O ile metoda wytopu tyglowego sama w sobie ma kilka wad i materiał, który powstawał w tym procesie nie zawsze nadawał się do produkcji dobrej jakości narzędzi, o tyle niektóre wytopy, pochodzące szczególnie z południowych Indii(Hyderabad, Bangalore) i Sri Lanki, oferowały znacznie lepsze właściwości niż pozostałe, a niektóre z ostrzy z nich wytworzonych miały charakterystyczne wzory, określane jako ‘płynąca woda’, ‘róże’ albo ‘drabina Mahometa’. To materiał, który większość z nas zna pod nazwą ‘stali damasceńskiej’. Nazwa nawiązuje do Damaszku w Syrii, który w średniowieczu był jednym z centrów produkcji broni. Materiał do jej wytwarzania miał być sprowadzany z wytopów w Indiach i obrabiany dalej przez syryjskich kowali…

Wyraźne, kontrastowe wzory zdarzały się bardzo rzadko, większość ostrzy robionych metodą tyglową traciła swoje wzory w trakcie obróbki, lub nie miała ich w ogóle. W związku z tym damasceńską wzorzystą stal krystaliczną można traktować jako specyficzną rzadką odmianę występującą w ‘rodzinie’ wytopów tyglowych. W popularnym poglądzie te wzorzyste stale miały charakteryzować się niesłychanymi cechami, łącząc wysokie twardości i niezwykłą sprężystość. Grzebię w tym temacie dłuższą chwilę i niestety poza powtarzanymi opisami historycznych "podań" nie znalazłem żadnego twardego badania, które odtwarzałoby efekty z opisów ( opasanie się szablą i powrót do kształtu, przecinanie innych broni, przecinanie luf broni palnej, przecinanie swobodnie spadających włosów, przecinanie ludzi jednym cięciem…).

Z nie do końca jasnych przyczyn broń o charakterystycznych wzorach (i bardzo dobrej sławie) zniknęła z rynku w połowie 18w. Wzorzysty materiał budził wiele emocji i zachęcał do prowadzenia badań oraz prób odtwarzania dawnej metody wytopu. Szczęśliwie do naszych czasów zachowało się całkiem sporo egzemplarzy szabli i noży wykonanych z tej stali. Mogły one stać się bazą do badań metalograficznych oraz prób wyjaśnienia zjawisk odpowiedzialnych za powstanie charakterystycznych wzorów i weryfikujące niesłychane właściwości stali damasceńskiej.

Dla amatorów tematu polecam zajrzenie do pracy Panów Pendray i Verhoeven, którzy przeprowadzili ok 30 prób dążących do powtórzenia efektów widocznych w broni historycznej. W kilku przypadkach efekty osiągnięte w badaniach były bardzo podobne do pożądanych, ale w różnych badaniach zostały osiągnięte różnymi metodami i nadal nie do końca wiadomo, która z nich jest ew. właściwą.

Prawdopodobną podstawą wystąpienia wzorów na stali( i szczególnie dobrych właściwości jak na stale tyglowe) jest odpowiedni skład chemiczny odlanego kęsa. Po pierwsze potrzebne było dużo węgla (1,5 - 1.8%C), który gwarantował zaistnienie cementytu i perlitu, natomiast nie gwarantował ich ustawienia w pasiaste układy, widoczne na historycznej broni. Testy przeprowadzone w trakcie badań pokazały, że duży wpływ na ułożenie skupisk cementytu w duże pasma miały śladowe ilości odpowiednich węglikotwórczych dodatków stopowych - szczególnie Molibdenu i Wanadu. Testy składów chemicznych potwierdziły, że w najlepszej jakości ostrzach pojawiały się wyraźnie większe ilości tych pierwiastków. Pozytywny wpływ na wystąpienie pasów występował też w wytopach o dużej zawartości Manganu.

Idąc tropem myśli Panów P i H - wzory na pow. gotowych ostrzy były ‘rozciągniętymi’ poprzez kucie niejednorodnymi frakcjami materiału powstałymi przez segregację pierwiastków stopowych i układów krystalicznych w wytopionym ‘kęsie’ występującą podczas stygnięcia tygla (nie wiem czy to zdanie jest poprawne naukowo, ale mam nadzieję, że będzie w miarę obrazowe :) ). Obróbka plastyczna odbywała się najprawdopodobniej w niskich temp. kucia ( kucie wysokotemperaturowe doprowadziłoby do rozpuszczenia cementytu i utracenia różnic we wzorze. Druga sprawa to zanieczyszczenie siarką, które uniemożliwia kucie w wysokich temp.). Zachowały się przekazy europejskich kowali, którzy próbowali pracować z wytopami tyglowymi sprowadzonymi do Europy w 19w. z których wynika, że nie umieli zrobić z nich nic sensownego. Najpewniej przegrzewając materiał, który tracił wzory i rozpadał się przy kuciu. Rozciągnięcie paskowych układów powstałych podczas wytopu powodowało wystąpienie charakterystycznych wzorów ‘płynącej wody’ na ostrzach. Bardziej złożone wzory, jak ‘róże’ i ‘drabiny’ powstawały najprawdopodobniej przez zniekształcenia układu warstw poprzez punktowe/liniowe kucie na gorąco, albo nacinanie(podobne metody stosuje się obecnie w stalach zgrzewanych).

Często podkreślana w źródłach jest waga precyzyjnego przeprowadzenia procesu obróbki kowalskiej i termicznej damasceńskich "bułek". Badania pokazały, że nieumiejętna obróbka termiczna takich stali może doprowadzić do zaniku wzoru (po przekroczeniu temp. austenityzacji), natomiast w niektórych wypadkach wielokrotne nagrzewanie i powolne chłodzenie ( 6-8 cykli) w temp 50-100 poniżej temp. austenityzacji, doprowadza do odtworzenia pasm węglików i powrotu wzoru…

Niedawno w badaniach jednego z historycznych ostrzy z 17w odkryto obecność nanorurek węglowych, które miały stanowić otoczkę dla kryształów cementytu w nanoskali, co ma tłumaczyć ew. szczególne właściwości (Marianne Reibold, Drezno 2006). Badanie natomiast idzie podobnym tropem co praca P i H jeśli chodzi o powstanie paskowego wzoru - w trakcie wytopu śladowe dodatki stopowe mają wytrącać się w formie warstw, które podczas stygnięcia stają się ‘szkieletami’ do wzrostu pasm cementytu.

Pomysłów opisujących jakie zjawisko odpowiada za powstanie wzorów jest sporo. Jeden z nich mówi, że to tak naprawdę warstwy powstające w wytopie, do którego użyto kawałków żelaza(mało węgla) i żeliwa(dużo węgla), w którym nie dochodzi do pełnej dyfuzji węgla między warstwami i w związku z tym wytopiony kęs zachowuje pewną niejednorodność, która skutkuje wzorem widocznym po przekuciu… Niemniej w tym podejściu, które mogłoby mieć podobny efekt wizualny jest znacznie mniej finezji niż w tezach z badań P. i V. Jest też koncepcja sugerująca, że po rozciągnięciu układów z wytopu i dojściu do docelowego kształtu ostrza, należało nagrzać je do temp bliskich topnienia(nie podano szczegółów) i w pewnym sensie odtworzyć rozrost dużych struktur krystalicznych, które mogą dać efekt wizualny i pozwolić na pojawienie się skupisk węglików.

Niemniej najbardziej prawdopodobny i poparty naukowo wydaje się pogląd o kluczowych śladowych domieszkach pierwiastków stopowych, które były "katalizatorami" warstwowej krystalizacji (głównie Wanad). Pozostaje ew. Pytanie, skąd wziąć te domieszki?

Są koncepcje mówiące o tym, że ważne dla uzyskania wzorów i dobrych właściwości wytopu były dodatki odpowiednich liści, łupin itp. które miały wprowadzać te ‘śladowe ilości’ potrzebnych pierwiastków. Natomiast fakt, że za najcenniejszy materiał uznawane były wytopy pochodzące z konkretnych obszarów Indii, może sugerować, że tamtejsza ruda, będąca bazą do wytopu, miała już na wstępie odpowiednie pozytywne dla powstania specyficznej struktury krystalicznej ‘zanieczyszczenia’.

Pewnym urokiem całej sprawy jest to, że nadal nie do końca wiemy jak to zostało zrobione. Po przebrnięciu przez kilka prac badawczych, myślę, że pomijając sam ich cel i ew. efekty, można zatrzymać się na chwilę żeby dostrzec jak pięknym, ciekawym i niesamowicie złożonym materiałem jest stal. Wrzucenie liścia do garnka z metalem, albo ogrzanie o kilka stopni potrafi wpłynąć na procesy w niej zachodzące w sposób, który budzi wyobraźnię i nie daje się do końca wyjaśnić od 200 lat…

Pewnym rozczarowaniem może być to, że te legendarne, przewspaniałe bronie nie były jednak aż takie wspaniałe jak powszechnie sądzimy. Teksty o przecinaniu ludzi jednym cięciem jeszcze może by przeszły, ale w kontekście braku obróbki termicznej i zanieczyszczenia fosforem, te mówiące o ‘opasaniu się szablą i jej późniejszym powrotem do pierwotnego kształtu”, są mało prawdopodobne.

O ile najlepszej jakości broń zrobiona ze wzorzystego materiału mogła pozytywnie odstawać od współczesnej sobie średniej, o tyle legendarna stal w zderzeniu z nowoczesnymi gatunkami stali narzędziowych wypada raczej słabo. Także mając narzędzie z porządnej współczesnej stali można pomyśleć sobie, że ma się coś lepszej jakości niż ‘stal damasceńska’ - może to komuś poprawi samopoczucie. Pewnym problemem w uporządkowaniu tematu "stali damasceńskiej" jest to, że rozmowa o ew. procesach prowadzących do wytworzenia pasiastej struktury i odpowiednich właściwości stali, jest na poziomie wymykającym się ‘rozmowom przy piwie’, kiedy to najczęściej podejmuje się te próby. Samo zrozumienie jakie zjawisko jest za nie odpowiedzialne wymaga przynajmniej podstaw wiedzy z zakresu metalurgii i obróbki stali. Wokół ‘stali damasceńskiej’ narosło tyle legend i ‘prawd’, że ciężko się na ten temat odezwać publicznie. Być może wiara w zaginioną super technologię, której nie da się odtworzyć, budzi w nas jakąś pokorę, której nam współcześnie potrzeba.

Ostatnie przedmioty wykonane ze wzorzystej stali krystalicznej pochodzą z początków 18w. Nie jest do końca jasne co było przyczyną zaginięcia tego procesu. Jest na ten temat kilka koncepcji - zaburzenie szlaków handlowych, wyczerpanie się źródła rudy o odpowiednich zanieczyszczeniach, presja przemysłu rozwijanego w Indiach przez Brytyjczyków, utrata wiedzy o szczegółach obróbki termicznej, prowadzącej do powstania charakterystycznych wzorów… cholera wie. W związku z odkryciem ważności śladowych domieszek pierwiastków węglikotwórczych dla tworzenia pasiastych struktur, teoria o ‘wyczerpaniu się źródła rudy’, wydaje się jedną z atrakcyjniejszych.

Współcześnie stale z wytopów tyglowych określane są jako ‘bułat’ albo ‘wootz’ i da się kupić je jako produkty dla hobbystów i twórców broni historycznej. Pomysł na proces opracowany przez Panów P i H został zastrzeżony patentem w 1992 ale patent wygasł w 2012 :D Przy czym, nadal nie wiadomo, czy to co zastrzegli to było ‘to’... Niemniej ze szczegółami jest on opisany w ich zgłoszeniu patentowym, także miłośnicy działań w przydomowych garażach mogą ruszać… :>

Od 19w wzorzyste stale zgrzewane zaczęły być nazywane stalą ‘damascus’ - w nawiązaniu do jej wyglądu. Doprowadziło to do pomieszania definicji i rozumienia pod tą samą nazwą różnych wyrobów, z których ten ‘oryginalny’ od dawna nie był już dostępny na rynku. Nie do końca jasne jest, czy intencją tego mieszania definicji była chęć zwiększenia sprzedaży czy pomyłka. Niemniej do dzisiaj popularnie wszystko co ma ‘wzorki’ jest nazywane stalą damasceńską i kojarzone z legendarnymi historycznymi ostrzami. Jedna rzecz jakiej możecie być absolutnie pewni to to, że nie kupicie nic ze ‘stali damasceńskiej’ na przecenie w Lidlu. :) Domniemane niesłychane właściwości damastu i chwytliwa wschodnia nazwa były przez lata(i są nadal) wykorzystywane przez handlowców do przepychania wszystkiego co ma wzory na powierzchni, jako ‘legendarnej stali damasceńskiej’, co budzi pewien niesmak i woła o wyjaśnienia.

A o tym co ma wzory a stalą damasceńską nie jest, będzie można poczytać w kolejnym odcinku. :D