Титановые ножи и японские клинки из титана

Еще в середине XX века взгляды ножеделов устремились на титановые сплавы как на материал, удачно подходящий для деталей рукоятей складных ножей. В СССР нижегородские производители в числе первых оценили их достоинства: заводы в Ворсме и Давыдково в начале второй половины XX века выпускали складные многопредметные модели с титановыми рукоятями. Чуть позднее появились и полностью титановые ножи.

За рубежом «титановый» бум пришелся уже на конец 1990-х. Традиционные цветные металлы (латуни и бронзы) просто не обладали комплексом необходимых свойств для изготовления деталей популярных «тактических» моделей титановых ножей, от которых требовались и высокая прочность, и легкость, и стойкость к действию вездесущей коррозии.

Коррозионностойкие стали мартенситного и ферритного классов, напротив, по прочности вполне удовлетворяли требованиям оружейных мастеров, но вес цельнометаллических моделей титановых ножей с объемными рукоятями полностью нивелировал это преимущество.

Рукояти из альфа-бета титановых сплавов, вес которых составлял менее половины от веса аналогичных деталей из стали, выглядели крайне перспективно несмотря на более высокую стоимость, обусловленную технологическими сложностями механической обработки титановых сплавов.

«Тактические» модели уже в конце 1980-х стали остроактуальным трендом отрасли, а потребители были вполне готовы платить за трудоемкость, что блестяще доказал опыт частных мастеров и небольших мастерских, таких как Chris Reeve Knives, которая в числе первых сумела учесть пожелания рынка и выпустить такие бестселлеры, как модель Sebenza, популярность которых вызвала к жизни многочисленные подражания и в Америке, и за ее пределами.

Трудности выбор титанового ножа

Титан имеет две аллотропическиеформы: альфа-титан с гексагональной решеткой и бета-титан с объемно центрированной решеткой. Изменяя относительное содержание этих фаз в сплаве титана, можно управлять и его механическими свойствами. Сравнительно мягкий альфа-титан для конструкционных элементов малопригоден, поэтому наибольшее распространение в промышленности получили титановые сплавы 2-х других групп: со смешанными альфа-бета фазами и с бета-фазой.

Доступные и технологичные двухфазные альфа-бета сплавы типа Ti-6AI-4V (отечественный аналог ВТ-б), которые могут быть термически обработаны до достаточно высокой прочности. Они первыми нашли широчайшее применение на складных моделях в качестве деталей рукояти.

Высокая коррозионная стойкость и низкий вес (40% от веса изделий сходных габаритов, выполненных из стали) стимулировали массовое использование титановых сплавов на поварской утвари для туристов-походников и альпинистов, у которых на учете каждый грамм снаряжения. Для этих категорий пользователейсвойствами, сопоставимыми со свойствами популярных коррозионостойких сталей типа 420 и 425. В придачу, титановые сплавы наделены великолепной коррозионной стойкостью, превосходящей «нержавейки», а также немагнитными свойствами, что стимулировало интерес к ним военных моряков.

Титановые ножи для военных нужд

Когда в начале 1980-х годов новое поколение магнитометрических взрывателей морских мин потребовало выпуска специальных ножей из немагнитных материалов, взоры военных сразу обратились на титановые сплавы. Модели ножей американской фирмы Mission Knife с клинками из бета-титановых сплавов быстро попали на снабжении боевых пловцов ВМФ США. Полная нечувствительностью титанового сплава к морской и атмосферной коррозии, а также низкий вес ножей стал дополнительным преимуществом нового материала. Суммарный вес оружия и пловца при выполнении ряда миссии достигает 60 кг и борьба за его снижение идет непрестанно.

Однако технологическая сложность изготовления бета-титановых сплавов не позволила наладить широкое производство титановых ножей. Mission Knife был вынужден несколько раз менять поставщика титана в связи с высоким спросом на него в аэрокосмической отрасли: перегруженные заказами производители зачастую просто не хотели работать с небольшими партиями сплавов для нужд ножеделов.
Дошло до того, что некоторые нечистые на руку дельцы стали предлагать для нужд дайверов и водолазов коммерческие версии «бета-титановых» ножей, которые на поверку оказывались выполненными из альфа-бета сплава.

При хорошей прочности и коррозионной стойкости режущие свойства таких клинков оставались весьма скромными и серьезно уступали даже моделям из популярной коррозионной стали 420-го типа несмотря на всевозможные ухищрения, которые были предприняты для повышения режущих свойств: нанесение на клинок износостойких покрытий и серрейторных участков режущей кромки.
Хотя дайверские ножи с клинками из бета-сплава титана со временем и появились в розничной продаже, но их главным достоинством так и осталась лишь легкость и высокая коррозионная стойкость. Да и конкуренты на месте не стояли: на рынке появились ножи для дайверов с клинками из прочных дисперсионно-твердеющих сталей, таких как 17/7РН и Н1, антикоррозионные свойства которых существенно возросли, а цены оказались весьма привлекательными.

Титановые композиты

Как же создать титановый сплав со свойствами, которые бы существенно превосходили свойства сталей? Новый путь развития открыли комбинированные материалы на основе титановых сплавов, усиленные диспергированными твердыми частицами, — карбидами кремния, оксидами циркония и пр., — производимые методами механического легирования.

Метод металлического легирования в порошковой металлургии позволяет успешно контролировать формирование необходимых типов микроструктур сплавов на основе титана, минуя термомеханическую обработку. Оптимизация параметров металлического легирования элементарных порошков позволила получить многофазные ультрадисперсные порошки и спеченные материалы с нанокристаллической структурой системы Ti-AI, Ti-Al-V, Ti-AI-Nb.
Высокая прочность подобных материалов достигается при размере упрочняющих частиц 10-500 нм при среднем расстоянии между ними 100-500 нм и равномерном распределении их в титановой матрице.

В композиционных материалах на основе титана в качестве матрицы используют альфа-бета титановый сплав типа Ti-6AI-4V, которая связывает дисперсные частицы в единое целое. В результате такого комбинирования максимальная прочность и износостойкость титанового сплава сочетается с высоким модулем упругости и небольшой плотностью. Так получивший коммерческое название Cera-Titan на основе матрицы из Ti-6AI-4V, упроченной оксидом циркония, при динамических испытаниях на износостойкость уступил только металлокерамике, обойдя даже специальные стали, полученные методами порошковой металлургии.

Японский титановый нож

Еще более высокой износостойкостью обладает композит Dio Titan японской фирмы Forever, при упрочнении которого используется комбинация из частиц диоксида циркония и алмазоподобных карбидов. Для повышения износостойкости и затиростойкости, а также придания антибактериальных свойств, поверхности клинков из титановых композитов дополнительно подвергают упрочнению путем нанесения покрытий. Так, используемое на моделях японской фирмы Forever высокотемпературное напыление на основе сплава серебра придает поварским клинкам еще и антибактериальные свойства.
Но упрочнение титановых сплавов может достигаться не только за счет внедрения в матрицу частиц, но и путем ее усиления волокнами. Уже сегодня ведутся эксперименты по введению в неорганическую металлическую матрицу тончайших волокнистых компонентов, можно получать композиционные материалы с требуемыми значениями прочности, упругости, абразивной и коррозионной стойкости, а также создавать композиции с другими специальными свойствами.

Кто знает — может через десять лет прочным, легким и незатупляемым клинком из «титанового булата» сможет орудовать на кухне любая домохозяйка: по мнению исследователей именно за такими композиционными материалами будущее…
Однако, не будем забегать вперед.

Титановые ножи на кухне

Композиционные материалы на основе титана смогли не только упрочить свои позиции в качестве материала для дайверских и универсальных титановых ножей, но и смело шагнули в область давнего доминирования коррозионностойких сталей — на профессиональную и любительскую кухню.
Японские производители титановых сплавов замахнулись на нишу, давно и прочно занятую ножами из низкоуглеродистых коррозийностойких сталей 420-го типа, закаленных на величину 50-56 HRC. Высокая коррозионная стойкость, простота правки и неплохая прочность такого рода сталей имеет и свой минус — необходимость регулярной правки режущей кромки мусатом и иными приспособлениями.

Именно этот недостаток и был преодолен на титановых композитах, поварские клинки из которых продолжают резать, резать и резать…

Одним из первых ножи из нового материала серии Titanum были предложены германской фирмой Boker совместно с их японскими партнерами. В дальнейшем и сами японцы начали продвижение на рынок ножей под брендом Forever с клинками из композиционных материалов на основе альфа-бета сплава титана с дисперсным упрочнением диоксидом циркония под коммерческим названием Titan 21 и комплекс.

Новые материалы сохранили высочайшие антикоррозионные свойства титана. Ни один из продуктов питания не способен вызвать даже легкое помутнение поверхности клинка, которая легко отмывается даже после самой «грязной» работы без следов и запаха.

Легкость моделей позволяет удобно манипулировать ножами даже людям, страдающим артритом. Клинки прочны и настолько упруги, что великолепно работают и как филейные модели. И, конечно, материал обладает колоссальной износостойкостью — клинки продолжают резать даже после того, как режущие кромки начинали явственно «блестеть» от притупления. Правка клинков не вызывает затруднений и с ней легко справляется даже начинающий любитель.

Конечно, новый материал не лишен недостатков, к числу которых относится пластичность режущей кромки клинка при «силовой» разделке мяса, птицы и рыбы.
Замороженное мясо, кости и хрящи способны повредить лезвия титановых ножей. Это и определяет основное назначение ножей из них — длительная и аккуратная нарезка и филирование.
Но уж в этой области титановые клинки обеспечили себе явные и убедительные преимущества весьма надолго.