Tajemnica Damasceńskiej Stali.pdf

damasceÄskiej stali

Przed setkami lat rzemieælnicy wykuwali stalowe

ostrza o niezrwnanej jakoæci. Jak to robili?

Naukowiec i kowal wsplnie znaleli odpowied

John D. Verhoeven

po XX wiek uýywano miecza

czy teý szabli jako broni. Armie

wyposaýone w lepsz broÄ zy-

skiwa¸y od razu wyran przewag« tak-

tyczn. DamasceÄskie szable, z ktry-

mi rycerze z zachodniej Europy zetkn«li

si« w czasach wypraw krzyýowych,

mia¸y, jak si« powszechnie uwaýa, naj-

lepsze klingi 1 na æwiecie.

Te szable, pocztkowo wytwarzane

w Damaszku 2 (po¸oýonym dziæ na tere-

nie Syrii), cechowa¸y si« dwiema w¸a-

æciwoæciami niespotykanymi w euro-

pejskiej broni siecznej. Jedn z nich by¸

falisty wzr dekorujcy ich powierzch-

ni«, znany dziæ jako wzr damasceÄski

[ ilustracja powyýej ]. Drug, znacznie waý-

niejsz by¸a niewiarygodnie ostra kra-

w«d g¸owni. Legendy mwi o dama-

sceÄskich szablach przecinajcych jed-

wabn chustk« frunc w powietrzu,

czego nie moýna by¸o dokona ýadnym

z europejskich mieczy.

Pomimo s¸awy i uýytecznoæci tych

ostrzy Europejczycy nigdy nie zdo¸ali od-

kry, jak wytwarzano stal damasceÄsk,

uýywan rwnieý do wyrobu sztyletw,

toporw i grotw w¸czni. Najznakomit-

si europejscy metalurdzy i kowale nie po-

trafili jej odtworzy nawet wwczas, gdy

dok¸adnie zbadali oryginalne egzempla-

rze. Ta sztuka zosta¸a zapomniana nawet

w krajach, z ktrych pochodzi¸y. Eksper-

ci s raczej zgodni, ýe ostatnie damasceÄ-

skie ostrza wysokiej jakoæci wytworzono

na pocztku XIX stulecia. Jednak nie-

dawno uda¸o si« nam, znakomitemu ko-

walowi i mnie, jak wierzymy, odkry se-

kret dawnych mistrzw.

Nie jesteæmy pierwszymi, ktrzy

twierdz, ýe znaleli rozwizanie. My

jednak wytworzyliæmy wierne repliki

legendarnej broni. Dowd jakiejkolwiek

teorii dotyczcej wytwarzania dama-

sceÄskich szabel i sztyletw powinien

spe¸nia kilka warunkw: repliki mu-

sz by zrobione z tych samych mate-

ria¸w wyjæciowych, co orygina¸y; koÄ-

cowe wyroby musz mie ten sam da-

masceÄski wzr; ten sam sk¸ad chemicz-

ny i tak sam mikrostruktur« widoczn

pod mikroskopem.

Prawdziwa damasceÄska stal

Oryginaln damasceÄsk broÄ wytwa-

rzano w wielu miejscach muzu¸maÄskie-

go Bliskiego i Dalekiego Wschodu, z nie-

wielkich wlewkw stali (stopu ýelaza

z w«glem) dostarczanych z Indii. Te ma-

teria¸y wyjæciowe nazywano od oko¸o

pocztku XIX wieku wlewkami ãwootzÓ,

lub plackami ãwootzÓ (jest to zanglicy-

zowana wersja lokalnej nazwy ãukkuÓ,

uýywanej w indyjskich stanach Karna-

taka i Andhra Pradesh Ð przyp. t¸um.).

Mia¸y one kszta¸t podobny do krýka ho-

kejowego o ærednicy oko¸o 10 cm i wyso-

koæci troch« mniejszej niý 5 cm. Z naj-

dawniejszych przekazw angielskich

obserwatorw w Indiach wiemy, ýe da-

70 å WIAT N AUKI KwiecieÄ 2001

Tajemnica

damasceÄskiej stali

P oczwszy od epoki brzu aý

masceÄskie ostrza wytwarzano z tych

wlewkw bezpoærednio przez wielo-

krotne nagrzewanie i przekuwanie. Stal

ãwootzÓ zawiera oko¸o 1.5% w«gla i nie-

wielkie iloæci domieszek, takich jak

krzem, mangan, fosfor i siarka.

Przycigajcy oko wzr powierzchnio-

wy widoczny na damasceÄskich g¸ow-

niach moýna jednak otrzyma rwnieý

w inny sposb. Wsp¸czeæni kowale arty-

æci potrafi po¸czy ze sob (zespoli)

wiele warstw nisko- i wysokow«glowej

stali przez kolejne operacje nagrzewania

i kucia, tworzc z¸oýone ãkompozytyÓ.

Takie zespawanie przez przekuwanie Ð

ãzespawanie wzorzysteÓ Ð ma na Zacho-

dzie tradycj« si«gajc staroýytnego Rzy-

mu; podobne metody stosowano w Ja-

ponii i Indonezji. Jednak struktura we-

wn«trzna powstajca w wyniku takiej ob-

rbki jest ca¸kowicie inna od tej w dama-

sceÄskich ostrzach. Dla odrýnienia tych

dwch sposobw wytwarzania ostrzy b«-

d« uýywa¸ nazwy spajana damasceÄska

stal w odniesieniu do tej, ktr otrzymy-

wano, przekuwajc razem rýne gatunki

stali, a nazwy stal ãwootzÓ dla materia¸u,

z ktrego wytwarzano ostrza omawiane

w tym artykule.

europejski kolekcjoner Henri Moser po-

darowa¸ cztery g¸ownie B. Zschok-

keÕemu, ktry po ich przeci«ciu dokona¸

analiz chemicznych i zbada¸ mikrostruk-

tur«. Resztki ostrzy znalaz¸y si« w Mu-

zeum w Bernie w Szwajcarii, a ono z ko-

lei podarowa¸o mi niedawno niektre

z nich do dalszych badaÄ.

Po zbadaniu tych cennych prbek

stwierdzi¸em, ýe znajduj si« w nich pa-

sma wydzieleÄ w«glika ýelaza Fe 3 C,

zwanego cementytem. Te czstki w«gli-

ka maj zwykle 6Ð9 µm ærednicy, s ku-

liste i ciasno u¸oýone w pasmach znaj-

dujcych si« w odleg¸oæci 30Ð70 µm od

siebie, rwnoleg¸ych do powierzchni

ostrza niczym w¸kna w desce. Po wy-

trawieniu ostrza kwasem w«gliki wi-

doczne s jako jasne obszary w ciemnej

osnowie. Podobnie jak s¸oje wzrostu pnia

drzewa staj si« widoczne na wyci«tej

z niego desce, tak pofa¸dowania warstw

w«glikw powoduj pojawianie si« za-

wi¸ego damasceÄskiego wzoru na po-

wierzchni broni. Czstki w«glika s bar-

dzo twarde. Prawdopodobnie w¸aænie

takie rozmieszczenie warstewek w«g-

likw w bardziej elastycznej osnowie

sprawia, ýe damasceÄska g¸ownia ¸czy

nikami badaÄ naukowych i bardzo

uwaýnie æledzi przebieg doæwiadczeÄ.

W roku 1993 wraz z jednym ze studen-

tw z Iowa State University pojecha¸em

do Gainesville na Florydzie, do warsz-

tatu Pendraya, gdzie zainstalowaliæmy

termopar« i pirometr kontrolowane

przez komputer, do rejestrowania tem-

peratur podczas topienia i przekuwania

stali w naszych eksperymentach.

Pocztkowo prbowaliæmy wykona

ostrza w sposb zaproponowany przez

Wadstwortha i SherbyÕego, ale nie uda-

wa¸o nam si« uzyska ani w¸aæciwej mi-

krostruktury, ani damasceÄskiego wzo-

ru na powierzchni. Nast«pnie w cigu

kilku lat opracowaliæmy metod«, ktr

dziæ Pendray z powodzeniem stosuje do

wytwarzania replik broni z damasceÄ-

skiej stali ãwootzÓ. Udaje mu si« rwnieý

odtworzy wzr znany jako drabina Ma-

hometa [ ilustracja na stronie 75 ], spotyka-

ny na niektrych, najlepszych egzem-

plarzach starej muzu¸maÄskiej broni.

Zafalowania w tym wzorze uk¸adaj si«,

podobnie jak szczeble drabiny, wzd¸uý

ostrza. Uznawano je za symbol drogi,

ktr wierny wspina si« do nieba.

SZTYLET ze stali damasceÄskiej wykona-

ny w Indiach w czasach panowania dyna-

stii Mogo¸w oko¸o 1585 roku. Ostrze tej

znakomitej broni jest æcienione, aby ¸a-

twiej przebija¸o pancerz, z¸ocona r«kojeæ

wysadzana jest rubinami i szmaragdami.

Juý w 1824 roku Jean Robert Brant

we Francji, a nieco pniej Pawe¸ Ano-

sow w Rosji og¸osili, ýe uda¸o im si«

odkry sekretn sztuk« muzu¸maÄskich

kowali; obydwaj twierdzili, ýe wytwo-

rzyli repliki. W XX wieku pojawi¸y si«

inne doniesienia, jedno z ostatnich au-

torstwa Jeffreya Wadswortha i Olega D.

SherbyÕego [ãDamascus SteelsÓ; Scienti-

fic American , luty 1985]. Jednak w ýad-

nym z tych przypadkw wsp¸czeæni

rzemieælnicy nie byli w stanie wytwo-

rzy zadowalajcych ostrzy, majcych

wygld zewn«trzny i wewn«trzn struk-

tur« jak dawne orygina¸y.

Przez d¸ugi czas nie mogliæmy porw-

na sk¸adu chemicznego i mikrostruk-

tury wsp¸czesnych ostrzy wytworzo-

nych ze stali ãwootzÓ z ich dawnymi

odpowiednikami. DamasceÄska broÄ

muzealnej jakoæci jest wartoæciowym

dzie¸em sztuki i rzadko poæwi«ca si« j

na naukowe badania struktury we-

wn«trznej. Jednak w 1924 roku znany

ostroæ twardej kraw«dzi tncej ze spr«-

ýystoæci i odpornoæci na p«kanie.

Pocztkowo prbowa¸em uzyska

mikrostruktur« damasceÄskiej stali

ãwootzÓ w laboratorium uniwersytec-

kim. Jednak szybko si« zorientowa¸em,

ýe powinienem wsp¸pracowa z kimæ

bieg¸ym w wykuwaniu stalowych ostrzy.

Okaza¸o si«, ýe mistrz kowalski Alfred

H. Pendray teý prbowa¸ rozwiza za-

gadk« stali damasceÄskiej. Sporzdza¸

niewielkie wlewki ze stali topionej w pie-

cu ogrzewanym gazem i wykuwa¸ z nich

rýnego rodzaju ostrza majce cz«sto mi-

krostruktur« zadziwiajco podobn do

tej, ktr odznacza¸y si« najlepsze da-

masceÄskie g¸ownie.

W 1988 roku zacz«liæmy wsp¸praco-

wa. Pendray jako ch¸opiec nauczy¸ si«

kowalstwa od swego ojca i w sztuce wy-

kuwania stali przejawia¸ cierpliwoæ

i zrozumienie. Jednak aby odtworzy

staroýytn technik«, musieliæmy wes-

prze nasze koncepcje dok¸adnymi wy-

Nasza metoda [ opis na stronie 74 ] jest

w zasadzie podobna do tej, ktr opisy-

wali wczeæniejsi badacze, s jednak zna-

czce rýnice. Sk¸adniki naszego wlew-

ka topiliæmy w zamkni«tym tyglu, a po-

tem wykuwaliæmy wlewek, nadajc mu

ostateczny kszta¸t ostrza. Nasz sukces

i to, ýe mogliæmy si« posun dalej niý

nasi poprzednicy, zaleýa¸y w istotny spo-

sb od uýytego stopu ýelaza, w«gla i in-

nych pierwiastkw (takich jak wanad

i molibden, ktre na nasze potrzeby b«-

dziemy nazywa domieszkami), wzi«-

tych do wytworzenia stali, od tego, jak

d¸ugo i w jakiej temperaturze wygrze-

wany by¸ tygiel, a takýe od temperatury

wielokrotnie przekuwanego elementu

i kunsztu kowala.

Opowieæ o stali

Jeæli wemiesz stal zawierajc oko¸o

1.5% w«gla, dodasz do niej jeden lub kil-

ka innych metali (w zadziwiajco ma¸ych

å WIAT N AUKI KwiecieÄ 2001 71

iloæciach, oko¸o 0.03%), potem poddasz j

pi«ciu lub szeæciu cyklom nagrzewania aý

do osigni«cia okreælonej temperatury

i ch¸odzenia do temperatury pokojowej, to

moýesz uzyska mikrostruktur« ze zgru-

powaniami w«glikw. To w¸aænie te czst-

ki w«glikw powoduj pojawienie si« cha-

rakterystycznego wzoru na powierzchni

wykuwanych elementw. Doæwiadczenia

ze staroýytn i wsp¸czesn broni wska-

zuj na to, ýe tworzenie si« pasm w«gli-

kw zwizane jest w mikroskopowej ska-

li z segregacj pierwiastkw domieszek

podczas krzepni«cia stygncego wlewka.

A oto jak zachodzi taka mikrosegrega-

cja: podczas ch¸odzenia gorcego tygla, kie-

dy jego zawartoæ zaczyna krzepn, front

krystalizujcego si« stopu zwi«ksza swo-

j powierzchni«, przyjmujc pofa¸dowany

kszta¸t choinki. Nazywa si« go dendrytem.

W przypadku stali zawierajcej 1.5% w«gla

bezpoærednio po zakrzepni«ciu stop ma

struktur« austenitu (roztworu sta¸ego w«-

gla w ýelazie gamma). Reszta ciek¸ego me-

talu zostaje chwilowo uwi«ziona w prze-

strzeniach mi«dzydendrytycznych. ûelazo

w stanie sta¸ym moýe ãprzyjÓ mniej ato-

mw w«gla i atomw domieszek niý ciek¸e

ýelazo, dlatego podczas krzepni«cia stopu

w postaci dendrytw austenitu w«giel i in-

ne domieszki maj tendencj« do groma-

dzenia si« (segregacji) w pozosta¸ej jeszcze

cieczy. Dlatego w tych mi«dzydendrytycz-

nych obszarach, ktre krzepn najpniej,

st«ýenie pierwiastkw domieszki moýe by

bardzo duýe.

Podczas krzepni«cia stopu i wzrostu

dendrytw w obszarach pomi«dzy nimi

pozostaje sie atomw domieszek ãza-

mroýonaÓ w austenicie, w miejscu wy-

krystalizowania (jak sznur paciorkw).

Kiedy pniej wlewek poddany zostaje

wielokrotnym cyklom nagrzewania i ch¸o-

dzenia, te w¸aænie atomy domieszek

sprzyjaj wzrostowi szeregw twardych

czstek cementytu tworzcych jasne pa-

sma w stali. Moýna wykaza, ýe rozmiesz-

czenie takich pasm uwidocznia si« jako

jasne i ciemne pasma w stali ãwootzÓ. Od-

leg¸oæci pomi«dzy ga¸«ziami dendrytw

wynosz oko¸o p¸ milimetra; podczas

kucia wlewka, a wi«c i redukowania jego

gruboæci, odleg¸oæci te rwnieý si« zmniej-

szaj. Ostateczna odleg¸oæ pomi«dzy ga-

¸«ziami dendrytw æciæle odpowiada od-

leg¸oæci pasm w stali damasceÄskiej.

Waýne jest, aby podczas przekuwania

stali utrzymywa w¸aæciw temperatur«

dla uzyskania struktury austenitu z tkwi-

cymi w niej czstkami w«glikw. Kiedy

temperatura wlewka spada poniýej war-

toæci krytycznej, zaczynaj si« tworzy

czstki w«glika ýelaza (czstki cementytu,

jakie zaobserwowa¸em w g¸owniach Mo-

sera). Najniýsza temperatura, w ktrej wy-

st«puje jeszcze tylko austenit, nazywana

jest oglnie temperatur A. Dla stali z za-

wartoæci w«gla powyýej 0.77% tempera-

tura ta nosi nazw« temperatury A cm . Poni-

ýej temperatury A cm zaczynaj si« w

austenicie w przestrzeniach mi«dzyden-

drytycznych pojawia czstki cementytu.

To w¸aænie one tworz jasne pasma tak

waýne dla w¸aæciwoæci koÄcowego wyro-

bu. (Po och¸odzeniu przekuwanego ele-

mentu do temperatury pokojowej ýelazo

wyst«puje w jeszcze innej odmianie fazo-

wej nazywanej ferrytem Ð roztworze sta-

¸ym w«gla w ýelazie alfa. Czstki cementy-

tu rozmieszczone s wwczas w ferrycie

Ð przyp. t¸um.).

Sztuczka z pasemkami

Najwi«ksz tajemnic damasceÄskich

ostrzy ze stali ãwootzÓ by¸o to, w jaki spo-

sb przekuwanie niewielkich wlewkw

stali w ostateczny kszta¸t g¸owni powodo-

wa¸o u¸oýenie si« w«glikw w wyranie

widoczne pasma. Badaliæmy systematycz-

nie przekroje naszych wlewkw na rý-

nych etapach przekuwania od stanu wyj-

æciowego do koÄcowego ostrza. Aby wy-

wo¸a odpowiednie zmiany, ogrzewaliæmy

wlewek do temperatury, w ktrej powsta-

wa¸a w stali mieszanina austenitu z czst-

kami cementytu, i poddawaliæmy kuciu.

Podczas kucia wlewek och¸adza¸ si« od

temperatury pocztkowej niýszej o oko¸o

50¡C od A cm do temperatury niýszej o oko-

¸o 250¡C od A cm . Podczas tego ch¸odzenia

zwi«ksza¸ si« udzia¸ czstek cementytu.

Nast«pnie poddawaliæmy wlewek kolej-

nemu cyklowi nagrzewania i kucia w tym

samym zakresie temperatur. Na podsta-

wie naszych doæwiadczeÄ doszliæmy do

wniosku, ýe potrzeba oko¸o 50 takich cy-

kli przekuwania, ýeby uzyska g¸ownie

o wymiarach zbliýonych do oryginalnych

Ð 45 mm szerokoæci i 5 mm gruboæci.

Wydaje nam si«, ýe pasmowoæ powstaje

w nast«pujcy sposb: podczas pierwszych

mniej wi«cej 20 cykli twarde czstki w«gli-

kw powstaj w przypadkowych miej-

scach, potem natomiast wraz z kaýdym

kolejnym cyklem zaczynaj si« uk¸ada

wzd¸uý sieci punktw wyznaczonych

przez mi«dzydendrytyczne obszary. Taka

zmiana struktury zwizana jest z rozpusz-

czaniem si« niektrych czstek w«glikw

podczas kaýdego cyklu nagrzewania sta-

li. Atomy domieszek spowalniaj proces

rozpuszczania, przyczyniajc si« do pozo-

stania wi«kszych czstek. Kaýdy cykl na-

SZABLA ze stali damasceÄskiej (fragment

g¸owni) z XVII wieku majca na powierzchni

klasyczny damasceÄski wzr wijcych si« ja-

snych i ciemnych pasemek. Z napisu dowia-

dujemy si«, ýe t« znakomit broÄ wykona¸

w 1691 lub 1692 roku Assad Allah, najznako-

mitszy wwczas perski p¸atnerz.

72 å WIAT N AUKI KwiecieÄ 2001

ATOMY DOMIESZEK

SEGREGUJCE SI¢

Z ZESTALAJCEGO SI¢ METALU

ATOMY DOMIESZEK

TKWICE W OSNOWIE

GORCY PüYNNY METAL

ZESTALONY

OCHüODZONY METAL

DENDRYT

FRONT KRYSTALIZACJI krzepncego wlewka stali damasceÄskiej wykazuje w skali mikroskopowej obecnoæ dendrytw, czyli choinko-

podobnych obszarw wykrystalizowanego stopu wchodzcych w ciecz. Atomy domieszek (czerwony) , takich jak wanad, podlegaj segrega-

cji, gromadzc si« w przestrzeniach mi«dzy ramionami dendrytw, gdzie pozostaj w zestalonej osnowie w regularnych odst«pach jak pa-

ciorki korali. W nast«pujcych potem operacjach nagrzewania i ch¸odzenia atomy domieszek s oærodkami wzrostu twardych czstek w«glikw

ýelaza, ktre staj si« widoczne jako jasne pasma na powierzchni damasceÄskiej g¸owni. Na grnej mikrofotografii widoczne s jasne i ciem-

ne pasma na przekroju oryginalnej damasceÄskiej szabli. Dolna mikrofotografia pokazuje przekrj brzeszczota wykonanego wsp¸czeænie

pod kierunkiem autora. PodobieÄstwo obydwu obrazw æwiadczy o tym, ýe moýna obecnie dok¸adnie odtworzy dawny proces.

grzewania i ch¸odzenia powoduje jedy-

nie nieznaczny wzrost tych czstek i dla-

tego potrzeba tak wielu cykli do utwo-

rzenia wyranych pasm. Poniewaý

atomy domieszek rozmieszczone s

g¸wnie w obszarach mi«dzy dendry-

tami, to w¸aænie tam koncentruj si« w«-

gliki. Uwydatnianiu si« sieci w«glikw

towarzyszy jej deformacja w miar« prze-

kuwania wlewka.

Ð0.014%. Pocztkowo nie zwracaliæmy

na ni uwagi, bo nie sdziliæmy, aby tak

niewielka iloæ domieszki mia¸a jakieæ

znaczenie. Jednak stopniowo (po dwu

latach bezowocnych prb) dotar¸o do

nas, ýe nawet tak ma¸a zawartoæ mo-

ýe by istotna.

Wprowadzenie wanadu w tak zniko-

mej iloæci, jak 0.003% do czystych sto-

pw ýelaza z w«glem powodowa¸o po-

jawienie si« wyranej pasmowoæci.

Molibden rwnieý dawa¸ poýdany

efekt. Podobnie, cho w mniejszym stop-

niu, dzia¸a¸y domieszki chromu, niobu

i manganu. Pierwiastkami, ktre nie

sprzyja¸y powstawaniu pasm w«glikw,

okaza¸y si« mied i nikiel. Analizy prze-

prowadzone mikrosond rentgenow-

sk potwierdzi¸y fakt, ýe skutecznie

dzia¸ajce domieszki, w iloæci rz«du

0.02% sk¸adu wlewka, podlega¸y mikro-

segregacji do przestrzeni mi«dzyden-

drytycznych, gdzie wyst«powa¸y w

znacznie wi«kszym st«ýeniu.

ûeby sprawdzi prawdziwoæ na-

szych wnioskw Ð pasmowoæ zwiza-

na jest z mikrosegregacj pierwiastkw

domieszek prowadzc do niejedno-

rodnego rozmieszczenia czstek cemen-

tytu Ð zaplanowaliæmy doæwiadczenia

majce wykaza, ýe wykluczenie mikro-

segregacji domieszek (i czstek cemen-

tytu) prowadzi¸oby do zaniku pasmo-

woæci struktury. Braliæmy niewielkie

kawa¸ki antycznych i wsp¸czesnych

kling wykazujcych ¸adn pasmowoæ

i ogrzewaliæmy je do temperatury wyý-

szej o oko¸o 50¡C od temperatury A cm .

W tej temperaturze wszystkie czstki

cementytu rozpuszcza¸y si« w austeni-

cie. Potem prbki szybko ch¸odziliæmy

w wodzie. Szybkie ch¸odzenie powodo-

wa¸o w stali powstanie fazy martenzy-

tycznej Ð bardzo twardej i wytrzyma¸ej,

pozbawionej czstek w«glika ýelaza.

A poniewaý znik¸y w«gliki, nie by¸o

rwnieý zwizanej z nimi pasmowoæci.

Chcc odtworzy czstki cementytu,

poddawaliæmy ostrza wielokrotnym cy-

klom nagrzewania do temperatury o

50¡C niýszej od temperatury A cm z nast«-

pujcym potem ch¸odzeniem w powie-

trzu, co dawa¸o w«glikom czas na po-

wstanie i niejednorodne rozmieszczenie

w osnowie. Po pierwszym cyklu pojawi-

¸y si« w«gliki, ale by¸y rozmieszczone

przypadkowo. Jednak po dalszych dwu

cyklach uwidoczni¸a si« s¸abo zaznaczo-

na pasmowoæ, ktra po szeæciuÐoæmiu

cyklach sta¸a si« zupe¸nie wyrana.

W jednym z doæwiadczeÄ podnie-

æliæmy temperatur« znacznie powyýej

A cm Ð do 1200¡C, tuý poniýej tempera-

tury topnienia stali Ð i przetrzymaliæmy

prbki w tej temperaturze przez 18

godz. Nast«pujce potem cykle wygrze-

waÄ nie doprowadzi¸y do pojawienia

si« pasmowoæci w rozmieszczeniu cz-

stek cementytu. Obliczenia wskazuj,

ýe podczas takiej wysokotemperatu-

Sprawdzanie teorii

Chociaý od dawna podejrzewaliæmy,

ýe pierwiastki domieszek graj g¸wn

rol« w tworzeniu si« pasm, nie byliæmy

pewni, ktre z nich by¸y najwaýniejsze.

Szybko okaza¸o si«, ýe krzem, siarka

i fosfor, o ktrych wiedziano od daw-

na, ýe znajduj si« w stali ãwootzÓ, nie

maj w tym procesie wi«kszego znacze-

nia. Ta informacja nie rozwizywa¸a jed-

nak naszego problemu.

Szcz«æliwym prze¸omem okaza¸o si«

uýycie metalu Sorela jako jednego z ma-

teria¸w wyjæciowych do wykonania

wlewka. Metal ten jest stopem ýelaza z

w«glem, zawiera od 3.9 do 4.7% w«gla

i znikom iloæ domieszek, a wytwarza

si« go z wielkich z¸ý ilmenitowej rudy

z okolic Lac Tio nad Rzek åwi«tego

WawrzyÄca w Quebecu. Z¸oýa rudy za-

wieraj æladow domieszk« wanadu

i std w metalu Sorela znajduje si« teý

domieszka wanadu w iloæci 0.003Ð

å WIAT N AUKI KwiecieÄ 2001 73

JAK WYKONA

OSTRZE ZE STALI

DAMASCEÁSKIEJ

Pokaz mistrza kowalskiego

Alfreda H. Pendraya w jego kuni

nieopodal Gainesville na Florydzie.

topu w tyglu, tj. czyste ýelazo, metal

Sorela, w«giel drzewny, od¸amki szk¸a

i troch« zielonych liæci. Iloæ w«gla i do-

mieszek wprowadzonych do wytopu za-

leýy od proporcji czystego ýelaza, meta-

lu Sorela i w«gla drzewnego w¸oýonych

do tygla.

rzc ýuýel, ktrego warstwa zapo-

biega utlenieniu wlewka. Liæcie stanowi

ãpoduszk«Ó, ktra na pocztku utrzymu-

je szk¸o ponad reszt wsadu. Liæcie s

rwnieý rd¸em wodoru, o ktrym wiado-

mo, ýe przyæpiesza naw«glanie ýelaza.

W«gliki ýelaza s waýne Ð gromadzc

si« w pasma, nadaj damasceÄskiej sta-

li charakterystyczne, wijce si« wzory na

powierzchni. Liæcie i szk¸o moýna pomi-

n, ale uzyskane bez nich wlewki cz«-

æciej p«kaj podczas kucia.

3 Po ostygni«ciu tygla wyjmij wlewek,

peratury. Pendray uýywa pieca opa-

lanego gazem, w ktrym odpowiednio

dobrana proporcja propanu i powietrza

minimalizuje tworzenie si« powierzchnio-

wej warstwy tlenkw podczas kucia. Po-

zosta¸a po przekuwaniu warstwa tlenkw

na powierzchni ma oko¸o p¸ milimetra

gruboæci i musi by zeszlifowana.

przez uderzenia m¸otkiem, gdy jest

jeszcze wystarczajco gorcy). Kiedy

wlewek staje si« zbyt ch¸odny, by go od-

kszta¸ca bez p«kania, nagrzej go po-

nownie i przekuwaj dalej. Pokazano tu

cztery stadia przekuwania wlewka; mi«-

dzy kaýdym z nich nast«powa¸o kilka cy-

kli nagrzewania i kucia. Do uzyskania

ostatecznego kszta¸tu ostrza potrzeba

oko¸o 50 cykli Ð proces jest pracoch¸on-

ny. Pendray uýywa m¸ota pneumatycz-

nego. Moýna uýywa r«cznego m¸ota,

ale ca¸y proces trwa wtedy d¸uýej.

klingi i odw«glon warstw« powierzch-

niow. Pendray uýywa tu wsp¸czesnej

szlifierki taæmowej.

g¸«bienia na powierzchni ostrza, aby

uzyska wzory w kszta¸cie drabiny Maho-

meta i kwiatu rýy. Wykuwaj dalej ostrze aý

do uzyskania z powrotem p¸askiej po-

wierzchni, a potem poleruj j, nadajc pra-

wie ostateczn form«.

9 Wytraw powierzchni« ostrza w kwa-

6 Wytnij ostateczny kszta¸t ostrza i r«cz-

sie, aby ujawni wzr na powierzchni

Ð mi«kka struktura ciemnieje, a twarda sta-

je si« widoczna jako jasne pasma.

nie kujc, ukszta¸tuj jego detale.

74 å WIAT N AUKI KwiecieÄ 2001

1 Zgromad materia¸y potrzebne do wy-

2 Ogrzewaj tygiel Ð szk¸o topi si«, two-

ktry przypomina placki stali ãwootzÓ

wytwarzanej w dawnych Indiach.

4 Ogrzej wlewek do odpowiedniej tem-

5 Przekuwaj wlewek (kszta¸tujc go

7 UsuÄ nadmiar stali na kraw«dziach

8 Jeæli chcesz, natnij rowki i wywier za-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: