Що таке дамаська сталь? Виготовлення, застосування, плюси і мінуси

Дамаск або дамаська сталь – це сплав з процентним вмістом вуглецю не більше 1,3% і різними неоднорідними візерунчастими розводами на поверхні. Основним компонентом сплаву є залізо. Неоднорідності утворюються при ковальській обробці декількох шарів різного ґатунку сталі, тільки при дотриманні певної технології охолодження – повільної, що супроводжується утворенням форм фериту і карбіду. Буває дамаск зварювальний і рафінований.

Дамаська сталь в історичних фактах

Якщо грунтуватися на історичних реаліях, то місто Дамаск не згадується в архівах, як центр, де розвивалося ковальське виробництво й виконувалось кування дамаску. Але тут знаходився найбільший ринок торгівлі холодною зброєю. Це підтверджують раритети розкопок – зброя з візерункової сталі у похованнях кельтів, слов'ян, вікінгів, франків.

Перші відомості про метал, подібний за характеристиками з дамаском, вчені відносять до 1300 року до н.е. Спочатку його виробляли в Азії. Ще через півстоліття ремесло стало популярним в Європі. І тільки потім незвичайний матеріал з'явився у Піднебесній. Легенди та історичні документи часто перебільшують властивості, якими наділена дамаська сталь – історія її виникнення та вдосконалення, проте, сприяла розвитку технічного прогресу, пожвавленню торгівлі між державами. Достеменно відомо, що перша сталева зброя – продукт дамаску. Майстри з різних країн, намагаючись удосконалити його якість, шукали нові способи додаткової обробки, освоювали зварювання різних видів сталі в одній заготівлі.

Як роблять дамаську сталь: особливості виробничого процесу

Унікальні експлуатаційні властивості, а особливо висока міцність і твердість, досягаються при суворому дотриманні послідовності операцій по перековуванню. Чергуючі шари металу з високим вмістом вуглецю надають гостроту та загальну міцність виробу, з низьким – запобігають його розтріскуванню та забежбечують пружність. Ексклюзивність складу дамаску якраз і полягає в правильно підібраних пропорціях та поєднанні шарів. Кількість візерунків тут не обмежена. При цьому практично відсутні легуючи добавки, чим пояснюється іржавіння металу.

Необхідні матеріали

Виготовлення дамаської сталі високої якості вимагає відповідних матеріалів. Необхіді будуть хімічні реактиви: кислота (HNO₃ (5%), щавлева або інша, розчин залізного купоросу (FeSO₄)) – для травлення та виделення візерунку; тетраборат натрію (бура) – використовується як флюс. Ще необхідно сформувати пакет з якомога більшої кількості правильно підібраних сталевих пластин з різним вмістом вуглецю і параметрами: ШхД (мм) = 25-35 х 85-125. При цьому загальна товщина пакету (Н) не повинна перевищувати 30-50 мм. Як правило, береться непарна кількість шарів: 9,7,5. На території країн СНД для виготовлення подібних виробів найбільш затребувані наступні сплави:

Приклад оптимального складу матеріалів для клинків:

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

Визначення середнього процентного вмісту вуглецю

Знаючи, що дамаск – сталь комбінована, свого роду шаруватий «пиріг» з сортів різних за змістом вуглецю та домішок сплавів, що чергуються, потрібно правильно його сформувати. Тільки тоді кінцевий продукт буде відповідати необхідним експлуатаційним вимогам. Для цього визначається середній відсотковий показник вуглецю в хімічному складі. Ось конкретний приклад.

Припустимо, сформований блок пластин, в якому три частини його ваги становить Ст3 з процентним вмістом вуглецю 0,3%, а решта сім – припадають на сталь У8 (0,8% С).

Середня шукана величина знаходиться за формулою:

0,3 × 0,3 + 0,8 × 0,7 = 0,65

Але це не остаточний результат. Потрібно врахувати обов'язкові втрати вуглецю при неодноразовому нагріванні та охолодженні заготівлі. В цілому це может складати до 0,2-0,25% вигоряння.

Виконавши такий розрахунок, можна на попередньому етапі скорегувати склад пакету, підібрати необхідний режим загартування. Приклад показує, що цей середній показник недостатній для дамаської сталі. Тому може бути 2 варіанти вирішення проблеми:

• змінити співвідношення металів у пакеті, збільшивши в ньому частку сталі У8;
• повністю замінити склад блоку, підібравши сплави з більш високим вмістом С.

Кузня

Процес проходить безпосередньо в кузні й завершується механічною обробкою готового виробу (клинка). Для цього потрібен комплект необхідного спеціального обладнання й оснащення. Основні пристрої – ковадло і горн.

• Ковадло – основна опорна споруда – повинна мати добре відшліфовану і загартовану верхню горизонтальну площину, а також «ріг» для згинання прутків і смуг й «хвіст» для згинання та правлення замкнутих прямокутних заготовок.
• Невелика вузька піч як горно розпалює метал до стану, при якому пластичність перевершує твердість у багато разів. 

Також необхідні:

• Лещата – для збирання пакета, торсування заготвілі.
• Молотки – різного розміру і ваги. Ручник з довгою ручкою (до 35 см) важить до 2,5 кг. Задіяний при зварюванні пластин.
• Кувалда – важкий (до 15 кг) молот з плоскими бойниками для нанесення потужних ударів.
• Бойовий молот – вага не менше 10-12 кг, довжина держаку до 90 см. Потрібен для розгону розпеченого металу по осі пакету або перпендикулярно їй.
• Електроточило – шліфування пластин.
• Лещата сутулові – фіксують розпечені заготівлі.
• Зубило – для рубки холодного або гарячого металу. Інструмент з прямим ножем застосовується для поздовжньої й поперечної рубки.
• Муфельная піч – нагрівання готових пакетів до температури гарту і подальшого відпуску.
• Кліщі – незамінні при утриманні розпеченої поковки в потрібному положенні. Мають пружинні довгі держаки.

Розгадка секрету того, як зробити дамаську сталь з неповторним візерунком, криється в особливих методах кування. Обробка призводить до сплющення різних шарів, зменшує їх товщину, робить структуру металу багатошаровою. Цим досягаються необхідна міцність і твердість. Для отримання хвилястих ліній використовується кувалда з трохи округлими поверхнями бійків.

Візерунок «сіточка» виходить при обробці кувалдою, схожою на молоток з вузьким носиком, або обтисненям. Орнамент з кільцями при навскічному (під кутом 45 градусів) куванні утворюється від нанесення ударів хрестоподібно по вузьких обжинках. Виходять вдавленості, на місці їх схрещування з'являються горбки, які при прогладжуванні перетворюються в кільця.

Процес виробництва

Дамаск утворюється при куванні набору з прутків (пластин) вуглецевої та низьколегованої сталі. Потрібні певні умови, щоб вийшла якісна дамаська сталь: виготовлення можливо тільки при наявності навичок у коваля. Від того наскільки правильно він сформує пакет і професійно закує різні за характеристиками металеві листи, залежить якість і вид візерунка. Тому ще потрібні й пізнання в металознавстві.

Вочевидь, чим простіше й дрібніше візерунок, тим міцність клинка вище. У виробничому процесі важливо дотримуватися послідовністі операцій.

• Металеві гладкі пластинчасті фрагменти різних марок складаються один на інший в багатошаровий пакет.
• Для міцної фіксації на торцях блоку компоненти кріпляться шляхом зварювання або обмотуються дротом.
• Нагрівання здійснюється рівномірно по всій площі заготівлі до стану, що не досягає температури плавлення металу. Важливо стежити за кольором сталі (він повинен стати блідо-жовтим) і не пропустити цей момент. Інакше при перегріванні буде формуватися нерівномірна крупнозерниста стрруктура, посилиться вигоряння вуглецю, що негативно вплине на процес кування та якість кінцевого виробу. При недогріву – сталь не звариться.
• Далі в прискореному темпі, не допускаючи появи оксидної плівки, метал зварюють. Використання флюсів в розтопленому стані запобігає утворенню окалини.
• Відразу ж на ковадлі ударами по пакету одночасно з одного боку відбувається витіснення в інший бік різних домішок й флюсів та зварювання заготовок.
• В результаті виходить шаруватий сталевий блок дамаску.
• При необхідності можна збільшити кількість пластів, прокувати виріб, знову скласти його удвічі й проварити.
• В результаті сталева заготівля піддається куванню, нижні шари переміщаються назовні, з'являється візерунок.

Рисунок створюється при травленні сталі кислотою в наслідок того, що реактивний склад неоднозначно впливає на різні види матеріалів та структурі складові сталі. Очищення та обробка поверхні робить шаруватість виразною, яка нагадує химерний візерунок.

Види дамаської сталі

Існує більше 10 технологій виготовлення сплавів. Розрізняють 3 їх різновиди: мозаїчний, шаруватий і торсійний. Кування дамаської сталі дозволяє отримати металевий склад різноманітного вида багатошарової структури. Чим дрібніше візерунок, тим більше шарів використовувалося при виготовленні, тим вище міцність. Але складний орнамент у вигляді хвиль або зигзагів погіршує якість. Тому самим довговічним вважається продукт металургійного виробництва з тонкими і прямими лініями.

Що таке дамаск мозаїчний?

У пакеті сформовано продуманий заздалегідь набір зварених пластин – з різним видом профілю усередині заготівель, різних сортів. Заготівлі підбираються за типом мозаїки та представляють чотирикутні форми, скомпоновані так, щоб була ідеальна підгонка і краще проводилось зварювання. В результаті сковування всередині пакету контрастних пластин вони стикаються, формуючи складний візерунок. Виходить комбінований продукт з декорованою поверхнею. Рівномірність обробки забезпечують преси. Після зварювання нарізаються пластини (25-30 мм) з мозаїчним узором – заготівлі для майбутніх клинків, щік, навершів руків’я. Основні «мінуси» мозаїчного дамаску – невисока міцність, низькі різальні властивості.

Шаруватий дамаск

Найпростіший варіант сталі. Пакети з нього в 20-60 шарів, отримані при багаторазовій ковальському зварюванні, використовуються часто в якості заготівок для кухонних ножів. Зі збільшенням кількості складаннь і прокованнь пакету, а також в залежності від числа компонентів збільшується число шарів у готовому продукті. Їх кількість, а також спосіб врізання, розмір готового клинка впливають і на вигляд візерунка. Навіть найпростіша шабля складається не менше ніж з 40-120 шарів. У сплаві вони розташовані паралельно виробу, тому при врізанні виходить малюнок з рівновіддалених прямих.

При великій кількості складань під час термічної обробки неминучі деформації, шаруватість виходить сплутана. Це призводить до того, що при врізанні формується рисунок з безладних фігур. Іноді спеціально кування виконується на нерівних бойках, щоб отримати на зрізі плетіння хвилеподібних ліній з різною формою замкнутих контурів.

Торсійний (закручений) дамаск

Для виготовлення крученого візерунка використовується прямокутний блок з зібраних шести- або чотиригранних прутів. Це десь 8-33 шарів. У розпеченому стані вони спочатку витягуються в брусок, потім скручуються навколо вісі симетрії пакета. Після розковування заготівля нагадує гвинтові лінії з нахилом під певним кутом до осі симетрії. Як правило, він перевищує 70 градусів.

Урізноманітнити орнамент можна, експериментуючи з варіантами технік крутіння. Наприклад, кожен прут обертається навколо осі за годинниковою стрілкою або в протилежному напрямку. Потім зварити. Складність робіт полягає в тому, як зайве не перекрутити заготівлі при прагненні зробити якомога більше витків, бо вони можуть лопнути.

Плюси й мінуси дамаської сталі

Ствердження про абсолютну перевагу дамаської сталі над іншими видами безпідставно. Знаючи, що таке дамаська сталь, можна припустити, що у неї, як і у будь-якого металу, є свої позитивні сторони й недоліки. Важливо правильно розставити акценти та обрати «потрібний» дамаск з урахуванням його характеристик. Метал, вироблений за методом порошкової металургії, забезпечує гостроту клинка і протистоїть корозії, а ось «класичний» дамаск, навпаки, швидко іржавіє, але зате заворожує красою рисунка.

Типові позитивні й негативні моменти візерункового металу в готовому виробі зведені до таблиці.

Булат

За хімічним складом, твердостю, легкістю заточування обидва види сталі практично однотипні. Основною перевагою булату вважається стійкість до корозійного руйнування, що забезпечують йому легуючі домішки, а також поєднання несумісних у звичайному металі характеристик – високої щільності, великої твердості й пластичності.

Розрізнити, булат або дамаск використовувався для виготовлення клинка, можна за способом виробництва. У першому випадку зброя виготовляється за допомогою лиття і підрозділяється на:

• тигельні булати – підлягають тривалому плавленню у тиглі з подальшим охолодженням і куванням зброї;
• литі булати – виходять з високовуглецевих сталей і низьковуглецевих сплавів, й в тому числі легованих, в процесі тривалого плавлення.

Технологія виробництва заснована на тому, що при плавленні частки з високовуглецевого складу частково переходять у розплав з невисоким вмістом вуглецю. Така структура формує довільні, неповторні лінії рисунка.

Використання дамаської сталі та булату

Метали можуть відрізнятися за якістю і залежати від структури внутрішніх шарів, а також професіоналізму коваля. Мечі з дамаської сталі здобули собі славу завдяки відмінним ріжучим характеристикам, неповторним візерункам і довговічністі. Кований дамаск популярний досі. Але через складність вироблення з нього практично не роблять бойової зброї. Сталь застосовується для сувенірних ножів та мисливського спорядження. Сьогодні за цілком помірну ціну можна придбати дамаський клинок гарної якості.

Що стосується булату, то ніхто не може з упевненістю стверджувати, що ті поодинокі екземпляри зброї, заявлені як булатні і що з'являються у продажу, виготовлені саме за старовинною технологією, яка була колись загублена. Хоча ціна на дійсно якісні клинки досить висока.

Дамаська сталь в сучасній масовій культурі

Історично склалося так, що зброя з дамаска наділялась надприродними властивостями. У легендах сивої давнини вона різала метал та рубила камені, не втрачаючи своєї гостроти й міцності. Практично у всіх світових культурах фігурувала дамаська сталь. Поширювалися містичні властивості зброї й в лицарських романах. Однак, історії про те, що від шабель з дамаска легко розпадалися кольчуги й лати не знайшли підтвердження.

Безсумнівно, клинки з дамаської сталі – це вищий пілотаж майстра-зборяра. Гострота їх залежить від виду заточування. За старих часів східні молотобійці робили ухил не на пробивну силу зброї, а на ріжучу здатність. Тому заточували лезо під мінімально можливим кутом, досягаючи максимальної гостроти крайок. Звідси виникали легенди про чудодійну зброю.

Сьогодні коваль, який виготовляє зброю з дамаска, володіє власними секретами технології виробництва, що є його фірмовим знаком. Але тільки одиниці виробляють дійсно якісний робочий інструмент на відміну від декоративного аналога.

Спробуйте і ви себе у ролі творця оповитої таємницями та легендами зброї. Компанія ТОВ «МЕТІНВЕСТ-СМЦ» володіє широким асортиментом металопрокату різних марок сталей від українських виробників в будь-якій ціновій категорії. Наші фахівці не тільки підкажуть, як зробити дамаську сталь самостійно, але й допоможуть сформувати пакет для заготівель під майбутню зброю з матеріалу, що відповідає європейським стандартам якості. Надаємо послуги різання і доставки збірних партій металу в будь-якій кількості.