Введение

Дамаская сталь (араб. فولاذ دمشقي) — кованая сталь для клинков мечей, изготовлявшихся на Ближнем Востоке из слитков углеродистой стали, импортируемых из Южной Индии или производившихся в производственных центрах на Шри-Ланке или в Хорасане (Иран). Эти мечи характеризуются особыми узорами в виде полос и пятен, напоминающими текущую воду, иногда в виде узора "лестница" или "роза". Такие клинки славились своей прочностью, устойчивостью к сколам и способностью доводиться до острого и упругого лезвия. Wootz (индийское), Pulad (персидское), Fuladh (арабское), Булат (русское) и Bintie (китайское) — все это названия исторической высокоуглеродистой стали, полученной в тиглях и отличающейся сегрегацией карбидов. "Wootz" — ошибочная транслитерация санскритского слова "utsa" или "фонтан"; однако с 1794 года это основное слово, используемое для обозначения исторической гиперевтектоидной тигельной стали. Само название "дамаская сталь", вероятно, происходит от средневекового города Дамаск в Сирии.

Потеря техники

Многие утверждают, что современные попытки воссоздать металл не были полностью успешными из-за различий в исходных материалах и технологиях производства. Однако, в наше время нескольким специалистам удалось успешно изготовить гиперевтектоидную тигельную сталь с формированием узора и видимыми карбидными полосами на поверхности, что соответствует оригинальной дамасской стали. Производство этих узорчатых мечей постепенно сокращалось и прекратилось примерно к 1900 году, последняя задокументированная информация датируется 1903 годом и относится к Шри-Ланке, где это было зафиксировано Кумарасвами. Или же это результат сочетания всех вышеперечисленных факторов. Помимо изготовления клинков в Индии (особенно в Голконде) и Шри-Ланке, ватц/укку экспортировался в виде слитков в различные производственные центры, включая Хорасан и Исфахан, где сталь использовалась для производства клинков, а также в другие регионы Ближнего Востока. Аль-Кинди сообщает, что тигельная сталь производилась также и в Хорасане, помимо импортируемой. Обнаружение углеродных нанотрубок в составе дамасской стали подтверждает гипотезу о том, что производство ватца было остановлено из-за потери источников руды или утраты технологических знаний, поскольку образование углеродных нанотрубок, вероятно, было результатом специфического процесса, который может быть трудно воспроизвести при значительном изменении технологии производства или используемого сырья. Сталь, полученная методом пакетной сварки, стала называться «дамасской сталью» с 1973 года, когда кузнец Уильям Ф. Моран представил свои «дамасские ножи» на выставке гильдии ножеделов. Этот «современный дамаск» изготавливается из нескольких типов стальных и железных полос, свариваемых вместе для формирования заготовки, и в настоящее время термин «дамаск» (хотя и технически неточный) широко используется в торговле для описания современных клинков, изготовленных методом пакетной сварки. Узоры варьируются в зависимости от того, как кузнец обрабатывает заготовку.

Верховен и Пендрей: тигуль

J. D. Verhoeven и A. H. Pendray опубликовали статью о своих попытках воспроизвести элементарные, структурные и визуальные характеристики дамасской стали. Они обнаружили, что некоторые карбидообразующие элементы, одним из которых был ванадий, не диспергировались, пока сталь не достигла более высоких температур, чем те, которые необходимы для растворения карбидов. Следовательно, высокотемпературный отжиг мог удалить визуальные признаки рисунка, связанные с карбидами, но не устранил базовый рисунок, обусловленный карбидообразующими элементами. Последующий отжиг при более низкой температуре, при которой карбиды вновь стабилизировались, мог восстановить структуру за счет связывания углерода этими элементами и вызвать сегрегацию сфероидов цементита в этих местах. Термическая циклическая обработка после ковки способствует агрегации углерода на этих карбидообразующих элементах, поскольку углерод мигрирует значительно быстрее, чем сами карбидообразующие элементы. Последовательные термические циклы приводят к росту сфероидов цементита посредством созревания Оствальда.

Аносов, Уодсворт и Шерби: bulat

В российских летописях упоминается использование материала, известного как булат, для изготовления высокоценного оружия, включая мечи, ножи и топоры. Сообщается, что в 1621 году царь Михаил Фёдорович заказал для себя шлем из булата. Точное происхождение или технология изготовления булата неизвестны, но, вероятно, он импортировался в Россию через Персию и Туркестан и был схож, а возможно, и идентичен дамасской стали. Павлу Петровичу Аносову удалось воспроизвести этот процесс в середине 19 века. Уодсворт и Шерби также занимались исследованием воспроизводства булата и опубликовали свои результаты в 1980 году.

Дополнительные исследования

Команда исследователей из Технического университета Дрездена, использовавшая рентгеновские лучи и электронную микроскопию для изучения дамасской стали, обнаружила наличие нанопроволок цементита и углеродных нанотрубок. Немецкие исследователи изучали возможность производства высокопрочной дамасской стали методами лазерного аддитивного производства, в отличие от традиционной складывания и ковки. Полученные образцы демонстрировали улучшенные механические свойства по сравнению с древней дамасской сталью, с пределом прочности на растяжение 1300 МПа и относительным удлинением 10%.

В производстве оружия

До начала XX века все стволы дробовиков изготавливались ковкой из узких полос железа и стали, которые нагревались и оборачивались вокруг оправки. Этот процесс назывался "ламинированием" или "дамасской сталью".

Материальные и механические свойства

Верховен, Петерсон и Бейкер завершили механическую характеристику дамасского меча, проведя испытания на растяжение и твердость. Они обнаружили, что механические свойства дамасской стали в некоторой степени сопоставимы с горячекатаными стальными прутками с содержанием 1,0 мас.% углерода. Средняя предел текучести 740 МПа была выше, чем у горячекатаной стали (550 МПа), а средняя прочность на растяжение 1070 МПа – выше, чем у горячекатаной стали (965 МПа). Эти результаты, вероятно, обусловлены более мелким расстоянием между перлитом в дамасской стали, что приводит к измельчению микроструктуры. Удлинение и уменьшение площади поперечного сечения также были незначительно выше, чем в среднем для горячекатаной стали. Твердость дамасской стали по Роквеллу колебалась в пределах 62-67. Эти механические свойства соответствовали ожидаемым свойствам исходных сталей, составляющих материал, находясь между верхними и нижними пределами, определяемыми исходными сталями. Другое исследование было посвящено изучению свойств дамасской стали, изготовленной из сталей 1075 и 15N20, содержащих примерно одинаковое количество углерода, но при этом сталь 15N20 содержит около 2 мас.% никеля. Сталь 1075 известна своей высокой прочностью, но низкой вязкостью, и имеет перлитную микроструктуру, а сталь 15N20 – высокой вязкостью и ферритной микроструктурой. Были охарактеризованы механические свойства полученной ламинатной дамасской стали на образцах с 54 и 250 слоями. Испытания на удар по Шарпи с V-образным вырезом показали, что образцы с 54 слоями имели ударную вязкость 4,36 Дж/см², а образцы с 250 слоями – 5,49 Дж/см². Испытания на растяжение показали, что пределы текучести и удлинения для обоих образцов были схожими – около 475 МПа и 3,2% соответственно. Однако максимальная прочность образцов с 54 слоями была значительно ниже, чем у образцов с 250 слоями (750 МПа против 860 МПа). Это исследование показало, что процесс складывания оказывает значительное влияние на механические свойства стали, увеличивая вязкость с увеличением числа слоев. Также проводилось сравнение механических свойств дамасской стали с исходными материалами, и было установлено, что свойства дамасской стали лежат между свойствами двух составляющих сталей, что соответствует свойствам композитных материалов. Обработка и конструкция ламинатов и полос также могут существенно влиять на механические свойства. Независимо от температуры отпуска и среды для закалки, ударная вязкость дамасской стали при ударе, перпендикулярном ориентации полос, значительно выше, чем при ударе, параллельном ориентации полос. Это связано с механизмами разрушения и растрескивания в дамасской стали, при которых трещины распространяются быстрее всего вдоль границ между двумя составляющими сталями. При ударе, направленном параллельно полосам, трещины могут легко распространяться вдоль границ слоев. При ударе, направленном перпендикулярно полосам, границы слоев эффективно защищены, отклоняя трещины и увеличивая энергию, необходимую для их распространения через материал. Эти результаты дают представление об оптимальной конструкции дамасской стали в зависимости от области применения: ориентацию полос следует выбирать для защиты от деформации и повышения вязкости.

Культурные ссылки и заблуждения

Меч, которым Беовульф убил мать Гренделя в поэме «Беовульф», в некоторых современных переводах описывается как «дамасский». Исключительно прочная вымышленная валирийская сталь, упоминаемая в книжной серии Джорджа Р. Р. Мартина «Песнь Льда и Пламени», а также в её телевизионной адаптации «Игра престолов», по-видимому, была вдохновлена дамасской сталью, но с добавлением магии. Как и дамасская/вутц-сталь, валирийская сталь также представляется утраченным искусством древней цивилизации. Однако, в отличие от дамасской стали, валирийские клинки не требуют ухода и не могут быть повреждены в обычном бою. Распространенное заблуждение состоит в том, что сталь закалялась, когда раб шесть раз вонзал в неё спину и бёдра. Это утверждение впервые появилось в статье на странице 28 Chicago Tribune от 4 ноября 1894 года под названием «Закалка дамасских клинков». В заметке утверждается, что некий «профессор фон Эйленшпигель» обнаружил свиток «среди руин древнего Тира». «Эйленшпигель» – имя легендарного шутника из средневековой Германии.