Küchenmesser gehen leicht kaputt? Metallurgie-Wissen hilft Ihnen, den Mastermind hinter den Kulissen zu finden

Als unverzichtbares Werkzeug in der Küche ist Robustheit die grundlegendste Anforderung an ein Küchenmesser. Geht es kaputt, könnte man sofort auf einen Qualitätsmangel des Messers und eine schlampige Verarbeitung schließen.

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Tatsächlich liegt die Bruchgefahr von Küchenmessern aber möglicherweise weniger an den verwendeten Materialien, sondern vielmehr an der Art des Küchenmessers . Heute betrachten wir die objektiven Ursachen für den Bruch von Küchenmessern aus der Sicht der Metallmaterialien und der Metallverarbeitung. Wir hoffen außerdem, dass dieser Artikel Ihnen einige relevante Kenntnisse zum Kauf und zur Pflege von Küchenmessern vermitteln kann.

Teil 1

Das gesamte Küchenmesser aus Edelstahl besteht nicht aus einem Stück

In den letzten Jahren sind einteilige Edelstahlmesser (nachfolgend Ganzkörper-Edelstahlmesser oder einteilige Messer genannt) sehr beliebt geworden. Bei der sogenannten einteiligen Ausführung erscheinen Klinge und Griff als ein Ganzes, das heißt, der gesamte Korpus besteht aus rostfreiem Stahl .

Die Vorteile liegen auf der Hand und Schönheit und Hygiene sind die größten Verkaufsargumente für diese Art von Messern. Der komplette Korpus aus rostfreiem Stahl bringt nicht nur den silberweißen Metallglanz zur Geltung, sondern verhindert auch die Bakterienbildung im Holzgriff oder gar in der Naht zwischen Griff und Klinge.

Allerdings besteht bei dieser Art von Messern tatsächlich ein gemeinsames Problem, nämlich dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Klinge als Ganzes vom Griff abbricht, viel höher ist als bei gewöhnlichen Spaltmessern . Warum ist das so?

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Tatsächlich sieht das einteilige Messer wie ein Ganzes aus, es entsteht jedoch durch das Zusammenschweißen von Klinge und Griff.

Viele fragen sich vielleicht, warum das Werkzeug nicht in einem Durchgang im Gesenkschmiedeverfahren hergestellt werden kann. Wenn Sie beispielsweise den Rohling eines Küchenmessers in eine Form legen und einen Stanzvorgang durchführen, kann er dann nicht zu einem Stück geformt werden?

Dies ist eine sehr tiefgründige Frage, und tatsächlich werden viele Spaltmesser (die Holzgriffe benötigen) auf diese Weise hergestellt. Allerdings muss gesagt werden, dass einteilige Messer ggf. separat gefertigt und anschließend verschweißt werden müssen. Dafür gibt es drei Hauptgründe:

Erstens: Obwohl sowohl der für die Klinge als auch der Griff verwendete Stahl rostfrei sein kann, sind die spezifischen Güteklassen im Allgemeinen unterschiedlich. Die Klinge als Herzstück des Messers muss selbstverständlich aus hochwertigen Materialien mit hervorragender Gesamtleistung bestehen. Der Griff als Hilfskonstruktion kann die Anforderungen erfüllen, sofern er unter bestimmten Bedingungen nicht rostet. Aus Kostengründen besteht daher keine Notwendigkeit, die Materialien beider zu vereinheitlichen.

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Darüber hinaus bestehen viele Klingen aus sogenanntem Drei-in-Eins-Stahl, das heißt, auf zwei Seiten besteht es aus rostfreiem Stahl und in der Mitte aus gewöhnlichem Stahl. Durch dieses Material kann sichergestellt werden, dass das Küchenmesser über die besten umfassenden mechanischen Eigenschaften verfügt. Moderne Küchenmesserfabriken kaufen Klingenmaterialien direkt in Form von Stahlplatten, ohne dass der traditionelle Schmiedeprozess erforderlich ist. Um die Effizienz einer groß angelegten Fließbandproduktion zu gewährleisten, müssen Klinge und Griff separat hergestellt werden.

Zweitens ist die Warmverarbeitungstemperatur von Stahl im Vergleich zu leicht zu verarbeitenden Nichteisenmetallen wie Kupfer und Aluminium höher und die Kaltverfestigung ausgeprägter . Um es ganz deutlich zu sagen: Der Energieverbrauch und die Anforderungen an die Ausrüstung sind viel höher, sodass sich Küchenmesser für die einteilige Formgebung durch Gesenkschmieden oder Stanzen nicht besonders gut eignen.

Natürlich wird die einzelne Klinge oder der Griff noch einer Reihe von Bearbeitungsprozessen unterzogen. Beispielsweise kann die Klinge gestanzt, geschnitten und leicht gerollt werden, während der Griff gestanzt oder sogar CNC-geschnitten werden kann, um die gewünschte Form zu erhalten.

Drittens wird das Schweißverfahren, das die Klinge und den Griff verbindet, Heißschweißen genannt , was bereits eine sehr ausgereifte Prozesstechnologie ist. Darüber hinaus kommt es in der Realität selten zu ernsthaften Sicherheitsrisiken, selbst wenn die Schweißnaht bricht. Schließlich liegt die Sicherheitstoleranz von Küchenmessern und Flugzeugen gegenüber plötzlichen Brüchen in einer ganz anderen Größenordnung. Daher sind viele Hersteller nicht bereit, hierfür unnötige Kosten aufzuwenden.

In Wirklichkeit ist die Naht zwischen Klinge und Griff manchmal eine gerade Linie (senkrecht zur Mittellinie des Griffs) und manchmal eine diagonale Linie. Nach dem Heißschweißen muss die Optik poliert werden, daher ist die Schweißnaht oft sehr unauffällig.

Teil 2

Der Übeltäter beim Küchenmesserbruch: thermische Restspannungen nach dem Schweißen

Nach der obigen Erklärung glaube ich, dass jeder die Notwendigkeit des Schweißens von Klinge und Griff bei diesem Küchenmessertyp verstehen kann. Im Vergleich zur Gesamtstruktur ist der geschweißte Teil im Allgemeinen das anfälligste Glied, was völlig unserem gesunden Menschenverstand entspricht.

Nicht nur Schweißverbindungen, sondern auch Verbindungsstellen wie Kleben, Sintern und Elektrolöten sind in der Regel die ersten Teile, die bei Einwirkung äußerer Kräfte brechen. Aus dieser Perspektive weist das einteilige Küchenmesser, das geschweißt werden muss, inhärente strukturelle Mängel auf .

Aus Gründen des Produktschutzes und der Gefahrenvermeidung sollten Sie daher versuchen, das Herunterfallen des Küchenmessers oder andere Situationen, in denen eine große Aufprallkraft entstehen kann, zu verhindern, um zu vermeiden, dass das Küchenmesser durch den Aufprall zerbricht.

Manche Freunde könnten jedoch Fragen aufwerfen – bei vielen Küchenmessern ist die Bruchstelle offensichtlich nicht die Schweißstelle, sondern sie sind in einem gewissen Abstand von der Schweißstelle abgebrochen. Heißt das, dass die obigen Erklärungen alle unhaltbar sind?

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Keine Panik, schauen wir uns zunächst an, wie der Schweißvorgang abläuft. Vor dem Schweißvorgang hat die Klinge den entscheidenden Wärmebehandlungsprozess abgeschlossen und verfügt über gute Gesamteigenschaften, da sie sowohl stark als auch robust ist. Wirkt von der Seite einer solchen Stahlplatte eine geringe Schlagkraft, ist ein zerstörender Bruch nahezu unmöglich.

Wenn wir beispielsweise mit einem Küchenmesser oder einer Stahlplatte von der Seite auf den harten Stein schlagen, ist es nahezu unmöglich, dass dieser zerbricht, es sei denn, das Produkt weist große Einschlüsse oder Poren auf. Primäre Defekte wie Einschlüsse oder Poren sollten nach einem geeigneten Herstellungsprozess der Stahlplatte vollständig beseitigt sein.

Aufgrund des hohen Schmelzpunkts von Stahlwerkstoffen ist beim Schweißen eine konzentrierte Erwärmung erforderlich, um in der Nähe der beiden Schweißflächen eine sehr hohe Temperatur zu erreichen, was zu einer deutlichen lokalen Erweichung führt.

Es gibt zwei Gründe, warum nur Nahwärme benötigt wird:

Erstens wurde die Klinge bereits als Ganzes wärmebehandelt und durch erneutes Erhitzen wird der Härtungseffekt der Wärmebehandlung nur teilweise oder vollständig aufgehoben.

Zweitens ist das Erhitzen der gesamten Schweißnaht nicht nur unnötig, sondern verbraucht auch viel Energie. Im Allgemeinen verwenden Fabriken verschiedene Methoden wie Argon-Lichtbogenschweißen, lokale Induktion, Laser, Elektronenstrahl usw., um die Schweißnaht präzise zu erhitzen. Gleichzeitig wird in der Praxis Druck eingesetzt, um die beiden Fügeflächen einander anzunähern und so die Verdichtung der Schweißnaht zu fördern.

Nach dem Schweißen und dem mechanischen Polieren ist die Schweißnaht von außen nicht mehr erkennbar und in Bezug auf die Prüffestigkeit ist die Schweißnaht nicht so schwach wie wir dachten.

Aber warum brechen Klingen im wirklichen Leben so oft? Tatsächlich ist neben der Zerbrechlichkeit der Schweißnaht selbst die während des Schweißvorgangs erzeugte thermische Spannung die Ursache für die meisten „Tragödien“ .

Teil 3

Warum ist es unmöglich, die Auswirkungen thermischer Restspannungen zu beseitigen?

** Thermische Spannung ist eine intrinsische Kraft innerhalb eines Materials. In erhitzten oder abgekühlten Materialien entsteht leicht thermische Spannung. **Seine Anwesenheit ist manchmal vorteilhaft oder sogar absichtlich erzwungen, wie beispielsweise bei der Herstellung von gehärtetem Glas. In den meisten Fällen ist thermischer Stress jedoch schädlich für die Stabilität des Materials und muss kontrolliert und beseitigt werden.

Die Entstehung thermischer Spannungen ist eigentlich die unvermeidliche Folge der thermischen Ausdehnung und Kontraktion von Materialien . Während des Abkühlvorgangs nach dem Erhitzen zeigt die Stahlkonstruktion in der Nähe des erhitzten Bereichs zwangsläufig das Phänomen, dass die Verformungstendenz einiger Teile größer ist als die Verformungstendenz anderer Teile.

Ein Küchenmesser ist ein starrer Körper mit einheitlichem Aussehen und fester Form, sodass im Inneren des Materials lokale innere Spannungen auftreten.

Mit anderen Worten: Das Material befindet sich an diesem Punkt in einem von Natur aus instabilen Zustand, oder einfacher ausgedrückt: es „hält seine Energie zurück“. Diese Energie begleitet das Messer über seinen gesamten Lebenszyklus und so besitzen unsere Küchenmesser nicht nur eine raue Optik, sondern auch ein wildes Herz.

Unterschätzen Sie diese Eigenspannungen nicht, denn sie führen zur Entstehung winziger Risse im Material. Wenn sie zufällig der richtigen äußeren Kraft ausgesetzt sind, können sich die winzigen Risse augenblicklich zu verheerenden Brüchen ausweiten.

Nach Abschluss des Schweißvorgangs werden die Spannungen bis zu einem gewissen Grad abgebaut, beispielsweise durch erneutes Erhitzen bei niedrigerer Temperatur über einen längeren Zeitraum, um den Ausgleich der inneren Spannungen zu ermöglichen.

Eine übermäßige Verarbeitung kann jedoch die mechanischen Gesamteigenschaften des Materials beeinträchtigen und die hart erarbeitete Festigkeit und Zähigkeit verringern. Daher ist es praktisch unmöglich, die durch das Schweißen verursachte thermische Spannung vollständig zu eliminieren.

In unserem täglichen Leben ist die plötzliche Explosion von gehärtetem Glas das Ergebnis innerer Spannungen und unser aktueller Produktionsprozess für gehärtetes Glas kann das Auftreten solcher Unfälle nie vollständig verhindern (tatsächlich wird gehärtetes Glas vor Verlassen der Fabrik verschiedenen strengen Tests unterzogen, damit Produkte mit versteckten Gefahren während des Testprozesses nicht zerspringen).

Gebrochenes gehärtetes Glas

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Auch bei einem komplett aus rostfreiem Stahl gefertigten Küchenmesser lässt sich ein plötzlicher Bruch der Klinge nicht völlig vermeiden. Was die Stelle des Bruchs betrifft, so tritt er normalerweise an der Schweißnaht auf, wo die thermische Spannung am größten ist. Natürlich kann es auch rund um die Schweißnaht auftreten, je nach Lage der Mikrorisse und Richtung ihrer Ausbreitung .

Dies bedeutet natürlich nicht, dass ein Küchenmesser aus einem Stück zwangsläufig bricht, aber es bedeutet, dass im Vergleich zu Küchenmessern mit herkömmlicher Konstruktion (der Stahl in Klinge und Griff ist ein Stück Material, das gleichzeitig geformt wird) bei einem geschweißten Küchenmesser aus einem Stück die Wahrscheinlichkeit höher ist, dass die Klinge als Ganzes bricht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es für Unternehmen, die Schneidwerkzeuge herstellen, notwendig ist, die Schweißfestigkeit so weit wie möglich zu erhöhen und den Schweißprozess zu verbessern, um übermäßige thermische Restspannungen zu vermeiden.

Quellen:

1. Das Problem des Bruchs von https://modama.net/knife/tips23.html

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Zhang Hao (PhD in Materialwissenschaften)
Produzent: China Science Expo Herausgeber: Wang Tingting

Der Artikel gibt nur die Ansichten des Autors wieder und repräsentiert nicht die Position der China Science Expo

Dieser Artikel wurde zuerst in der China Science Expo (kepubolan) veröffentlicht.

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