Когда не справляется сталь - Журнал Прорез

Дмитрий Самойлов

КОГДА НЕ СПРАВЛЯЕТСЯ СТАЛЬ

На протяжении нескольких тысяч лет для изготовления клинков применялся только металл. Люди прибегали к другим материалам исключительно в ритуальных целях либо если металл был им недоступен. В XX веке ситуация изменилась: во-первых, появились новые задачи, с которыми металлический клинок уже не справлялся, а во-вторых, было освоено производство принципиально новых материалов, сравнявшихся по ряду характеристик с металлом и даже превзошедших его. Одними из первых альтернативы металлу стали использовать хирурги и ученые. И тем и другим потребовалось лезвие более острое, чем могла обеспечить сталь.

При достаточно большом увеличении поперечного сечения клинка можно увидеть, что даже самая острая режущая кромка имеет скругленную форму. При прочих равных характеристиках, чем меньше будет радиус этого скругления, тем выше будет острота. Вместе с тем для каждого материала существует предельно малое значение этого радиуса, определяемое степенью организации молекул и силой межмолекулярных связей.

Для сталей предельная острота теоретически определяется их кристаллической структурой. На практике же основную роль в этом играет диаметр зерен карбидов, поскольку режущую кромку нецелесообразно делать более тонкой, чем одно зерно. В противном случае ее стойкость и режущие свойства будут существенно снижены. Диаметр зерна карбида стали марки S30V, например, составляет в среднем 4 микрона, у стали ATS-34— порядка 25 микрон, а у D2— около 50. Наиболее острые из существующих лезвий имеют режущую кромку с диаметром 0,6 микрона, что одновременно является практически минимальным диаметром зерна карбида в высокоуглеродистых сталях.

Одним из первых материалов, примененных для создания неметаллического скальпеля, стал обсидиан. Как часто бывает, новое — это хорошо забытое старое. Ножами из вулканического стекла пользовались еще жрецы майя и хирурги в Древнем Египте. Благодаря аморфной молекулярной структуре обсидиановое лезвие может достигать на порядок меньшей толщины, а следовательно, большей остроты, чем стальное. Современные обсидиановые скальпели, применяемые в пластической хирургии и офтальмологии, а также при подготовке препаратов для электронного микроскопа, имеют диаметр режущей кромки около 0,02 микрона.

Еще одним достоинством стеклянного клинка является его гораздо более гладкая поверхность. При наблюдении в микроскоп с одинаковым увеличением режущая кромка стеклянного клинка выглядит как прямая линия, в то время как у стального она напоминает пилу с неравномерно распределенными зубцами. В результате обсидиановый скальпель создает гораздо меньше трения, проходя сквозь ткани, что позволяет получить значительно более аккуратный разрез, чем при использовании стального.

Основными недостатками обсидианового клинка являются его хрупкость и недолговечность. Стеклянный клинок не выдерживает столкновения с твердыми объектами, и даже в мягких тканях может сделать не более сотни разрезов, прежде чем потеряет остроту.

До недавнего времени обсидиановые скальпели были рекордсменами остроты, однако последние достижения в области технологий плазменной полировки позволили наладить выпуск алмазных микроскальпелей с диаметром режущей кромки около 0,003 микрона (то есть приблизительно 30 атомов). Алмазные скальпели гораздо более долговечны, чем обсидиановые. Однако их широкому распространению препятствует, в первую очередь, высокая цена — тысяча долларов и более.

Острота современного алмазного скальпеля не является пределом. Особые технологии ионной литографии позволяют получить кремниевый микроскальпель с толщиной режущей кромки около 0,001 микрона.

Следующей предметной областью, потребовавшей искать альтернативу стали для изготовления клинка, стало оружие скрытого ношения. Серия угонов самолетов в начале 70-х привела к быстрому распространению досмотровых металлодетекторов. Вслед за аэропортами арочные и ручные детекторы появились на входах в государственные учреждения, банки, клубы и т. д. Это подтолкнуло ряд фирм-производителей ножей и отдельных мастеров на поиски подходящей замены для стали.

Принцип работы металлодетектора основан на эффекте индукционных вихревых токов. Активный датчик обнаружения генерирует электромагнитное поле, возбуждающее вихревые токи в проводящем объекте. Эти вихревые токи генерируют вторичное электромагнитное поле, которое обнаруживается и оценивается приемным датчиком. Чтобы оставаться для такого детектора незамеченным, материал не должен проводить электрический ток.

Первым кандидатом на замену стали волокнистые полимерные композиты. В основном использовался материал Zytel французской фирмы DuPont, часто применяемый в конструкции рукоятей ножей. Пионером в его использовании для изготовления клинков стал мастер Э. Дж. Рассел (A. G. Russel), наладивший в конце 1970-х выпуск ножа CIA Letter Opener (нож ЦРУ для вскрыва-ния конвертов). Из Zytel делали свои ножи Choate Machine and Tool, United Cutlery, Cold Steel и некоторые мастера-индивидуалы. Клинки из Zytel не могут резать — режущая кромка просто сминается. Именно поэтому большинство изделий из Zytel ориентированы исключительно на укол, классическим примером чего является модель Delta Dart фирмы Cold Steel.

Чемпионом по функциональным качествам среди пластиковых ножей по праву считается Stealth Hawk фирмы Busse Combat. На испытаниях этот нож забивали молотком в дверь автомобиля, в толстый деревянный брус и даже стенку стальной 200-литровой бочки. Затем нож сгибали под углом 20 °. Все эти тесты Stealth Hawk выдержал без ущерба для себя. В финале с помощью ножа перепилили 17 пеньковых канатов полудюймовой толщины. Высокие эксплуатационные свойства ножа по заявлениям фирмы-производителя объясняются особым пластиковым композитом МР45, примененным для его создания. Однако, на мой взгляд, значительную роль сыграла и геометрия клинка. Кончик Stealth Hawk имеет особую форму, близкую к пулевидной, что придает ему высокую прочность. Такая форма острия называется ВАТ (Busse Armored Tip — армированное острие Busse) и образуется тремя видами спусков — прямыми, линзовидными выпуклыми и линзовидными вогнутыми. Серрейтор на Stealth Hawk также разработан с учетом особенностей материала клинка. Зубья серрейтора сделаны очень крупными для прочности, а их профиль ориентирован на то, чтобы рвать, а не резать. Производство Stealth Hawk было прекращено во второй половине 1990-х, поскольку один из компонентов, использовавшихся для изготовления клинка, стал недоступен. Дело в том, что Агентство по защите окружающей среды (ЕРА) запретило производство этого пластика, так как оно сопровождалось канцерогенными выбросами в атмосферу.

В настоящее время Cold Steel предлагает новую серию ножей Nightshade из армированного стекловолокном пластика Grivory, который позиционируется как более прочная альтернатива Zytel. Однако, как показал ряд независимо проведенных тестов, клинки из Grivory выдерживают всего пару колющих ударов, прежде чем сломаются, а по режущей способности они не превосходят разовый пластиковый нож из общепита.

В начале 1990-х годов среди создателей неметаллических ножей стали популярны стеклотекстолит G-10 и композиты на базе углеволокна (carbon fiber). Кончики армирующих волокон, выходящие на режущую кромку, образуют своеобразный микросеррейтор, благодаря которому ножи из этих материалов могут худо-бедно резать. Из стеклотекстолита делали некоторые свои модели такие мастера, как Фред Перрин (Fred Perrin) и Лэйси Сзабо (Laci Szabo). В середине 1990-х фирма Shomer Тес выпускала нож Deep Cover из G-10, разработанный Эрнестом Эмерсоном (Ernest Emerson). В настоящее время подобные ножи производит только фирма Mission Knives (серия СТ, то есть Counter Terrorist — контртеррористические).

До недавнего времени лучшим ножом из материалов данной группы был давно снятый с производства Frequent Flyer фирмы Mad Dog Labs. Эта фирма выпускала ножи с клинком из стеклотекстолита собственной разработки, превосходящего по прочности и режущим свойствам G-10.

В настоящее время пальма первенства однозначно принадлежит продукции небольшой фирмы Granger Knives. Ножи серии GPR изготовлены из одноименного композита, марку и состав которого производитель держит в секрете. Твердость GPR составляет 47 по шкале «С» Роквелла (HRC), а по прочности он превосходит G-10 в 4 раза.

Наиболее перспективным материалом для производства неметаллических ножей оказалась керамика. Одним из первых в 1980-х годах с ней начал экспериментировать Боб Терзуола (Bob Terzuola). В настоящее время чаще всего применяется диоксид-циркониевая керамика. Ее твердость составляет 8,2 по шкале Mooca (Mohs). Корректного метода пересчета этого значения в единицы шкалы «С» Роквелла нет, так как последняя не существует для величин более 68. Однако, экстраполировав, можно определить, что твердость данной керамики превышает 80 HRC. Если же вернуться к шкале Мооса, то твердость алмаза по ней составляет 10, а закаленной стали с твердостью 58–60 HRC- около 6.