di tempra, distende la grana martensitica che in un acciaio al carbonio si può tradurre anche in maggior resistenza alla corrosione (più compatta è la struttura martensitica più difficile sarà il processo di corrosione intergranulare), gioca inoltre un importante ruolo nel “fissare” la durezza all’acciaio temprato naturalmente resa meno drastica dal rinvenimento stesso (acciai al carbonio temprati con durezza 64 HRC possono scendere dopo adeguato trattamento termico di rinvenimento a 58/60 HRC, durezza ideale per un coltello!

Un ottimo acciaio al carbonio molto usato dai knifemakers Americani è il 5160 (0.65%-0.70% C), va temprato in olio a circa 870°C e il rinvenimento va eseguito a 180°C per 2 volte per circa un ora e mezza ogni volta. La durezza dopo questo procedimento si aggirerà intorno ai 58-59 HRC.

 

ACCIAIO DAMASCO:

L’ acciaio damascato non è certo una scoperta dei nostri giorni…,già migliaia di anni fa Etruschi, Persiani, Vichinghi, tutto il medio oriente e per ultimi, cronologicamente parlando, i Giapponesi, usavano forgiare i loro utensili e le loro armi con diversi strati di acciaio o meglio dire con strati di acciai con diversi tenori di carbonio, non so in che modo lo stabilissero, ma è ciò che facciamo noi ai nostri giorni con l’ausilio di dati analitici di laboratorio e testi specifici sull’argomento…

Il damasco forgiato è un materiale formidabile, di ineguagliabile bellezza estetica, valore intrinseco e di estrema adattabilità ad ogni uso! Si ottiene partendo dalla bollitura in forgia a oltre 1.200°C di panetti di 7, 9, 13 o 17 strati di lunghezza, larghezza e spessore che possono variare, formati da acciai con tenore di carbonio differente di solito alternati l’uno all’altro, per “aiutare” il processo di saldatura si usa il “borato sodico decaidrato”  (borace) che funge da disossidante tra i metalli.

La base, diciamo l’acciaio portante (quello che apporterà alla lama durezza e capacità di taglio) di solito ha un tenore di carbonio compreso tra 0.70% e 0.90%, l’altro che fa da “spalla” (apportando sia il contrasto cromatico in trattamento chimico sia l’elasticità al materiale) un tenore di carbonio tra i 0.18% e 0.45%.

Io di solito uso forgiare con acciai “portanti”  K720, 20C, AISI 1095, 15LM, 15N20  uniti ad acciai più “teneri” come il C40, C70, K600, ST44,  e il 18NiCrMo5 con alle volte aggiunta di nichelio puro in spessore da 0.5 mm (per un maggior risultato estetico) che non deve, su lame per uso venatorio, arrivare sul tagliente della lama (ne comprometterebbe la capacità di taglio formando dopo trattamento chimico dei “dentini” sul filo della lama).

La cosa veramente importante nell’ acciaio damasco non è però il suo “pattern”, ma l’unione effettiva del materiale, deve a prodotto finito essere un corpo unico perfettamente omogeneo, questo è un risultato importante che va oltre l’estetica, probabilmente la cosa che più premeva ai maestri forgiatori dei tempi antichi.

I metodi di forgiatura sono molti, il classico “random”, il "ladder", il ritorto “classico”, “zebrato” o “explosion”, il “composito a più barre saldate” (Turkish), il “mosaico” e il “damasco complesso”.

Per complesso si intende a più blocchi bolliti, il “san-mai kitae” (3 blocchi forgiati), l’ Hon san-mai kitae (4 blocchi forgiati), Shiozume-kitae (5 blocchi forgiati), Sohiu kitae (6 blocchi forgiati), Rai Kunimitsu (7 blocchi forgiati), Kobuse san-mai kitae etc… , questi metodi di forgiatura appartengono alla scuola “spadaia” giapponese.

Qualunque sia la tecnica usata per realizzare una lama in damasco, il procedimento finale sarà sempre lo stesso: il "bagno chimico". Alcuni coltellinai usano acido nitrico, altri acido solforico, altri ancora (la maggior parte) cloruro ferrico (che non è un acido ma bensi' un sale....). Io personalmente finisco la lama con grana 400, poi in base agli acciai che ho impiegato per realizzare la lama, faccio un ulteriore passaggio con nastri ceramici Trizact X45 della 3M e infine "immergo" in cloruro ferrico con aggiunta di acido cloridrico (o aceto bianco) nella giusta proporzione. Il tempo che la lama deve rimanere in acido può variare a seconda dei gusti...più tempo rimarrà in acido più la superfice della lama sarà scavata rilevando maggiormente la differenza tra i materiali usati. Altra tecnica è il bagno chimico a caldo, personalmente la utilizzo soltanto quando ho a che fare con acciai molto duri e ricchi di nichel (15N20).

Ma il damasco, anche se è un materiale eccezionale, ha il suo difetto intrinseco nella relativa fragilità a tutta tempra…. ma con un giusto rinvenimento anche questo problema si smussa notevolmente, per molti il problema è l’elevato costo del prodotto…, per altri ancora il fatto che il damasco forgiato non sia inossidabile.

Non tutti sanno che cromo e carbonio non sono compatibili, più è presente uno di questi elementi meno lo è l’altro, anche se la moderna metallurgia ha creato acciai damascati inox con elevati tenori di carbonio/cromo con il processo di “sinterizzazione”, il classico e unico damasco al carbonio tende, se non vi si ha un minimo di cura e manutenzione a base di olio per meccanica o al silicone, a ossidarsi formando la famosa “ruggine” che non è altro che una miscela di ossidi e idrossidi di ferro che si forma per precipitazione di carburi di cromo.

 

ACCIAI  INOSSIDABILI:

E’ importante che l’acciaio sia duro affinchè mantenga allungo un filo tagliente, ma che al contempo sia sufficientemente flessibile da piegarsi senza spezzarsi…,queste caratteristiche appartengono alla maggior parte degli acciai al carbonio (damasco compreso) e agli acciai inossidabili “martensitici” se opportunamente trattati termicamente, qualsiasi acciaio di ottima fattura se temprato in modo inappropriato, non darà mai una lama al meglio delle sue capacità…

Gli acciai inossidabili martensitici sono leghe di ferro, carbonio e cromo presente nella percentuale di almeno il 12%, tale percentuale di cromo forma un “film passivo” che protegge la superfice della lama dagli agenti corrosivi, resta bene inteso però che in particolari condizioni esteme tipo acqua stagnante (estremamente povera di ossigeno) o acidi aggressivi non rimossi, il dato dell’inossidabilità perde tenacia dando origine a corrosioni di tipo “galvanica” a “macchia” o “intercristallina” dovute sempre per precipitazioni di carburi di cromo.

Ci sono poi acciai inossidabili  “austenitici”  “ferritici”  “martensitici”  “martensitici sinterizzati”.

-      Austenitici: leghe ternarie ferro-cromo-nichel contenenti circa il 16-25% di cromo e il 7-20% di nichel (serie AISI 300)

-      Ferritici: leghe binarie ferro-cromo contenenti circa il 12-30% di cromo (AISI 430F, 405, 410S, 445 e 446)

-     Martensitici: leghe ternarie ferro-cromo-carbonio con tenori di cromo compresi tra 12 e 17% e carbonio tra 0.10 e 1.00% (AISI 420, 440A, 440B, 440C, MA5M, 12C27, 13C26, ATS34)

I martensitici “sinterizzati” sono acciai che subiscono un processo di sinterizzazione. La “sinterizzazione”, è molto in breve, un processo metallurgico innovativo di matrice Americana di unificazione dei metalli mediante polveri degli stessi legati tramite fortissima compressione e trattamenti termici in forni ad ammoniaca dissociata o idrogeno effettuati sotto vuoto a temperature molto elevate (1260/1320°C) comunque inferiori ai punti di fusione.

Acciai inossidabili martensitici più utilizzati per la fabbricazione di coltelli:

MA5M:              0.50% C   13.50% Cr   0.20% Mn   0.50% Mo   0.10% V

AISI 440 A:       0.60% C   16.00% Cr   0.50% Si   0.40% Mn   0.015 Mo

AISI 440 B:       0.75% C   16.80% Cr   0.50% Si   0.50% Mn   0.60% Mo

AISI 440 C:       1.00% C   17.00% Cr   1.00% Si   1.00% Mn   0.75% Mo

12C27/13C26    0.65% C   13.00% Cr   0.20% Si   0.20% Mn   0.10% Mo

AEB-L               0.68% C   13.00% Cr  

ATS 34:            1.00% C   14.00% Cr   0.20% Si   0.40% Mn   3.50% Mo

N690Co:           1.00% C   14.00% Cr   0.20% Si   0.40% Mn   1.50% Co

AUS 10:            1.00% C   14.00% Cr   1.00% Si   0.50% Mn   0.20% Mo   0.15% V

 

Acciai sinterizzati:

RWL 34:                      1.05% C   14.00% Cr   0.50% Si   0.50% Mn   4.00% Mo

CRUCIBLE 154 CM:       1.05% C   14.00% Cr   0.50% Si   4.00% Mo

CRUCIBLE CPM S60V:   2.15% C   17.00% Cr   5.50% V   0.40% Mo

CRUCIBLE CPM S90V:   2.30% C   14.00% Cr   4.00% V   2.00% Mo

CRUCIBLE CPM S30V:   1.45% C   14.00% Cr   4.00%V   2.00% Mo

BOHLER K 190: (D2 sinterizzato)   2.30% C   12.50% Cr   4.00% V   1.00% Mo

BOHLER K 390:            2.45% C   4.15% Cr    9.00% V    3.75 Mo    2.00% Co  

BOHLER M 390 ISOMATRIX:         1.90% C   20.00% Cr   4.00% V   1.00% Mo

DAMASTEEL INOX DAMASCO (ATS34-440A) :  1.05% C   14.00%Cr   0.50% Si   0.50% Mn   4.00% Mo   0.20% V

Le temperature di tempra degli acciai inox sono più alte rispetto agli acciai al carbonio, si aggirano di media tra i 1.050°C  e i 1.070°C per i più legati, necessitano di un pre-riscaldamento a circa 700/750°C per evitare “shock termico” e quindi eventuali cricche durante lo spegnimento che deve essere in olio scaldato a circa 40/50°C e non in acqua.

Il rinvenimento si aggira tra i 250°C per un tempo variabile ma in media tra un ora/un ora e mezza.

Per gli acciai legati al cobalto o molibdeno come ATS 34 o N 690 si effettuano rinvenimenti lenti a circa 500/530°C per un tempo di un ora e mezza.

 

PRINCIPALI ELEMENTI DI LEGA:

CARBONIO: è l’elemento fondamentale che nel processo di tempra cambia la sua struttura austenitica in martensitica conferendo una durezza elevata all’acciaio, incrementa in modo esponenziale la capacità di taglio della lama.

CROMO: conferisce durezza nel trattamento di tempra e incrementa la resistenza alla corrosione.

NICHEL: aggiunge tenacia e durezza all’acciaio, incrementa la resistenza alla corrosione, in una lama in damasco conferisce “bellezza” alla trama.

TUNGSTENO: conferisce durezza all’acciaio e da tenacità e resistenza su trazioni ad alte temperature.

MANGANESE: aggiunge tenacità all’acciaio, di norma è presente in tutti gli acciai in quanto ha grande importanza come disossidante durante i processi di fusione.

COBALTO: aiuta nei processi di solubilizzazione austenitica consentendo maggiori di tempra e quindi conferendo alla lama maggior durezza e tenacità a caldo.

SILICIO: incrementa elasticità e durezza all’acciaio.

MOLIBDENO: incrementa durezza e tenacità.

VANADIO: migliora e rallenta la crescita della struttura dendritica conferendo elasticità e omogeneità all’acciaio durante la dempra.

ZOLFO E FOSFORO: considerati impurità nell’acciaio, di solito presenti in minime quantità in tutti gli acciai.

 

Corporazione coltellinai Italiani


Canadian Knife Makers Guild



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