Дамаска стомана е наименование на кованата стомана на остриетата на мечовете в Близкия изток от слитъци стомана вутц, внесени от Южна Индия или произведени в производствени центрове в Шри Ланка или Хорасан, Иран. Тези мечове се характеризират с характерни шарки на ивици и петна, напомнящи течаща вода, понякога шарка на „стълба“ или „роза“. Такива остриета се считали за здрави, устойчиви на счупване и способни да се шлифоват до остър, еластичен ръб.
Wootz (индийска), Pulad (персийска), Fuladh (арабска), Bulat (руска) и Bintie (китайска) са имена на исторически тигелни стомани със свръхвисоко съдържание на въглерод, за които е характерна карбидна сегрегация. „Wootz“ е погрешна транслитерация на „utsa“ на санскритски език, но от 1794 г. насам това е основната дума, използвана за обозначаване на историческата хипер евтектоидна тигелна стомана.
Произходът на името „Дамаска стомана“ е спорен: Ал-Кинди (пълно име Абу Якуб ибн Исхак ал-Кинди, около 800 г. – 873 г.) и ал-Бируни (пълно име Абу ал-Райхан Мухаммад ибн Ахмад ал-Бируни, около 973 г. – 1048 г.) пишат за мечове и стомана въз основа на външния им вид, географското местоположение на производство или коване, или името на ковача и всеки от тях споменава в някаква степен „дамаскински“ мечове.
Изхождайки от ал-Кинди и ал-Бируни, има три потенциални източника за термина „дамаскин“ в контекста на стоманата:
Думата „дамас“ е коренна дума за „поливан“ на арабски език, а дамаските остриета често се описват като имащи водна шарка по повърхността си и често се наричат „поливана стомана“ на множество езици.
Ал-Кинди нарича мечовете, произведени и изковани в Дамаск, „дамаскински“, но си струва да се отбележи, че тези мечове не са описани като имащи шарка по стоманата.
Ал-Бируни споменава за ковач на мечове на име Дамаски, който изработвал мечове от тигелна стомана.
Най-разпространеното обяснение е, че стоманата е наречена на Дамаск, столицата на Сирия и един от най-големите градове в древния Левант. То може да се отнася или директно до мечовете, изработвани или продавани в Дамаск, или просто да се отнася до аспекта на типичните шарки, като се сравнява с дамаските тъкани (също наречени на Дамаск), или пък наистина да произлиза от коренната дума „дамаск“.
Идентифицирането на тигелната стомана „Дамаск“ въз основа на металургичните структури е трудно, тъй като тигелната стомана не може да бъде надеждно разграничена от другите видове стомана само по един критерий, затова трябва да се вземат предвид следните отличителни характеристики на тигелната стомана:
- Тигелната стомана е течна, което води до относително хомогенно съдържание на стомана, почти без шлака.
- Образуването на дендрити е типична характеристика.
- Сегрегацията на елементите в дендритни и интердендритни области в цялата проба.
По тези определения съвременните възстановки на тигелна стомана съответстват на историческите примери.
Репутацията и историята на дамаската стомана са породили много легенди, като например, че тя може да пререже цев на пушка или да отреже косъм, падащ върху острието, въпреки че точността на тези легенди не се отразява на запазените примери за шарени мечове от тигелна стомана, които често са закалени по такъв начин, че възвръщат формата си, след като са били огънати отвъд границата на еластичността.
През 2006 г. изследователски екип в Германия публикува доклад, в който разкрива наличието на нановлакна и въглеродни нанотръбички в острие, изковано от дамаска стомана, въпреки че Джон Верховен от Държавния университет на Айова в Еймс предполага, че изследователският екип, който е съобщил за наличието на нановлакна в тигелната стомана, е видял цементит, който сам по себе си може да съществува като нишки, така че е възможно да няма въглеродни нанотръбички в пръчковидната структура. Въпреки че много видове съвременна стомана превъзхождат древните дамаскински сплави, химическите реакции в процеса на производство са направили остриетата необикновени за времето си, тъй като дамаската стомана е била свръхпластична и същевременно много твърда. Известно е, че по време на процеса на топене за получаване на стоманени слитъци вутц дървесната биомаса и листата са били използвани като карбонизиращи добавки заедно с някои специфични видове желязо, богати на микросплавни елементи.
След това тези слитъци са били допълнително ковани и обработвани в остриета от дамаска стомана. Изследванията сега показват, че въглеродните нанотръбички могат да бъдат получени от растителни влакна, което предполага как са се образували нанотръбичките в стоманата. Някои специалисти очакват да открият такива нанотръбички в още реликви, когато те бъдат анализирани по-внимателно.
За вутц се споменава също, че е направен от процес на кофузия с използване на „shaburqan“ (твърда стомана, вероятно бял чугун) и „narmahan“ (мека стомана) от Biruni, които са форми на високо- и нисковъглеродно желязо bloomery или нисковъглеродно bloom с чугун. В такава рецепта за тигел не е необходимо да се добавя растителен материал, за да се осигури необходимото съдържание на въглерод, и като такъв всички нановлакна от цементит или въглеродни нанотръбички не биха били резултат от растителни влакна.
Дамаските остриета са произведени за първи път в Близкия изток от слитъци стомана вутц, внесени от Южна Индия (днешните Тамил Наду и Керала). Арабите въвеждат стоманата вутц в Дамаск, където процъфтява оръжейната промишленост. От III до XVII век стоманени слитъци се доставят в Близкия изток от Южна Индия. Съществува и местно производство на тигелна стомана извън Индия, включително Мерв (Туркменистан) и Чахак, Иран.
Мнозина твърдят, че съвременните опити за копиране на метала не са напълно успешни поради различията в суровините и производствените техники. Въпреки това няколко души в днешно време успешно са произвели моделираща хипер евтектоидна тигелна стомана с видими карбидни ивици по повърхността, съответстващи на оригиналната дамаска стомана.
Производството на тези шарени мечове постепенно намалява, като се прекратява около 1900 г., като последното сведение е от 1903 г. в Шри Ланка, документирано от Кумарасвами. Някои оръжейници през XVIII и XIX век използват термина „дамаска стомана“, за да опишат своите шарени заварени цеви за оръжия, но те не използват тигелна стомана. Няколко съвременни теории се осмеляват да обяснят този упадък, включително с прекъсването на търговските пътища за доставка на необходимите метали, липсата на следи от примеси в металите, възможната загуба на знания за техниките на изработка поради секретност и липса на предаване, потискането на индустрията в Индия от британския Радж или комбинация от всички изброени.
В допълнение към изработването на остриета в Индия (особено в Голконда) и Шри Ланка, вутц / ukku се внася като слитъци в различни производствени центрове, включително Хорасан и Исфахан, където стоманата се използва за производство на остриета. Ал Кинди твърди, че в Хорасан, известен като Мухарар, освен внесената стомана, се е произвеждала и тигелна стомана. В Дамаск, където са продавани много от тези мечове, няма данни за местно производство на тигелна стомана, макар че има данни за изковаване на вносна стомана за мечове.
Поради отдалечеността на търговията с тази стомана едно достатъчно продължително прекъсване на търговските пътища би могло да сложи край на производството на дамаска стомана и в крайна сметка да доведе до загуба на техниката. Освен това необходимостта от ключови микропримеси на карбидообразувателите като волфрам, ванадий или манган в материалите, необходими за производството на стоманата, може да отсъства, ако този материал е бил придобит от различни производствени региони или е бил топен от руди, в които липсват тези ключови микроелементи. Техниката за контролирано термично циклизиране след първоначалното коване при определена температура също би могла да бъде загубена, като по този начин се предотвратява появата на крайната шарка в стоманата. Прекъсването на минното дело и производството на стомана в Индия под формата на данъци върху производството и забрани за износ също може да е допринесло за загубата на знания за ключови източници на руда или ключови техники.
Откриването на въглеродни нанотръбички в състава на стоманата от Дамаск подкрепя хипотезата, че производството на вутца е спряно поради загуба на рудни източници или технически познания, тъй като утаяването на въглеродните нанотръбички вероятно е резултат от специфичен процес, който може да бъде труден за възпроизвеждане, ако производствената техника или използваните суровини бъдат значително променени. Твърдението, че са открити въглеродни нанотръбички, не е потвърдено от по-нататъшни изследвания и сред учените, включително Джон Верховен, има спорове дали наблюдаваните нанотръбички всъщност са нишки, образувани от цементитови сфероиди.
Моран: заваряване на заготовки
Тъй като добре познатата техника на заваряване на шаблони – ковашкото заваряване на острие от няколко различни парчета – създава повърхностни шарки, подобни на тези, които се срещат върху дамаскинските ножове, някои съвременни ковачи погрешно са вярвали, че оригиналните дамаскински ножове са изработени с тази техника. Въпреки това днес разликата между стоманата вутц и заваряването по шаблон е напълно документирана и добре разбрана. Стоманата, заварена по шаблон, се нарича „дамаска стомана“ от 1973 г., когато ножарят Уилям Ф. Моран представя своите „дамаски ножове“ на изложението на ножарската гилдия.
Този „модерен дамаск“ е изработен от няколко вида стоманени и железни парчета, заварени заедно, за да образуват заготовка, и понастоящем терминът „дамаск“ (въпреки че е технически неправилен) е широко приет за описание на модерните остриета от моделно заварена стомана. Моделите варират в зависимост от начина, по който ковачът обработва заготовката. Заготовката се кове и се сгъва, докато се образуват желаният брой слоеве. За да получи оценка „Master Smith“ в основаното от Моран Американско общество на остриетата, ковачът трябва да изкове дамасково острие с минимум 300 слоя.
Верховен и Пендрей: тигел
Д. Верховен и А. Х. Пендрей публикуват статия за опитите си да възпроизведат елементарните, структурните и визуалните характеристики на дамаската стомана. Те започват със стоманен тигел, който съответства на свойствата на оригиналната стомана вутц от Индия и на редица оригинални дамаски мечове, до които Верховен и Пендрей имат достъп. Вутц била в меко, отгрято състояние, със зърнена структура и топчета от чист железен карбид в цементитови сфероиди, което било резултат от хипер евтектоидното ѝ състояние. Д. Верховен и А. Х. Пендрей вече бяха установили, че зърната по повърхността на стоманата са зърна от железен карбид – целта им беше да възпроизведат моделите на железен карбид, които бяха видели в остриетата от Дамаск.
Въпреки че този материал може да се обработва при ниски температури, за да се получи ивичеста дамаска шарка от смесени феритни/пеарлитни и цементови сфероидни ленти по начин, идентичен с шарената заварена дамаска стомана, се смята, че всяка топлинна обработка, достатъчна за разтваряне на карбидите, трайно унищожава шарката. Въпреки това Д. Верховен и А. Х. Пендрей откриват, че в образци от истинска дамаска стомана шарката може да бъде възстановена чрез термично циклично манипулиране на стоманата при умерена температура. Те установяват, че някои карбидообразуващи елементи, един от които е ванадий, не се разсейват, докато стоманата не достигне по-високи температури от тези, необходими за разтваряне на карбидите. Следователно високата топлинна обработка може да премахне визуалните доказателства за шарки, свързани с карбидите, но не премахва основната шарка на карбидообразуващите елементи; последваща по-нискотемпературна топлинна обработка, при температура, при която карбидите отново са стабилни, може да се възстанови структурата чрез свързване на въглерода от тези елементи и предизвикване на сегрегация на цементитовите сфероиди на тези места. Топлинният цикъл след изковаване позволява агрегирането на въглерода върху тези карбидни форми, тъй като въглеродът мигрира много по-бързо от карбидните форми. Прогресивният термичен цикъл води до загрубяване на цементитовите сфероиди чрез зреене на Оствалд.
Аносов, Уодсуърт и Шерби: булат
В Русия в летописите е записано използването на материал, известен като стомана булат, за изработване на високо ценени оръжия, включително мечове, ножове и брадви. Съобщава се, че през 1621 г. руският цар Михаил е поръчал да му бъде направен шлем от булат. Точният произход или производственият процес на булатна стомана са неизвестни, но тя вероятно е внесена в Русия през Персия и Туркестан и е подобна, а може би и същата като дамаската стомана. Павел Петрович Аносов прави няколко опита да възпроизведе процеса в средата на XIX век. Уодсуърт и Шерби също изследват възпроизвеждането на булатната стомана и публикуват резултатите си през 1980 г.
Екип от изследователи от Техническия университет в Дрезден, който използва рентгенови лъчи и електронна микроскопия, за да изследва дамаската стомана, открива наличието на цементитови нановлакна и въглеродни нанотръбички. Петер Пауфлер, член на дрезденския екип, казва, че тези наноструктури са резултат от процеса на коване. Сандерсън предлага процесът на коване и отгряване да обясни наномащабните структури.
За целта на изследването си екипът на професор Петер Пауфлер е провел няколко експеримента върху сабя, произведена през XVII век. Тя е изработена от персийския ковач Асад Ула. Германските учени са взели проби от повърхността на историческото острие, след което са ги поставили в солна киселина. Последвалият анализ е установил, че стоманата съдържа не само тънки нишки железен карбид, т.нар. цементит (Fe3C), но и въглеродни нанотръбички. При обработката със солна киселина цементитът се разтваря напълно, но въглеродът остава. След експеримента обаче са установени и цементитни нишки, които не са изчезнали. Тоест учените предполагат, че наличието на въглеродната наноструктура е предпоставка за образуването на цементитните влакна. Характерната дъговидна форма на сабята вероятно се дължи именно на специфичната въглеродна наноструктура.
Учените са убедени, че именно въглеродът е и причина за особената острота на меча. Според професор Пауфлер, цитиран от онлайн изданието на списание Der Spiegel, върху повърхността на острието има множество микроскопични зъбчета. Сеченето с дамаскинската сабя всъщност прилича повече на рязане с трион, а при всеки удар тези зъбци се заточват сами отново, смята ученият.
Индийските майстори металурзи, които са използвали тази технология, са имали специфичен метод за обработка на стоманата, траещ часове и дори дни. След като парчето метал било нагорещявано, ковачът го обработвал до пълното му изстиване, след което веднага го нагорещявал отново. За изработката на меча е използвана специална индийска стомана, наричана вутц. Тя се отличава с особено високо процентно съдържание на въглерод, както и на други химически елементи като манган, кобалт, ванадий, хром и никел. При термичната обработка на метала вероятно възникват химични реакции, които водят до образуването на въглеродната наноструктура.
Тук обаче възниква друг потенциален проблем – многото въглерод и цементит вероятно биха довели до понижаване качествата на самата стомана. Учените в Дрезден предполагат, че продължителната обработка на вутц стоманата има за цел да минимизира подобен риск. Рудите за изработването на вутц стоманата са били налични само в Индия и някои от тях са изчерпани през XVIII век. Предполага се, че производството на дамаскински мечове практически изчезва именно поради тази причина. Европейските ковачи не са подозирали за химическите реакции, водещи до особените качества на ориенталските остриета, поради което се опитвали да я пресъздадат по изпитани механични способи. Те комбинирали твърдо с шупливо желязо и тънка и гъвкава стомана, след което се опитвали да наподобят дамаскинското острие чрез стократно прегъване, подобно на многолистно тесто. Резултатът са различни по вид и качества мечове.
Превод: Емил Ангелов
Metal Blade 