Stal damasceńska

Z Wikipedii

Stal damasceńska – stal posiadająca bardzo dobre własności mechaniczne, stosowana w średniowieczu do produkcji broni białej.

Nazwa pochodzi od Damaszku w Syrii, w którego okolicach istniały liczne warsztaty produkujące z tej stali miecze i szable o unikatowej w średniowieczu jakości. Białą broń ze stali damasceńskiej produkowano w latach ok. 900-1600 w krajach Bliskiego Wschodu. Powody całkowitego niemal zaniku jej produkcji w XVII w. nie są do końca znane. Wiedza o stali damasceńskiej dotarła do Europy w czasie wypraw krzyżowych. Wśród rycerzy europejskich szybko rozpowszechniły się legendy o szablach z tej stali, którymi można było przecinać świece na pół bez ich przewrócenia oraz szczerbić kamienie i miecze europejskie. Większość z tych legend była nieprawdziwa, niemniej jednak stal damasceńska istotnie przewyższała jakością ówczesne produkty europejskie.

Proces produkcji stali damasceńskiej był objęty tajemnicą i nigdy nie został opanowany w Europie. Nie zachowały się do czasów współczesnych żadne wiarygodne opisy tego procesu. Dawna hipoteza, że stal ta była otrzymana przez skuwanie ze sobą wielu (300-1000 i więcej) warstw stali węglowej o kolejno narastającej twardości, okazała się fałszywa. Współczesne eksperymenty metalurgiczne, oparte na szczegółowych badaniach mikrostruktury tej stali, doprowadziły do opracowania procesu technologicznego, prowadzącego do stopu o bardzo zbliżonych do oryginalnej stali damasceńskiej właściwościach.

Spis treści 1 Powstanie i rozwój technologii 2 Zanik technologii i próby jej odtworzenia 3 Stal damasceńska w świecie współczesnym 4 Bibliografia

[edytuj] Powstanie i rozwój technologii

W trakcie produkowania tradycyjnej stali węglowej, która z technicznego punktu widzenia jest stopem węgla i żelaza, można zmieniać jej właściwości mechaniczne przez zmianę udziału węgla. Ogólnie, gdy w żelazie występuje ok. 2% węgla, otrzymana stal jest twarda, ale jest krucha, mało odporna na zginanie i trudna do obróbki. Stal zawierająca ok. 0,5% węgla jest łatwo kowalna, giętka, ale za miękka. Stal do produkcji broni białej powinna być jednocześnie twarda (nie szczerbić się), giętka (aby nie pękać całkowicie) i w miarę łatwo kowalna, aby można było ją formować w pożądany kształt.

Metalurdzy z Indii, prawdopodobnie ok. 300 r. p.n.e. (choć inne źródła podają 200 r. n.e.) wypracowali nową technologię produkcji stali wysokowęglowej o bardzo wysokiej czystości, poprzez dodatek do pieca hutniczego specjalnych gatunków szkła. Technologia ta powoli rozpowszechniła się w Azji dochodząc do terenów współczesnego Turkmenistanu i Uzbekistanu ok. 900 r., oraz na Bliski Wschód ok. 1000 r.

Technologia ta była dalej rozwijana na tych terenach przez eksperymenty z kombinacjami lokalnych rud żelaza i różnych gatunków szkła. Szczegóły technologii są nieznane, ale badania próbek stali damasceńskiej wskazują na to, że w jej strukturze występują regularne domeny węglika żelaza, tworzące sieć warstw i wstążek, układających się równolegle do siebie. Węgliki posiadają znacznie większą twardość niż sama stal węglowa. Występowanie domen węglika umożliwia takie odkucie i naostrzenie broni, że na jej ostrzu znajduje się jednolita wstążka węglika i równolegle do niej rozmieszczone dalsze jego warstwy i wstążki, których gęstość występowania stopniowo maleje z odległością od ostrza. Taka struktura broni powoduje, że jej ostrze jest bardzo twarde i nie szczerbi się, przy jednoczesnym zachowaniu giętkości całej głowni. Domeny węglika tworzą na powierzchni głowni wykonanych ze stali damasceńskiej widoczny gołym okiem charakterystyczny wzorek połyskujący na słońcu, co umożliwia łatwe jej rozpoznanie.

[edytuj] Zanik technologii i próby jej odtworzenia

Z powodów, które nie są dokładnie poznane, technologia produkcji stali damasceńskiej została zapomniana na Bliskim Wschodzie ok. 1600 r. Technologię tę próbowano odtwarzać w różnych miejscach, jednak bez pełnego powodzenia. Rosyjska stal bułat, której technologię rozwinął Paweł Petrowicz Anosow w 1838 r. na podstawie analizy struktury stali damasceńskiej, mimo iż otrzymywana prawdopodobnie innymi metodami, posiada szereg właściwości dość zbliżonych do oryginału. W latach 80. XX w. i na początku XXI w. pojawiło się kilka doniesień o eksperymentach, które doprowadziły do otrzymania stali o niemal identycznych właściwościach i strukturze jak stal damasceńska. M.in. Verhoeven i współpracownicy opublikowali w 1998 r. opis technologii polegającej 10-20 precyzyjnych cyklach wygrzewania do temperatury ok 100°C poniżej temperatury krytycznej A_cm i chłodzenia do temperatury pokojowej zwykłej stali niskowęglowej, które doprowadziły do spontanicznego powstania mikrostruktury do złudzenia przypominającej stal damasceńską. Zbliżony opis technologii został też opublikowany przez Wadswortha i Sherby w 1980 r. i później w 2001 r.

Przez jakiś czas wierzono, że stal damasceńska była produkowana w podobny sposób, w jaki czyniono to przy produkcji mieczy wysokiej jakości w Europie i Japonii. Proces ten polegał na skuwaniu na gorąco i zawijaniu wokół ostrza kilkudziesięciu kolejnych warstw stali o narastającej stopniowo twardości, a następnie wkładaniu tak przygotowanej głowni do kwasu solnego i ostatecznym szlifowaniu ostrza. Proces ten istotnie prowadzi do otrzymania na powierzchni dość podobnej do stali damasceńskiej faktury, co długo wprowadzało badaczy w błąd. Współczesne badania metalurgiczne udowodniły jednak, że stal damasceńska była wytapiania jednolicie, a głownie wykonane z tej stali nie wykazują nieciągłości struktury, które są nie do uniknięcia przy stosowaniu technologii skuwania.

Dość długo sądzono też, że stal damasceńska nie była wytapiana na miejscu, lecz była importowana z Indii. Wykopaliska na terenie Turkmenistanu dowiodły jednak, że stal ta była wytapiana na miejscu, gdyż znaleziono resztki pieców hutniczych, w których zachowały się pozostałości stali o dokładnie takiej samej strukturze jak stal damasceńska. Mimo że nie natrafiono na podobne wykopaliska w okolicach Damaszku, nie ma powodu sądzić, że technologii wytopu tej stali nie można było przenieść i tam. Z drugiej strony badania mikrozanieczyszczeń stali damasceńskiej, wykonane przez Alfreda Pendray, wskazują, że skład tych zanieczyszczeń jest identyczny z zanieczyszczeniami rud żelaza z północnych Indii. Może to sugerować, że wytop był dokonywany na miejscu, ale ruda i szkło były importowane z Indii.

Stal damasceńska o niemal oryginalnych cechach jest otrzymywana współcześnie w procesie, który, zdaniem Alfreda Pendray, Olega Sherby i Jeffa Wadswartha jest prawdopodobnie dość zbliżony do oryginalnego, na co wskazuje jego prostota i bardzo podobne własności produktów. Badania nad dochodzeniem do coraz lepszych rezultatów w produkcji tej stali są prowadzone przez kilka zespołów metalurgów z USA i Rosji, już nie ze względów historycznych, lecz czysto praktycznych, gdyż tego rodzaju materiał może znaleźć wiele dochodowych zastosowań.

[edytuj] Stal damasceńska w świecie współczesnym

Obecnie stal damasceńska jest szeroko wykorzystywana do produkcji noży codziennego użytku (EDC) wysokiej klasy. Używają jej wyspecjalizowane zakłady (np. Chris Reeve) i niewielcy prywatni producenci noży. Czynnikiem hamującym szerokie jej rozpowszechnienie jest jej niezwykle wysoka cena - ostrze ze stali damasceńskiej podwaja lub potraja cenę noża w porównaniu do ceny noża z ostrzem wysokiej klasy.

[edytuj] Bibliografia

• Eric M. Taleff, Bruce L. Bramfitt, Chol K. Syn, Donald R. Lesuer, Jeffrey Wadsworth, and Oleg D. Sherby, "Processing, structure, and properties of a rolled ultrahigh-carbon steel plate exhibiting a damask pattern," Materials Characterization 46 (1), 11-18 (2001).
• J. D. Verhoeven, "A review of microsegregation induced banding phenomena in steels", J. Materials Engineering and Performance 9 (3), 286-296 (2000).
• J. D. Verhoeven, A. H. Pendray, and W. E. Dauksch, "The Key Role of Impurities in Ancient Damascus Steel Blades", JOM 50 (9), 58-64 (1998).
• J. Wadsworth and O. D. Sherby, "On the Bulat – Damascus steel revisited," Prog. Materials Science 68, 25-35 (1980).