Что такое дамасская сталь? Изготовление, применение, плюсы и минусы

Дамаск или дамасская сталь – это сплав с процентным содержанием углерода не более 1,3% и различными неоднородными узорчатыми разводами на поверхности. Основным компонентом сплава является железо. Неоднородности образуются при кузнечной обработке нескольких слоев разного сорта стали, только при соблюдении определенной технологии охлаждения – медленной, сопровождающейся образованием форм феррита и карбида. Бывает дамаск сварочный и рафинированный.

Дамасская сталь в исторических фактах

Если основываться на исторических реалиях, то город Дамаск не упоминается в архивах, как центр, где развивалось кузнечное производство и выполнялась ковка дамаска. Но зато здесь находился крупнейший рынок торговли холодным оружием. Это подтверждают раритеты раскопок – оружие из узорчатой стали в захоронениях кельтов, славян, викингов, франков.

Первые сведения о металле, схожем по характеристикам с дамаском, ученые относят к 1300 году до н.э. Вначале его производили в Азии. Еще через полвека ремесло стало популярным в Европе. И только потом необычный материал появился в Поднебесной. Легенды и исторические документы часто гиперболизируют свойства, которыми наделена дамасская сталь – история ее возникновения и усовершенствования, тем не менее, способствовала развитию технического прогресса, оживлению торговли между государствами. Доподлинно известно, что первое стальное оружие – продукт дамаска. Мастера из разных стран, стараясь усовершенствовать его качество, искали новые способы дополнительной обработки, осваивали сваривание различных видов стали в одной заготовке.

Как делают дамасскую сталь: особенности производственного процесса

Уникальные эксплуатационные свойства, а особенно высокая прочность и твердость, достигаются при строгом соблюдении последовательности операций по перековке. Чередующиеся слои металла с высоким содержанием углерода придают остроту и общую прочность изделию, с низким – препятствуют его растрескиванию и обеспечивают упругость. Эксклюзивность состава дамаска как раз и заключается в правильно подобранных пропорциях и сочетании слоев. Число узоров здесь не ограничено. При этом практически отсутствуют легирующие добавки, чем объясняется ржавление металла.

Необходимые материалы

Изготовление дамасской стали высокого качества требует соответствующих материалов. Потребуются химические реактивы: кислота ‎(HNO₃ (5%), щавелевая или другая, раствор железного купороса (FeSO₄)) – для травления и выделения рисунка; тетраборат натрия (бура) – используется как флюс. Еще необходимо сформировать пакет из как можно большего количества правильно подобранных стальных пластин с различным содержанием углерода и параметрами: ШхД (мм) = 25-35 х 85-125. При этом общая толщина пакета (Н) не должна превышать 30-50 мм. Как правило, берется нечетное количество слоев: 9,7,5. На территории стран СНГ для изготовления подобных изделий наиболее популярны следующие сплавы: 

Пример оптимального состава материалов для клинков:

• ШХ-15 + ХВГ + У8А +Ст3;
• ШХ15 + ХВГ+У9.

Определение среднего процентного содержания углерода

Зная, что дамаск – сталь комбинированная, своего рода слоистый «пирог» из чередующихся сортов различных по содержанию углерода и примесей сплавов, нужно правильно его сформировать. Только тогда конечный продукт будет отвечать необходимым эксплуатационным требованиям. Для этого определяется средний процентный показатель углерода в химическом составе. Вот конкретный пример.

Допустим, сформирован блок пластин, в котором три части его веса составляет Ст3 с процентным содержанием углерода 0,3%, а остальные семь – приходятся на сталь У8 (0,8%С).

Средняя искомая величина находится по формуле:

0,3 × 0,3 + 0,8 × 0,7 = 0,65

Но это не окончательный результат. Нужно учесть обязательные потери углерода при неоднократных нагревах и охлаждениях заготовки. В общей сложности это может составлять до 0,2-0,25% выгорания.

Выполнив подобный расчет, можно на предварительном этапе скорректировать состав пакета, подобрать необходимый режим закалки. Пример показывает, что данный средний показатель недостаточен для дамасской стали. Поэтому может быть 2 варианта решения проблемы:

• изменить соотношение металлов в пакете, увеличив в нем долю стали У8;
• полностью заменить состав блока, подобрав сплавы с более высоким содержанием С.

Кузница

Процесс проходит непосредственно в кузнице и завершается механической обработкой готового изделия (клинка). Для этого нужен комплект необходимого специального оборудования и оснастки. Основные устройства – наковальня и горн.

• Наковальня – основное опорное сооружение – должна иметь хорошо отшлифованную и закаленную верхнюю горизонтальную плоскость, а также «рог» для радиусной гибки прутков и полос и «хвост» для гибки и правки замкнутых прямоугольных заготовок.
• Небольшая узкая печь в качестве горна накаляет металл до состояния, при котором пластичность превосходит твердость во много раз. 

Также необходимы:

• Тиски – для сборки пакета, торсирования заготовки.
• Молотки – разного размера и веса. Ручник с длинной рукояткой (до 35 см) весит до 2,5 кг. Задействован при сварке пластин.
• Кувалда – тяжелый (до 15 кг) молот с плоскими бойниками для нанесения мощных ударов.
• Боевой молот – вес не менее 10-12 кг, длина рукояти до 90 см. Нужен для разгона раскаленного металла по оси пакета или перпендикулярно ей.
• Электроточило – шлифовка пластин.
• Тиски сутуловые – фиксируют раскаленные заготовки.
• Зубило – для рубки холодного или горячего металла. Инструмент с прямым ножом применяется для продольной и поперечной рубки.
• Муфельная печь – нагрев готовых пакетов до температуры закалки и последующего отпуска.
• Клещи – незаменимы при удержании раскаленной поковки в нужном положении. Снабжаются пружинящими длинными рукоятями.

Разгадка секрета того, как сделать дамасскую сталь с неповторимым узором кроется в особых методах ковки. Обработка приводит к сплющиванию различных слоев, уменьшает их толщину, делает структуру металла многослойной. Этим достигаются необходимая прочность и твердость. Для получения волнистых линий используется кувалда с немного округлыми поверхностями бойков.

Узор «сеточка» получается при обработке кувалдой, похожей на молоток с узким носиком, или обжимками. Орнамент с кольцами при косой (под углом 45 градусов) ковке образуется от нанесения ударов крестообразно по узким обжимкам. Получаются вдавленности, на месте их скрещивания появляются бугорки, которые при проглаживании превращаются в кольца.

Процесс производства

Дамаск образуется при проковке набора из прутков (пластин) углеродистой и низколегированной стали. Нужны определенные условия, чтобы получилась качественная дамасская сталь: изготовление возможно только при наличии навыков у кузнеца. От того насколько правильно он сформирует пакет и профессионально сварит разные по характеристикам металлические листы, зависит качество и вид рисунка. Поэтому еще нужны и познания в металловедении.

Очевидно, чем проще и мельче узор, тем прочность клинка выше. В производственном процессе важно соблюдать последовательность операций.

• Металлические гладкие пластинчатые фрагменты разных марок складываются один на другой в многослойный пакет.
• Для прочной фиксации на торцах блока компоненты крепятся путем сварки или обматываются проволокой.
• Нагрев осуществляется равномерно по всей площади заготовки до состояния, не достигающего температуры плавления металла. Важно следить за цветом стали (он должен стать бледно-желтым) и не пропустить этот момент. Иначе при перегреве будет формироваться неравномерная крупнозернистая структура, усилится выгорание углерода, что негативно повлияет на процесс ковки и качество конечного изделия. При недогреве – сталь не сварится.
• Далее в ускоренном темпе, не допуская появления оксидной пленки, металл сваривают. Использование флюсов в растопленном состоянии предотвращает образование окалины.
• Сразу же на наковальне ударами по пакету одновременно проводится с одной стороны вытеснение в другой конец разных примесей и флюсов и сварка заготовок.
• В результате получается слоистый стальной блок дамаска.
• При необходимости можно увеличить количество пластов, проковав изделие, снова сложить его вдвое и проварить.
• В итоге стальная заготовка подвергается ковке, нижние слои перемещаются наружу, появляется узор.

Рисунок создается при травлении стали кислотой ввиду того, что реактивный состав неоднозначно воздействует на разные виды материалов и структурные составляющие стали. Очистка и обработка поверхности делает слоистость отчетливой, напоминающей причудливый узор.

Виды дамасской стали

Существует более 10 технологий изготовления сплавов. Различают 3 их разновидности: мозаичную, слоистую и торсионную. Ковка дамасской стали позволяет получить металлический состав разнообразного вида многослойной структуры. Чем мельче узор, тем больше слоев использовалось при изготовлении, тем выше прочность. Но сложный орнамент в виде волн или зигзагов ухудшает качество. Поэтому самым долговечным считается продукт металлургического производства с тонкими и прямыми линиями.

Что такое дамаск мозаичный?

В пакете сформирован продуманный заранее набор сваренных пластин – с различным видом профиля внутри заготовок, разных сортов. Заготовки подбираются по типу мозаики и представляют четырехугольные формы, скомпонованные так, чтобы была идеальная подгонка и лучше производилась сварка. В результате сковки внутри пакета контрастных пластин они соприкасаются, формируя сложный узор. Получается комбинированный продукт с декорированной поверхностью. Равномерность обработки обеспечивают прессы. После сваривания нарезаются пластины (25-30 мм) с мозаичным узором – заготовки для будущих клинков, щек, наверший рукоятки. Основные «минусы» мозаичного дамаска – невысокая прочность, низкие режущие свойства.

Слоистый дамаск

Самый простой вариант стали. Пакеты из него в 20-60 слоев, полученные при многократной кузнечной сварке, используются часто в качестве заготовок для кухонных ножей. С увеличением количества складываний и проковки пакета, а также в зависимости от числа компонентов увеличивается число слоев в готовом продукте. Их количество, а также способ врезки, размер готового клинка влияют и на вид узора. Даже самая простая сабля состоит не менее чем из 40-120 слоев. В сплаве они расположены параллельно изделию, поэтому при врезке получается рисунок из равноудаленных прямых.

При большом количестве складок во время термической обработки неизбежны деформации, слоистость получается спутанная. Это приводит к тому, что при врезке формируется рисунок из беспорядочных фигур. Иногда специально ковка выполняется на неровных бойках, чтобы получить на срезе плетение волнообразных линий с различной формой замкнутых контуров.

Торсионный (закрученный) дамаск

Для изготовления витого узора используется прямоугольный блок из собранных шести- или четырехгранных прутков. Это где-то 8-33 слоя. В раскаленном состоянии они вначале вытягиваются в брусок, затем скручиваются вокруг оси симметрии пакета. После расковывания заготовка напоминает винтовые линии с наклоном под определенным углом к оси симметрии. Как правило, он превышает 70 градусов.

Разнообразить орнамент можно, экспериментируя с вариантами техник кручения. Например, каждый прут оборачивать вокруг оси по ходу часовой стрелки или в противоположном направлении. Затем сварить. Сложность работ заключается в том, как излишне не перекрутить заготовки при стремлении сделать как можно больше витков, так как они могут лопнуть.

Плюсы и минусы дамасской стали

Утверждение об абсолютном превосходстве дамасской стали над другими видами беспочвенно. Зная, что такое дамасская сталь, можно предположить, что у нее, как и у любого металла, есть свои положительные стороны и недостатки. Важно правильно расставить акценты и выбрать «нужный» дамаск с учетом его характеристик. Металл, произведенный по методу порошковой металлургии, обеспечивает остроту клинкам и противостоит коррозии, а вот «классический» дамаск, наоборот, быстро ржавеет, но зато завораживает красотой рисунка.

Типичные положительные и отрицательные моменты узорчатого металла в готовом изделии сведены в таблицу.

Булат

По химическому составу, твердости, легкости заточки оба вида стали практически однотипны. Основным преимуществом булата считается стойкость к коррозийному разрушению, что обеспечивают ему легирующие добавки, а также сочетание несовместимых в обычном металле характеристик – высочайшей плотности, большой твердости и пластичности.

Различить, булат или дамаск использовался для изготовления клинка, можно по способу производства. В первом случае оружие изготавливается при помощи литья и подразделяется на:

• тигельные булаты – подвержены длительной плавке в тигле с последующим охлаждением и ковкой оружия;
• литые булаты – получаются из высокоуглеродистых сталей и низкоуглеродистых сплавов, в том числе легированных, в процессе длительного плавления.

Технология производства основана на том, что при плавлении частицы из высокоуглеродистого состава частично переходят в расплав с невысоким содержанием углерода. Такая структура формирует произвольные, неповторяющиеся линии рисунка.

Использование дамасской стали и булата

Металлы могут отличаться по качеству и зависеть от структуры внутренних слоев, а также профессионализма кузнеца. Мечи из дамасской стали снискали себе славу благодаря отличным режущим характеристикам, неповторимым узорам и долговечности. Кованый дамаск популярен до сих пор. Но из-за сложности выработки из него практически не делают боевого оружия. Сталь применяется для сувенирных ножей и охотничьего снаряжения. Сегодня за вполне умеренную цену можно приобрести дамасский клинок хорошего качества.

Что касается булата, то никто не может с уверенностью утверждать, что те единичные экземпляры оружия, заявленные как булатные и появляющиеся в продаже, изготовлены именно по старинной технологии, которая была когда-то утеряна. Хотя цена на действительно качественные клинки достаточно высока.

Дамасская сталь в современной массовой культуре

Исторически сложилось так, что оружие из дамаска наделялось сверхъестественными свойствами. В легендах старины глубокой оно резало металл и рубило камни, не теряя своей остроты и прочности. Практически во всех мировых культурах дамаска фигурировала дамасская сталь. Распространялись мистические свойства оружия и в рыцарских романах. Однако, истории о том, что от сабель из дамаска легко распадались кольчуги и латы не нашли подтверждения.

Несомненно, клинки из дамасской стали – это высший пилотаж мастера-оружейника. Острота их зависит от вида заточки. В старину восточные молотобойцы делали уклон не на пробивную силу оружия, а на режущую способность. Поэтому затачивали лезвие под минимально возможным углом, достигая максимальной остроты кромки. Отсюда возникали легенды о чудодейственном оружии.

Сегодня кузнец, изготавливающий оружие из дамаска, владеет своими секретами технологии производства, что является его фирменным знаком. Но только единицы производят действительно качественный рабочий инструмент в отличие от декоративного аналога.

Попробуйте и вы себя в роли создателя окутанного тайнами и легендами оружия. Компания ООО «Метинвест-СМЦ» обладает широким ассортиментом металлопроката различных марок сталей от украинских производителей в любой ценовой категории. Наши специалисты не только подскажут, как сделать дамасскую сталь самостоятельно, но и помогут сформировать пакет для заготовок под будущее оружие из материала, отвечающего европейским стандартам качества. Предоставляем услуги резки и доставки сборных партий металла в любом количестве.