Gli Acciai

La qualità dell’acciaio è la base per ottenere la massima efficacia e durata di una lama realizzata per utensili da taglio (coltelli, forbici, bisturi di precisione o chirurgici ecc.). E’ importante che l’acciaio sia duro affinché mantenga a lungo un filo tagliente, ma che allo stesso tempo sia sufficientemente flessibile da piegarsi senza spezzarsi. E’ indispensabile che sia oltretutto inossidabile, che abbia quindi una buona resistenza alla corrosione.
Tali qualità dell’acciaio si ottengono solamente utilizzando ottime e pregiate materie prime.

I materiali normalmente usati dalle migliori coltellerie produttrici di lame, sono acciai temprabili al cromo, ad alto contenuto di carbonio " AISI ( Arerican Iron and Steel Institute) 440 e AISI 420 " , in altre parole gli acciai inossidabili martensitici, che contengono almeno il 12% di cromo, le cui potenzialità possono essere sviluppate con un appropriato ciclo di costruzione e di trattamento termico. 

A detta di molti, gli acciai al carbonio sono quelli con le migliori doti di taglio e resistenza meccanica; esempi comuni sono AISI 1050, 1070, 1095, CPM 3V, A2, O1, K720 (O2), L6, 5160. Tutti questi acciai sono soggetti all'ossidazione (ruggine) se non curati adeguatamente. In virtù della loro resistenza a trazione, flessione e sforzi di vario genere si prestano alla costruzione di lame anche con dimensioni notevoli.
Un particolare acciaio, noto come D2, ha la caratteristica di essere "semiinossidabile" - non è inox, ma presenta comunque una considerevole resistenza all'ossidazione, in particolare se confrontato agli acciai già citati.

Esistono acciai che offrono elevata resistenza alla corrosione ma, contenendo poco carbonio, hanno scarso potere di taglio e risultano particolarmente facili da riaffilare: ne è un esempio il 420J2 (acciaio che personalmente non sopporto).
Una sua variante, conosciuta come 420HC o 420 MODIFIED, contenendo lo 0,5% di carbonio (oltre ad altri alliganti), risulta molto più performante della precedente nel taglio e nella tenuta del filo. Ne sono "parenti stretti" acciai noti come MA5M, X15T, 425, Sandvik 12C27, Sandvik 13C26; questi ultimi si distinguono per la maggiore purezza chimica.

Un buon compromesso tra inossidabilità e potere di taglio è dato dagli acciai serie 440 (A, B, C); dei tre, il 440C è quello da preferirsi. Leghe alquanto simili sono il Bohler N690Co, che contiene una percentuale di cobalto (acciaio famoso per essere stato usato nei coltelli della ditta italiana "Extrema Ratio"), l'AUS 8 e l'AUS 10. Altri acciai della serie AUS (come l'AUS4, 5, 6) hanno prestazioni simili al 420HC.
Infine, acciai molto performanti e utilizzati frequentemente sono ATS 34 e RWL34 (identici nella composizione, il secondo però è ottenuto per sinterizzazione), 154CM, VG10, CPM S30V; quest'ultimo attualmente è considerato uno dei migliori acciai inossidabili da coltelleria.

Esistono inoltre acciai speciali, come lo ZDP189, che pur essendo inossidabili, sono poco utilizzati a causa della loro notevole durezza (64-65 HRc) che li rende potenzialmente soggetti a rottura anche con sollecitazioni relativamente deboli, pur consentendo una tenuta del filo invidiabile.

Ci sono inoltre, molti acciai Hi-Tech, disponibili oggi per l’uso in lame per coltelli. Non solo variazione nell'equilibrio tra cromo e carbone, ma ci sono gli altri metalli nella lega che prestano caratteristiche speciali alla lama. Questi sono acciai come CPM-S30V, VG-10, H1, 154-cm, etc. Io raccomando una visita il sito web della Spyderco per leggere la loro analisi ben documentata dei vari acciai per le lame dei coltelli.

Alcune lame sono costituite da titanio che è leggero ed anti-magnetico. Questo non è pratico, per tagliare, come l’acciaio, ma utile in quelle situazioni dove sono importanti i suoi benefici. Per esempio, gli impieghi militari dei coltelli al titanio per l’uso circa esplosivi dove la loro proprietà anti-magnetica offre una migior sicurezza, oppure in ambienti marini dove il Titanio non viene intaccato.

Ci sono anche delle leghe al cobalto che sono usate con successo da alcune case coltelliere. Talonite e Boye Dendritic Cobalto sono due esempi. Queste lame di coltello sono quasi completamente anti-ruggine ed compiono ancora bene il lavoro che devono fare; il contro è che sono alquanto costose. Questi tipo di acciaio si trovano, solitamente, in coltelli che sono usati spesso in acqua di mare, anche se adesso con l’arrivo dell’acciaio H1 (un acciaio all’azoto), queste lame andranno sempre meno usate in ambienti salmastri, in quanto sostituite da quest’ultimo, che è completamente inattaccabile dalla ruggine.

Ossido e Carburo di zirconio, sono dei materiali simili alla ceramica o al diamante, molto duri, che sono usati anche per le lame di coltelli. Lame costituite con questi materiali, tengono un’affilatura molto più a lungo di tutti gli altri acciai e sono completamente inattaccabili dalla corrosione. Il contro di queste lame, è che loro sono fragili e si possono scalfire o rigare durante l’uso. Queste non si possono usare in tutto (solo per specifici lavori) e sono difficili da riaffilare.

A proposito della durezza, spiego brevemente: un materiale molto duro è anche molto fragile e viceversa (es. il vetro, la ceramica). Per rendere più duro ed innalzare il punto di rottura dell'acciaio di una lama si effettua la tempra, che consiste nel riscaldare la lega ad una temperatura detta di "austenizzazione" (ovvero in cui il cristallo di ferro è sotto forma di austenite), in genere compresa tra 800°C e 1100°C a seconda del tipo di lega, e raffreddare bruscamente in acqua od olio il pezzo, trasformando il ferro in martensite, forma cristallina del ferro assai dura. Per ridurre la durezza si riscalda nuovamente il pezzo a temperature più blande, tra i 150 e i 350°C in base alla durezza che si intenda ottenere, e lo si lascia raffreddare lentamente. La durezza viene misurata con un apposito strumento, il durometro Rockwell. La durezza di una lama è quindi variabile in base all'acciaio e al rinvenimento, ma mediamente oscilla tra i 54 HRc (gradi Rockwell) di un 420J2, i 58HRc del 440C e i 60HRc di un ATS34. Per confronto, la durezza di un diamante è di 100HRc.

ACCIAI MARTENSITICI

Gli acciai martensitici sono leghe di ferro, carbonio e cromo, alle quali molto spesso, per migliorare ed aumentare l’inossidabilità, la durezza, e la tenacità, vengono aggiunti altri elementi quali vanadio, molibdeno, nickel, tungsteno.
La migliore ripartizione, unione e fusione di questi elementi tra di loro, permette di realizzare un acciaio di ottima qualità.

Per sfruttare nel modo migliore le potenzialità dell’acciaio inossidabile martensitico, ci si avvale del trattamento termico o tempra.

ACCIAIO DAMASCO

Tecnica antica con cui si poteva conciliare in un’ unica lama, qualità di flessibilità e durezza (resistenza a colpi e rotture e durata del filo). Si ottiene alternando strati di acciaio duro a strati di acciaio dolce. Si prepara un pacchetto di lastrine che viene saldato alla forgia (circa 1250°C)

DAM

Raggiunta la giusta temperatura, con qualche colpo ben assestato si ‘incollano’ tutti gli strati, dopodiché sempre con martello ed incudine si plasma la forma del pacchetto per schiacciarlo ed allungarlo. Raggiunta una certa lunghezza, si incide a metà e si ripiega il pacchetto su sé stesso, segue una nuova saldatura alla forgia. Ad ogni passaggio si raddoppia il numero degli strati. Si ripete fino ad ottenere il numero di strati voluto (da pochi,  a migliaia secondo l’uso cui è destinato).

dam2

Esempio: pacchetto iniziale 5 strati si salda:
1° piegatura = 10 strati
2° piegatura = 20 strati
3° piegatura = 40 strati
4° piegatura = 80 strati
5° piegatura = 160 ecc.

Alla fine dal pacchetto si forgia la lama, la cui forma viene poi perfezionata e rifinita alla mola.

L’ultima fase è la tempra che dà durezza all’acciaio, si scalda la lama ad una precisa temperatura e successivamente si raffredda bruscamente in olio o acqua. Dopo la lucidatura segue un eventuale bagno nell’acido, che permette di evidenziare le caratteristiche marezzature del damasco.

Quindi lL'acciaio damasco è la denominazione impropria utilizzata per la tecnica dell'acciaio a pacchetto.

Fino a tempi recenti si pensava infatti che tale tecnica fosse stata usata dagli Arabi per la produzione delle celebri spade Damasco. È stato tuttavia appurato che tali spade venivano forgiate utilizzando dell'acciaio wootz.

Questo particolare tecnica veniva utilizzata per incrementare il tenore di carbonio del ferro battuto in modo da renderlo sensibile alla tempra. Ancor oggi è utilizzato per fabbricare coltelli di qualità.

Una lama è costituita da diversi strati di acciaio, con diverso tenore di carbonio. Gli strati vengono ottenuti battendo una barra di acciaio dolce assieme ad una di ghisa. La barra così ottenuta viene quindi ripiegata su sé stessa e nuovamente battuta. Ripetendo il processo per alcune volte si ottiene una barra formata da migliaia di strati, a cui si da quindi la forma voluta mediante forgiatura.

Con l'operazione di levigatura si mettono in evidenza i diversi strati (la cosiddetta damaschinatura), che somigliano a quelli che si avevano nelle spade damasco (l'effetto è simile alle striature del legno). A fine lavorazione la trama può essere ulteriormente evidenziata, immergendo l'oggetto in acido, che corrode in modo differenziato i diversi strati.

TEMPRA
L’acciaio legato ad altri elementi sviluppa particolari proprietà secondo le caratteristiche che si vogliono esaltare in funzione dell’uso. In genere ciò che trasforma un acciaio legato in un acciaio ottimale per la coltelleria è il trattamento termico (tempera e rinvenimento).
Ogni acciaio legato è caratterizzato da una temperatura critica alla quale la struttura cristallina dell’acciaio muta aumentando la solubilità del carbonio nella matrice ferritica: tale temperatura deve essere mantenuta per ottenere l’austenizzazione dell’acciaio ma non tanto da favorire la crescita della dimensione della granulosità (che specialmente per le lame dei coltelli si preferisce mantenere bassa).
Il passo successivo è quello di raffreddare bruscamente la temperatura (operazione di tempera) con vari mezzi (acqua, olio, emulsioni saline, ghiaccio, aria, ecc.) per ottenere il livello di durezza desiderato.
A questo punto l’acciaio è molto duro ma anche molto fragile: per ottenere un buon compromesso fra durezza (che si traduce in maggiore durata del filo) e diminuzione della fragilità (che si traduce in maggiore resistenza agli urti), viene sempre eseguito un secondo trattamento termico (operazione di rinvenimento), il cui scopo è quello di distendere il materiale assoggettato allo stato di coazione interno indotto dalla tempra e rimuovere le tensioni residue.
Si ricordi che l’aumento di durezza comporta l’aumento del punto di deformazione permanente (cioè il punto dopo il quale la deformazione del materiale cambia da elastica a plastica ) e aumenta il punto di rottura a tensione), ma diminuisce la resistenza agli urti e la duttilità.
Viceversa l’incremento della tenacità ed elasticità si traduce nella maggiore capacità ad assorbire gli urti, maggiore duttilità e lavorabilità, ma anche una diminuzione del punto di deformazione.
Si capisce da questi esempi che se l’acciaio in trattamento è destinato alla produzione di spade o machetes, si privilegerà l’ultimo aspetto con tempere meno drastiche e rinvenimenti più spinti per evitare facili rotture agli urti e viceversa se si utilizzerà l’acciaio per la produzione di lame di coltelli, dove l’urto è raro ma è invece frequente il taglio, si privilegerà una tempra drastica e un rinvenimento appena inteso a distendere il materiale intendendo mantenere la durezza al massimo livello compatibile.
Un ottimo metro di valutazione di questi aspetti è il test della durezza Rockwell.   
RESISTENZA ALLA CORROSIONE

Gli acciai martensitici sono leghe di ferro, carbonio e cromo, alle quali molto spesso, per migliorare ed aumentare l’inossidabilità, la durezza, e la tenacità, vengono aggiunti altri elementi quali vanadio, molibdeno, nickel, tungsteno.
La migliore ripartizione, unione e fusione di questi elementi tra di loro, permette di realizzare un acciaio di ottima qualità.

Per sfruttare nel modo migliore le potenzialità dell’acciaio inossidabile martensitico, ci si avvale del trattamento termico o tempra.

ELEMENTI PRINCIPALI CHE CARATTERIZZANO GLI ACCIAI


Carbonio:
  1. aumenta la durata del filo ed eleva il punto di elasticità;
  2. aumenta la durezza e incrementa la resistenza a fatica all’abrasione.

Cromo:

  1. aumenta la durezza , l’elasticità e la tenacità;
  2. concorre alla resistenza a fatica e alla corrosione.

Cobalto:

  1. incrementa resistenza e durezza e permette di resistere alle alte temperature;
  2. moltiplica gli effetti di altri elementi di lega.

Rame:

  1. aumenta la resistenza alla corrosione;
  2. aumenta la resistenza a fatica.

Manganese:

  1. aumenta la capacità di elevare la durezza
  2. disossida e degasa i metalli durante i trattamenti termici;
  3. in larghe quantità incrementa la durezza e diminuisce la fragilità.

Molibdeno:

  1. incrementa la tenacità, capacità a indurire, e resistenza a fatica;
  2. aumenta la lavorabilità e la resistenza alla corrosione.

Nickel:

  1. aumenta resistenza, durezza, e resistenza alla corrosione.

Fosforo:

  1. diminuisce la fragilità se in alte concentrazioni;
  2. aumenta la resistenza, lavorabilità, e durezza.

Silicio:

  1. incrementa la duttilità, l’elasticità, e desossida e degasa molti metalli.

Zolfo:

  1. incrementa la lavorabilità quando usato in piccole quantità.

Tungsteno:

  1. aumenta resistenza, durezza e tenacità.

Vanadio:

  1. incrementa la resistenza, la durezza e la resistenza agli urti;
  2. inibisce la crescita granulare.
Tabella Acciai (Clicca QUI)