Канал “Книжные раскопки” продолжает тему экспериментального исследования средневековых материалов. В прошлой статье (ссылка в конце статьи) шла речь о сыродутном железе, фосфористом железе и стали, изготовленной из сыродутного железа. В этой статье речь пойдет об из комбинации – узорном (узорчатом) дамаске.
Сначала немножко о терминах: узорный дамаск – материал, сваренный из чередующихся полос визуально отличающихся сплавов железа – железа и стали, фосфористого железа и стали, или, в современной версии, сталей с разным содержанием углерода, и, зачастую, никеля. Количество полос в европейском раннесредневековом и позднеримском дамаске – обычно десятки. Полосы сформированы так, чтобы образовать более-менее регулярный узор. Это существенное отличие от позднесредневекового, обычно азиатского, дамаска, который насчитывал от нескольких сот до тысяч слоев, и “дамасской стали” Нового и нашего времени. Чтобы еще больше всех запутать, в конце 19 - начале 20 века в России использовался термин “сварной булат” – но только по отношению к производившимся тогда клинкам из аналогов позднесредневеового дамаска.
Именно для упорядоченного раднесредневекового дамаска в 1950х был введен англоязычный термин “pattern welding”. В русском, французском и немецком продолжает использоваться термин “дамаск”, иногда с уточнениями узорчатый или сварочный: wurmbunter Damast, Schweissdamast (нем.), Damas (фр.).
Итак, герой статьи в современном исполнении, однако произведенный из реплик средневековых материалов:
Теперь собственно к исследованиям механических свойств узорного дамаска. Корректных исследований мне известно примерно два, одно полностью – с репликами средневековых материалов (на него в основном буду опираться в этой статье, Тиел at all 2014), одно наполовину – современная сталь и фосфористое железо 19 века (Бирч, 2013), и еще одно наполовину – современные материалы, но полный набор измерений и корректные сравнения (Лэнг, 2011). Есть и пример полностью некорректного – при сравнении закаленного дамаска с незакаленной углеродистой сталью, дамаск имеет большую жесткость и прочность на разрыв… Ну, да. А что, можно было ожидать другой результат? (Полак, 2008) И второй пример – современные же материалы, меч с дамасской сердцевиной показывает большую жесткость, но меньшую прочность по сравнению с мечом с наварными лезвиями… Значит, дамаск лучше.(Пелсмаекер, 2010).
Итак, экспериментальные образцы, подготовленные в 2014 венгерско-польско-чешской командой, включали в себя: сыродутное железо (0.05% углерода) - I на графиках, закаленную и незакаленную сталь, полученную из него (0.6% углерода) - Sh и Sn; фосфористое железо (0.2% углерода, 0.6-1.1% фосфора) - P, и изготовленные из них композиты – фосфористое железо с железом в 8 слоев, перекрученное - PIt8; фосфористое железо с железом в 16 слоев, перекрученное - PIt16; фосфористое железо с железом в 8 слоев, не перекрученное - PId8; фосфористое железо с закаленной сталью в 8 слоев, перекрученное - PSh8; фосфористое железо с незакаленной сталью в 8 слоев, перекрученное - PSh8; и современная сталь S235 (близкий аналог Ст3, 0.15% углерода). Для всех вариантов исследовалось 3-5 образцов.
Тесты:
Шарпи (ударная прочность) – a, изгиб (трехточечный тест) – b, разрыв – c (аbsorbed specific fracture energy). Результаты, из-за нестандартного размера образцов, нельзя напрямую сравнивать со справочными.
Теперь давайте разберемся, что мы здесь видим.
Ударная прочность a: любой вариант дамаска превосходит фосфористое железо, дамаск с использованием стали является лучшим, превосходя сталь незакаленную почти вдвое, но уступая закаленной также почти вдвое. Принципиальной, в разы, разницы между дамаском закаленным и незакаленным нет. И все варианты сильно отстают от просто железа, которое в свою очередь далеко уступает современной мягкой стали. Заодно железо показывает максимальный разброс результатов – порядка 30%. Это совсем не так плохо, как кажется – современная сталь Ст1, ближайший аналог железа в этом тесте, уступала бы Ст3 примерно вдвое, а Ст6 - почти втрое при комнатной температуре, при которой проводились тесты. И, поскольку меч из сыродутного железа рубить будет, но держать заточку – нет, то наилучший выбор, исходя только из этого теста – закаленная сталь или дамаск.
Теперь посмотрим упругость/жесткость b, при какой нагрузке металл начинает деформироваться. Предел упругости определялся для деформации 0.1%. Лучше всего себя опять показывает закаленная сталь, дамаск с закаленной сталью отстает незначительно, далее тесно следуют фосфористое железо, дамаск с незакаленной сталью и сама незакаленная сталь. Кажется, что себя достойно показывает фосфористое железо, но только кажется… При этом дамаск превосходит сыродутное железо, но не в разы – и поднять как раз этот параметр, даже для железа, кузнецы умели давным-давно. Рецепт называется холодная ковка, и он позволяет поднять твердость и жесткость металла на требуемые 20-25%. Холодную ковку часто ассоциируют только с бронзой, но, как показывают исследование кельтских мечей, до перехода к закалке она широко применялась и для сплавов железа.
А теперь – прочность на разрыв c, или сколько энергии нужно затратить, чтобы полностью разрушить 1 кубический сантиметр металла. И вот теперь видно, в чем проблема с фосфористым железом – самая маленькая величина. Само по себе фосфористое железо слишком хрупкое, так же, как хрупкие виды чугуна. Дамаскирование с железом улучшает положение, причем, неожиданно, ламинарный, не крученый дамаск оказывается прочнее. Далее идут дамаски со сталью, но от них почти не отстает железо. И сталь – вне конкуренции, причем даже незакаленная.
Итак, выбор кажется очевидным – закаленная сталь. И в общем, история и археология это подтверждают. Как только кузнецы Европы научились стабильно получать нормальные результаты при закалке – узорный дамаск в мечах сошел на нет, задержавшись как декоративный элемент в ножах до 15-16 веков. Недаром основная масса мечей “периода викингов”, т.е. в 9-11 веках, изготовлена уже по другой технологии.
Но что делать, если кузнец не умеет или не рискует закаливать мечи? (Потери при закалке достигали 50% даже у опытных мастеров. Брак мог включать разрывы в сварных швах, трещины, деформацию клинка…)
Тогда начинается конкуренция между дамаском из незакаленной стали, незакаленной сталью и железом. И тогда, если главное, чтобы меч не сломался (разбился, на самом деле) при ударе – есть смысл выбрать простой железный меч. Но по совокупности качеств – может выиграть и дамаск. Он превосходит железо как по жесткости, так и по прочности на разрыв – т.е. его и сложнее согнуть, и труднее сломать – но легче разбить ударом. При этом незакаленная сталь будет лучше подходить для клинков колющих, чем рубящих.
Отдельно проходит дамаск без использования стали, железо фосфористое с железом обычным. Вариант встречается, например, в англо-саксонских клинках раннего средневековья. Такой дамаск уступает как незакаленной стали, так и не превосходит сколько-нибудь важным образом обычное железо. Однако, любой дамаск имеет одну важную особенность – ограничение распространения трещин. Как зафиксировал Бирч в своих опытах над дамаском без стали, в случае просто железа трещины распространялись по всему образцу, вне зоны разрушения в тестах. В случае дамаска – нет. Второй не декоративной причиной использования такого дамаска может служить нехватка железа с низким содержанием фосфора.
И выводы:
Стоит вспомнить, что дамаск встречался в клинках любого технологического уровня, и, вероятно, почти любой стоимости. В Нидаме были найдены как шедевры кузнечного мастерства, выполненные из фосфористого железа, стали с малым количеством шлаков и правильно закаленными лезвиями из среднеуглеродистой стали, так и дамаск железо с железом, с большим количеством шлаков и неумело выполненной сваркой.
Оттого вопрос, имел ли дамаск чисто декоративную роль, был выбран "все так делают", или был выбран со знанием дела для улучшения механических свойств оружия, приходится решать от клинка к клинку. Что он точно улучшал на протяжении почти тысячи лет, так это магические и представительские свойства клинков :) С переходом к закаленной стали эта функция перешла к надписям и инкрустациям на клинках.
Основные источники: Бухвальд, “Железо и сталь…”, 2005; Тиел и др. “Роль узорного дамаска…” 2014; Бирч “Делал ли дамаск…”, 2013. Подробности и полный список источников – в карточке статьи на сайте канала Kopist.site.
Первую статью про испытание средневекового металла можно прочитать здесь.
Про современные реплики мечей из узорного дамаска можно прочитать здесь - Меч всадника 8го века из Мангейма. Воссоздание, и здесь - Меч 6го века из узорчатого дамаска. Аутентичное воссоздание.
Подписка и комментарий помогут развитию канала! Спасибо!