Obsah
Wootz ocel, také známá jako tradiční Damašská ocel, je starověká slitina používaná při výrobě zbraní, která se datuje do 5. století před naším letopočtem. Materiál má unikátní vzor díky aplikaci složitého chemického a tepelného procesu, který byl použit při jeho výrobě. Tato wootzová ocel je známá svou tvrdostí a pevností, díky čemuž je neuvěřitelně obtížné kování a tvarování; když se to však udělá správně, může produkovat meče nesrovnatelné ostrosti a síly. V celé Evropě se stal populární během středověku, kde byly jeho výrazné vzory vidět na meči, který nosili králové nebo šlechtici.
Přesné složení wootz oceli bylo diskutováno po staletí a někteří naznačovali, že meteoritické železo bylo použito v kombinaci s materiály z místních zdrojů, jako je dřevěné uhlí a jíl, k vytvoření této záhadné slitiny. Nedávné studie ukázaly, že ve většině kusů wootz oceli se nachází až 15 různých prvků, od uhlíku přes měď až po nikl; tyto však zůstávají sekundárními složkami ve srovnání s hlavními složkami: železo (75-90 %) vrstvený karbid (5-20 %) spolu se stopovými prvky, jako je mangan nebo kobalt v množství 1 %. Bez přesných znalostí o starověké receptuře je však nemožné skutečně replikovat tuto legendární slitinu dnes, ale moderní slitiny převzaly velký vliv z těchto původních receptur a po tisících letech znovu povstaly!
Starověká ocel Wootz byla neuvěřitelně pevná, vysoce odolná proti rozbití, měla tmavě lesklé zbarvení a mohla snadno proříznout téměř jakýkoli jiný kov.
Tyto vlastnosti byly způsobeny unikátním výrobním procesem, který využíval hluboké jámy, kde byla železná ruda umístěna s antracitovým uhlím nebo dřevěným uhlím spolu s dalšími vybranými přísadami. Směs se zahřívala po mnoho dní při extrémně vysokých teplotách, až se z ní stala kapalná hmota, která po ochlazení ztuhla v tvrdý blok – to, čemu dnes říkáme Wootzova ocel!
Díky této kvalitě síly a ostrosti se tyto čepele ukázaly jako neocenitelné ve válčení jako meče nebo oštěpy, které dokázaly prorazit i nejtvrdší brnění, a přitom zůstaly dostatečně pružné, aby se při nárazu neroztříštily – na rozdíl od jiných zbraní s ostřím, jako jsou bronzové nebo železné čepele. To poskytlo indickým válečníkům výhodu nad svými protivníky na bitevních polích po celé Evropě a Asii v minulých staletích.
Moderní výzkumníci od té doby pokračovali ve studiu starověkých výrobních technik Wootz využívajících vědecké metody, jako je 3D skenovací elektronová mikroskopie, aby lépe pochopili, proč byly tyto zbraně tak úspěšné v bitvě ve srovnání se zbraněmi vyrobenými z tradičnějších materiálů, jako je bronz – což nám dává další vhled do tato fascinující historická doba!
A. Složení: Výrazná identita oceli Wootz je významně připisována jejímu vysokému obsahu uhlíku, který často přesahuje 1.5 %, spolu s přítomností stopových prvků, jako je vanad a molybden. Tyto prvky společně přispívají k výjimečným vlastnostem oceli Wootz a odlišují ji od jiných forem oceli převládajících během její éry.
B. Mikrostruktura: Jedním z definujících rysů oceli Wootz je její charakteristický vzorovaný povrch, často označovaný jako vzor „Damašek“. Tento zajímavý vzor vychází z jedinečné mikrostruktury oceli, která obsahuje karbidové útvary rozptýlené v matrici temperovaného martenzitu nebo perlitu. Karbidy přispívají k výrazné vizuální přitažlivosti a také k mechanickému výkonu oceli.
C. Trvanlivost a ostrost: Ocel Wootz je oslavována pro svou pozoruhodnou odolnost, pevnost v tahu a ostrost hran. Vynikající pevnost v tahu propůjčená vysokým obsahem uhlíku ve spojení s jeho jedinečnou mikrostrukturou propůjčuje výjimečnou úroveň odolnosti a ostrosti, díky čemuž je velmi vyhledávaný pro výrobu zbraní a brnění. Díky pečlivému vyvážení houževnatosti a ostrosti je ocel Wootz lepší než ostatní oceli své doby a razí si cestu do análu metalurgické dokonalosti.
Tento proces by zahrnoval přidání určitých materiálů, jako je oxid hořečnatý a dřevěné uhlí, do roztavené železné rudy, což pomohlo vytvořit ocel s vysokým obsahem uhlíku, která měla pozoruhodnou pevnost a ostrost.
Stejné součásti při jednom způsobu zpracování poskytnou na výstupu slitinu oceli a při jiném způsobu zpracování poskytnou na výstupu litou vlnu. Trochu zjednodušeně můžeme říci, že Wootz je především výrobní technologie, nikoli chemické složení. Dojdeme tedy k závěru, že spojením železa a uhlíku a průchodem tohoto složení určitou technologií získáme litou ocel. Důležitým bodem technologie výroby oceli Wootz je okamžik krystalizace. Je to on, kdo vytváří tuhou dendritickou mřížku ve struktuře slitiny, která vytváří stejný chaotický wootz vzor na čepeli.
Vyrábí mnoho řemeslníků zakázkové nože z odlévaného Damašku, ale každý má vlastní technologii výroby slitiny. Někdo dostane ocel a někdo má wootz ocel.
Video kredit: FZ- Výroba nožů
Wootz ocel je druh kelímkové oceli. Vyznačuje se vysokým obsahem uhlíku (asi 1.5 % až 1.9 %) a vzorem pásů tvořených pláty mikroskopických karbidů uvnitř temperované martenzitické nebo perlitové matrice.
PMI test Wootz:
Uznání oceli jako slitiny složené ze železa a uhlíku bylo významně podpořeno chemickou analýzou wootz oceli v roce 1774, kterou provedl švédský chemik Tobern Bergman. Toto zásadní odhalení se shodovalo s chemickou revolucí, v jejímž čele stál Lavoisier, s označením uhlíku jako prvku vstřikujícího impuls do rozvíjejícího se pole chemie. Začátek chemie do určité míry vděčí za svůj původ tomu, že první kovodělníci ovládali železo.
Empirický vývoj wootz oceli v jižní Indii a její následné zušlechtění do impozantních a esteticky podmanivých damašských mečů prostřednictvím termomechanického zpracování v Indii a na Středním východě tvoří přesvědčivé vyprávění v metalurgických kronikách. Pozoruhodný aspekt tohoto vývoje spočíval v minimálním pochopení vědeckých principů, které jsou základem těchto procesů. Když byla wootzová ocel uvedena na západní polokouli, podnítilo to nadšení mezi vědci v Anglii, Francii, Rusku a Švédsku, kteří se ponořili do odhalení jejího složení, mikrostruktury a jejich korelace s jejími mechanickými vlastnostmi. Toto horlivé zkoumání východního technologického zázraku západními vědci, včetně osobností jako Michael Faraday, Breant, Anasoff a Belaiew, v průběhu jednoho století významně přispělo k položení základu pro současnou materiálovou vědu.
Postupné zkoumání oceli Wootz si vyžádalo vymezení fázového diagramu systému železo-uhlík. Průkopnickou komplexní konstrukci tohoto diagramu provedl Roberts-Austen v roce 1898, což znamenalo počátek konstrukce fázového diagramu pro slitiny. Tento diagram objasnil rozdíl mezi produkty jako kujné železo, obyčejné uhlíkové oceli, ultravysokouhlíkové oceli a litiny na základě jejich variací ve složení. Usnadnila také identifikaci různých fází, jako je austenit, ferit a cementit, spolu s fázovými reakcemi, jako je peritektická, eutektická a eutektoidní. Souhra těchto fází dala vzniknout mikrostrukturám obsahujícím perlit a ledeburit. Široké přijetí optického mikroskopu v metalurgických studiích bylo významně podpořeno komplexními zkouškami wootz oceli, čímž se pole obohatilo o vylepšené analytické schopnosti.
Železo-uhlíkový (Fe-C) diagram, propagovaný Robertsem Austenem v roce 1898, se vyznačuje tím, že je inauguračním fázovým diagramem zavedeným pro jakoukoli slitinu. Po tomto významném příspěvku byla fáze austenitu pojmenována na počest Robertse Austena.
A. Suroviny: Vytvoření Wootz Steel začalo pečlivým výběrem specifických rud a materiálů. Používaly se převážně kvalitní železné rudy bohaté na uhlík, často doplněné o další uhlík a určité stopové prvky pro dosažení požadovaných vlastností. Výběr surovin byl stěžejní pro zajištění špičkové kvality oceli Wootz, což připravilo půdu pro výrobu této legendární slitiny.
B. Technika kelímku: Ústředním bodem výroby oceli Wootz byla metoda kelímku. Tento klíčový proces zahrnoval umístění vybraných surovin do kelímků, které byly poté uzavřeny a zahřívány v peci při vysokých teplotách po dobu několika hodin. Řízený ohřev umožnil roztavení a homogenizaci obsahu, čímž vznikly ingoty z vysoce uhlíkové oceli. Následné pomalé ochlazování usnadnilo tvorbu charakteristické mikrostruktury, včetně výrazných karbidových útvarů, které přispěly k výjimečným vlastnostem oceli.
C. Dovednost: Výroba oceli Wootz nebyla pouhým mechanickým procesem, ale svědectvím hlubokých dovedností a odborných znalostí dávných metalurgů. Jemné porozumění materiálu, zvládnutí techniky kelímku a schopnost řídit parametry procesu byly zásadní pro výrobu oceli Wootz vynikající kvality.
Během extrémně pomalého ochlazování roztavené oceli vzniká dendritická struktura austenitu. Čím pomalejší je chlazení, tím větší jsou dendrity nebo austenitické krystaly. Mezi těmito dendrity, v takzvané interdendritické fázi, zůstávají volné karbidy poněkud déle v kapalném stavu kvůli jejich nižšímu bodu tuhnutí. Jak chlazení pokračuje, tyto karbidy také tuhnou.
Během tuhnutí mají karbidy vanadu díky své struktuře tendenci plavat v čele postupující vlny tuhnutí, aniž by se vmísily do vznikající struktury. Poslední ztuhlou složkou oceli jsou pásy karbidů vanadu, umístěné ve středu interdendritické fáze. Tyto inkluze karbidu vanadu vytvářejí jakýsi negativní obraz primárních, sekundárních a terciárních dendritů různých koncentrací.
Damašková struktura vzniká kováním jediného výchozího materiálu. Tato forma Damašku se nazývá strukturální a její vzor se stává prominentním po přesném zahřátí supraeutektické hrubokrystalické oceli, po kterém následuje speciální kování. Výsledný Wootz je však před kováním potřeba difúzně vyžíhat, protože svými vlastnostmi má blíže k litině než k oceli. Zahříváním na teplotu 1100 – 1130°C po dobu 1 – 6 hodin dochází k oduhličení povrchové vrstvy a přeměně vnitřní odlévané struktury, což pozitivně ovlivňuje výslednou kujnost.
Pro kování se ocel zahřeje na teplotu 850-920 °C a po ochlazení se znovu zahřeje na 730 °C. Tento proces kování způsobuje značné lámání tvářené oceli, která z mikrostrukturního hlediska existuje jako perliticko-cementit. Místo cementitových jehlic se na povrchu objevuje kulovitý prvek, rozhodující pro vytvoření typického vzhledu. Výsledné mramorování však není účelné, ale má sloužit jako důkaz kvality oceli. Výsledná čepel s obsahem uhlíku kolem 1.5 % má nízký obsah karbidotvorných prvků, přičemž nejhojněji je zastoupen vanad. Přesněji řečeno, shluky jeho karbidů fungují jako mikropilky a poskytují oceli vynikající řezné schopnosti. Tudíž není potřeba kalení, protože to pouze zlepší již tak vynikající vlastnosti čepele.
Naučte se vyrábět ocel Wootz, legendární kov s jedinečným vzorem a vynikající pevností. Toto video vám ukazuje moderní proces tavení železa a uhlíku ze surovin, kování a tvarování oceli do čepelí a leptání charakteristických Damaškový vzor. Objevte historii a tajemství této fascinující kovoobráběcí techniky, která byla po staletí ztracena.
Podívejte se na naše Wootz nůž, Umělecký nůž s čepelí Wootz, zakázkový nůž Wootz, nůž z pravé damaškové oceli, Ocelový nůž Pirates Wootz, Black Panther Wootz nůž, a Shamshirský meč s čepelí z oceli Wootz v našem katalogu.
Video Credit: Spousta historie.
Trvalé dědictví wootz oceli jako pozoruhodného a inovativního materiálu sahá od starověké historie až po současnost, přičemž nedávné průzkumy jejích vlastností jsou téměř stejně podmanivé jako její historické vyprávění. Moderní výzkumy odhalující vlastnosti jako superplasticita v ultravysoko uhlíkovém složení wootz oceli podtrhují její označení jako sofistikovaný materiál starověku. To naznačuje, že ocel Wootz má nejen bohatý historický význam, ale také potenciální význam pro budoucí metalurgický pokrok.
Autor: Aleks Nemtcev | Připojte se mnou na LinkedIn
Reference:
Wootz ocel en.wikipedia.org
Wootz (ocel) Indian, Damašek & Crucible british.com
Cesta dlouhá více než 200 let: rané studie ingotů Wootz a nové poznatky týkající se jejich výjimečné houževnatosti, pružnosti a odolnosti. ScienceDirect.com
WOOTZ STEEL: POKROČILÝ MATERIÁL STAROVĚKÉHO SVĚTA. dtrinkle.matse.illinois.edu
"Studie EBSD indických artefaktů z oceli Wootz k odvození termomechanického zpracování." Studie starověkých artefaktů Wootz, klasifikovaných jako vysoce uhlíkové (hypereutektoidní) kelímkové oceli vyznačující se vysokou pevností, tvrdostí, odolností proti opotřebení a atraktivním povrchovým vzorem
Záhada damaškových čepelí OD JOHNA D. VERHOEVENA scienceamerican.com
Kelímková ocel ve středověkých evropských a indických mečích / Alan Williams
Poděkování za pomoc při psaní článku: Michal Černý.
Dobrý den, právě jsem našel váš web, skvělá wootz práce! Myslel jsem, že bych se o to s vámi mohl podělit. Je to online wootz kalkulačka, kterou jsem naprogramoval.
Snažím se sdílet se všemi, aby lidé mohli získat povědomí o wootz a měli volný přístup k nástrojům a informacím.