فولاد ووتز چیست؟ خواص و کاربردهای مدرن (2)

ووتز در مقابل نوین "دمشق» فولاد - درك كردن la تفاوت

از ده طرفدار چاقو بخواهید که تعریف کنند دمشق و دو داستان بسیار متفاوت خواهید شنید. یکی به بوته‌های باستانی در هند اشاره دارد؛ دیگری به یک آهنگری مدرن که در آن میله‌های فولادی چیده شده زیر چکش برقی می‌درخشند. هر دو الگوهای هیپنوتیزم‌کننده به نظر می‌رسند، اما از نظر شیمیایی و تاریخی، دنیاهایی کاملاً متفاوت هستند.

چرا سردرگمی؟ اروپایی‌های قرون وسطی برای اولین بار این آلیاژ را در بازارهای سوریه دیدند و تیغه‌ها را «فولاد دمشقی» نامیدند. وقتی تجارت بوته‌های ذوب فلز در دهه ۱۸۰۰ از بین رفت، این کلمه ... دمشق شمشیرسازان قرن بیستم آن را به عنوان «جوشکاری الگو» لایه لایه تفسیر کردند، زیرا شکل آبکی آن مشابه به نظر می‌رسید - حتی اگر متالورژی آن کاملاً متفاوت بود. [tms.org] [چاقو استیل نردز]که بهتر است؟ اگر به دنبال اصالت تاریخی هستید، هیچ چیز نمی‌تواند جای آن را بگیرد فولاد دمشقی واقعی—ووتز با آن نوارهای سیمانی شبح‌وار که در جای خود قفل شده‌اند، ساخته شده است. اما اگر یک چاقوی آشپزخانه‌ی سخت‌کوش می‌خواهید، یک چاقوی مدرن با الگوی جوش داده شده می‌تواند از ووتز باستانی بهتر عمل کند، صرفاً به این دلیل که سازنده می‌تواند فولادهای فوق‌العاده را دور یک هسته‌ی محکم بپیچد. به طور خلاصه:

• ووتز = تاریخ و متالورژی در یک بخش.
• جوش الگو = هنر مدرن و طراحی بی‌حد و مرز.

دانستن این تفاوت شما را از پرداخت هزینه‌های گزاف برای یک لمینت زیبا باز می‌دارد و به شما این امکان را می‌دهد که از هر تیغه به خاطر آنچه واقعاً هست قدردانی کنید.

تولید روش مقایسه (بوته-انداختن در مقابل الگو-جوش)

خط پایین

• ووتز ریخته‌گری شده با بوته در یک ذوب واحد متولد می‌شود: الگوی آن به معنای واقعی کلمه در طول انجماد منجمد می‌شود.
• جوش الگو دمشقی هنر چندلایه است: شکل آن توسط آهنگر لایه به لایه تراشیده می‌شود.

دانستن اینکه کدام روش برای تولید تیغه استفاده شده است، نه تنها به شما می‌گوید که تیغه چگونه به نظر می‌رسد، بلکه به شما می‌گوید که وقتی آن را به کار بگیرید، چگونه رفتار خواهد کرد.

چگونه la الگوهای فرم in هر فولاد

۱. ووتزِ کوره‌پز («دمشق واقعی»)
وقتی بار مذاب درون بوته‌ی مهر و موم شده‌اش سرد می‌شود، کربن نمی‌تواند فرار کند؛ در عوض، به صفحات منظم کاربید آهن (سمنتیت) تبدیل می‌شود. انجماد آهسته - گاهی اوقات یک روز کامل از مایع تا محیط - به آن صفحات سمنتیت اجازه می‌دهد تا هر دندریت اولیه را قاب بگیرند. آن را مانند باران یخی روی شاخه‌های درخت تصور کنید: هرچه سردتر شود، لعاب ضخیم‌تر می‌شود. بعداً، آهنگر شمش را درست زیر دمای بحرانی (≈ ۸۰۰ درجه سانتیگراد) دوباره گرم می‌کند و به آرامی آهنگری می‌کند و صفحات را به صورت روبان‌هایی که در طول تیغه امتداد دارند، می‌کشد. یک جلا و قلم‌زنی اسیدی نهایی، فریت را تیره می‌کند در حالی که سمنتیت را به رنگ نقره‌ای روشن باقی می‌گذارد، بنابراین روبان‌های تراز شده مانند امواج "آب" یا "نردبان" غلتان به نظر می‌رسند. این الگو به معنای واقعی کلمه در حین خنک شدن پخته می‌شود. هیچ مقدار سنباده کاری نمی‌تواند آن را بدون ساییدن خود فولاد از بین ببرد.

۲. الگوی جوش ("دمشق مدرن")
در اینجا، شکل، تراشیده شده است، نه ریخته‌گری. آهنگر میله‌های متناوب - معمولاً یک فولاد پرکربن مانند 1080 و یک آلیاژ غنی از نیکل مانند 15N20 - را روی هم قرار می‌دهد، سپس با آهنگری و جوشکاری، این توده را به یک شمش تبدیل می‌کند. هر تای بعدی تعداد لایه‌ها را دو برابر می‌کند (10 تا = 1 لایه). مارپیچ یا قطرات باران می‌خواهید؟ شمش را بچرخانید، قبل از صاف کردن، شکاف‌های کم‌عمق یا شیارهای نردبانی ایجاد کنید. در طول قلم‌زنی، لایه‌های حاوی نیکل روشن می‌مانند در حالی که لایه‌های پرکربن به رنگ سیاه زغالی در می‌آیند و نوارهای پررنگ یا موزاییکی را آشکار می‌کنند. از آنجا که تضاد در فصل مشترک بین آلیاژها وجود دارد، سنگ‌زنی بیش از حد عمیق می‌تواند یک الگو را پاک کند، اگرچه قلم‌زنی دیگر معمولاً آن را برمی‌گرداند - یکی از دلایلی که چاقوهای آشپزخانه کارخانه‌ای "024+ لایه" را تبلیغ می‌کنند تا از حفظ ظاهر پس از تیز شدن اطمینان حاصل شود.

غذای اصلی: الگوهای ووتز از ... سرچشمه می‌گیرند شیمی + خنک کنندهدر حالی که شکل‌های جوش الگو از ... می‌آیند لایه بندی + رقص آهنگریهر دو مسحورکننده هستند، اما از داستان‌های متالورژیکی کاملاً متفاوتی زاده شده‌اند. عملکرد معیارهای: لبه حفظ ، سختی، خوردگی

بردارها

• حفظ لبه. ووتز در موارد زیر برتری دارد اول به لطف نوارهای سیمانی میکرو اره‌ای خود، برش می‌دهد، اما به محض اینکه لبه‌های کاربیدی گرد می‌شوند، سایش تسریع می‌شود. لبه‌های جوش الگو، عملکرد لایه کربنی خود را به ارث می‌برند؛ 1084 را با CPM-154 عوض کنید و به راحتی از Wootz پیشی می‌گیرید.
• سختی. یک شبکه پیوسته کاربیدی، دمشق واقعی را کمی شکننده می‌کند. دمشق چندلایه، لایه‌های غنی از نیکل 15N20 (یا مشابه) را دست نخورده نگه می‌دارد و به آن خاصیت ارتجاعی بیشتر و اعداد ضربه بهتری می‌دهد.
• خوردگی هر دو فولاد نیاز به مراقبت دارند، مگر اینکه آلیاژهای ضد زنگ وارد ترکیب شوند. یک چاقوی فولادی ووتز در یک آشپزخانه مرطوب، یک شبه زنگ می‌زند؛ چاقوهای سرآشپزهای مدرن دمشقی اغلب لایه‌های ضد زنگ را در خود جای می‌دهند تا از این نقطه ضعف جلوگیری کنند.

به طور خلاصه، فولاد دمشقی ووتز در حالی که جوشکاری با الگوی مدرن به آهنگر اجازه می‌دهد تا هر تعادلی از سختی، چقرمگی و خوردگی را که کار ایجاب می‌کند، برقرار کند، رمز و راز لبه‌های تاریخی را ارائه می‌دهد. شیمیایی ترکیب بندی & ریزساختار of ووتز فولاد دستور پخت با کربن فوق‌العاده بالا. درست wootz هست یک فولاد بوته‌ای هایپریوتکتوئید که در یک پنجره کربنی تنگ قرار می‌گیرد - معمولاً ۱.۲ تا ۱.۸ درصد وزنی کربنبقیه تقریباً آهن خالص است (≈ ۹۸٪)، اما دو ماده‌ی بسیار کوچک این جادو را هدایت می‌کنند:

• کاربیدسازهای ردیابی (وانادیوم، مولیبدن، کروم) معمولاً در مجموع ≤ 0.04 درصد وزنیآنها سمنتیت را پین می‌کنند تا در طول فرآیند طولانی و آهسته سرد شدن، زبر نشود.
• ناخالصی‌های بسیار کم—فسفر و گوگرد زیر 0.003 درصد وزنی— از ترک خوردگی کوتاه ناشی از حرارت در فولاد جلوگیری کنید. [علمی]

به همین دلیل است که کارخانه‌های ذوب دکن از رگه‌های سنگ معدن غنی از «نوع» مناسب وانادیوم محافظت می‌کردند: کانسار را تغییر دهید، الگو را از دست بدهید.

انجماد، الگو را تعیین می‌کند. درون ظرف سفالیِ دربسته، مذاب طی ساعت‌های متمادی خنک می‌شود. کربن بسیار بالاتر از نقطه یوتکتوئید است، بنابراین کربن اضافی از مایع خارج می‌شود. به صورت صفحات مسطح سمنتیت (Fe₃C) در امتداد بازوهای دندریت آستنیت. تصور کنید که روی شیشه‌های پنجره شبنم تشکیل می‌شود - منظم اما ظریف. وقتی آهنگر بعداً شمش را درست زیر ۸۵۰ درجه سانتیگراد آهنگری می‌کند، آن صفحات به صورت موازی کشیده می‌شوند. نوارهای سمنتیت با فاصله تقریبی 30 تا 70 میکرومتر از همعلامت تجاری «آب‌پاشی» که پس از حکاکی دیده می‌شود. tms.org

ماتریس + باندها = موتور دو فاز. زیر میکروسکوپ، یک مقطع صیقل داده شده از فولاد ووتز دمشقی نشان می دهد:

کار SEM مدرن تأیید می‌کند که حتی در کسر مساحت تنها ۲ تا ۳ درصد، این روبان‌ها باعث ایجاد رفتار برشی معروف آلیاژ می‌شوند، اگرچه مسیرهای ترک‌خوردگی ایجاد می‌کنند که چقرمگی ضربه را محدود می‌کند.

پاورقی نانوساختار. مطالعات TEM با وضوح بالا نشان داده‌اند نانوسیم‌های سیمانی و بقایای نانولوله‌های کربنی در برخی از تیغه‌های عتیقه - که احتمالاً در اثر تجزیه حالت جامد در طول قرن‌ها عملیات حرارتی و استفاده مجدد تشکیل شده‌اند. اگرچه این یافته هنوز مورد بحث است، اما تأکید می‌کند که این سیستم به ظاهر "ساده" آهن-کربن چقدر می‌تواند از نظر شیمیایی غنی باشد.

چرا ترکیب‌بندی امروزه اهمیت دارد؟ آهنگران معاصر که تکثیر می‌کنند فولاد دمشقی ووتز دستورالعمل ورهوفن را تقریباً تا اعشار دنبال کنید: وانادیوم را زیر 0.03 درصد وزنی نگه دارید، فشار و سرعت را کنترل کنید و بوته را به مدت 12 ساعت در خاکستر خنک کنید. اگر هر یک از این نشانه‌ها را از دست بدهید، یا یک توپ هاکی ترک خورده یا یک میله کدر و بی‌مشخصه خواهید داشت. آنها را بزنید و شمش با امواج شبح‌وار به شما خوشامد می‌گوید - همان الگویی که فولاد دمشقی واقعی حسادت زرادخانه‌های قرون وسطی.

هایپریوتکتوئید کربن پنجره (1.2-1.8٪ C)

«سس مخفی» ووتز، آلیاژسازی عجیب و غریب نیست، بلکه فقط به اندازه کافی کربن، بیشتر از فولادهای ابزار معمولی، اما نه آنقدر که شمش خرد شود. از نظر متالورژی، هر چیزی بالاتر از نقطه یوتکتوئید 0.77٪، به عنوان ... شناخته می‌شود. هایپریوتکتوئیدووتز در قسمت باریکی از شیب، بالاتر قرار دارد. ۱.۲ تا ۱.۸ درصد وزنی کربنچرا این گروه، و نه ۲٪ یا ۱٪؟

چرا پنجره تنگ است

• وضوح الگو. تنها در این محدوده، صفحات سمنتیت نازک و موازی رشد می‌کنند و شکلی شبیه به «آب» یا «نردبان» به خود می‌گیرند.
• قابلیت آهنگری. کربن بالای حدود ۱.۸٪ باعث ایجاد کاربیدهای اولیه انبوه می‌شود که جریان دانه را مختل می‌کند؛ شمش مانند شیشه شکننده آهنگری می‌شود.
• مکانیک لبه. در کمتر از حدود ۱.۲ درصد، حجم سمنتیت برای ایجاد لبه‌های دندانه‌دار ریز که ووتز تاریخی را تا این حد ترسناک کرده بود، بسیار کم است.

چگونه کوره‌های ذوب فلزات باستانی به هدف زدند

آهنگران دکن نمی‌توانستند طیف‌سنج‌ها را روشن کنند، با این حال گودال‌های سرباره ثبات قابل توجهی را نشان می‌دهند: آنها نسبت ثابتی از آهن بلوم کم فسفر به زغال چوب را پر کردند، روی شیشه شکسته (یک فلاکس) پاشیدند و - از همه مهم‌تر - بوته را آب‌بندی کردند. کربن زغال چوب پخش شد تا زمانی که مذاب نزدیک به ۱.۵٪ به تعادل رسید. گاز CO اضافی از طریق خاک رس متخلخل خارج می‌شود و مانند یک تنظیم‌کننده طبیعی عمل می‌کند. شبیه‌سازی‌های مدرن با استفاده از مدل‌های ترمودینامیکی، وقتی بوته به مدت ۳ تا ۴ ساعت در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد پخته می‌شود و به مدت ۱۰ تا ۱۲ ساعت در خاکستر خنک می‌شود، در همان باند کربن قرار می‌گیرند. یک درصد خیلی پایین، تیغه ساده است؛ یک درصد خیلی بالا، شمش منفجر می‌شود. در آن بمانید ۱.۲–۱.۸٪ کربن خط و شما الگوی درخشانی را که ووتز را به "فولاد دمشقی واقعی" تبدیل کرده بود، باز می‌کنید.

پی گیری عناصر و شان نقش (V, مو، کر)

چرا چنین مقادیر ناچیزی اهمیت دارند؟

• مکان‌های هسته‌زایی وانادیم و مولیبدن، کاربیدسازهای قدرتمندی هستند؛ حتی چند صدم درصد از آنها، ذرات VC یا Mo₂C ایجاد می‌کنند که به عنوان ... مجریان برای صفحات Fe₃C، آنها را به نازکی کاغذ و با فاصله مساوی از هم نگه دارید.
• وفاداری به الگو. بدون این لنگرها، کربن در طول بازه زمانی ۸۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد که به آرامی سرد می‌شود، آزادانه مهاجرت می‌کند و به جای اینکه به صورت «آبیاری» ترد و شفاف باشد، به صورت لکه‌هایی که به صورت گرداب‌های ابری حک می‌شوند، به هم می‌پیوندد.
• قابلیت آهنگری. صفحات لنگری در چرخه‌های آهنگری در دمای پایین دوام می‌آورند؛ آنها نمی‌شکنند یا زبر نمی‌شوند، بنابراین آهنگر می‌تواند الگو را بدون خرد شدن شمش بکشد.
• رفتار لبه‌ای. کاربیدهای وانادیوم تقریباً ۲ برابر سخت‌تر از سمنتیت هستند؛ حضور آنها در امتداد نوارها به طور نامحسوسی مقاومت در برابر سایش را افزایش می‌دهد، و توضیح می‌دهد که چرا تیغه‌های ووتز عتیقه می‌توانند فولادهای بلومری معاصر را با وجود سختی حجمی مشابه، برش دهند.

کنترل کیفیت باستانی، تکثیر مدرن

سنگ معدن‌های خاص دکن و سریلانکا به طور طبیعی حاوی این عناصر کمیاب بودند، به همین دلیل است که تاجران و آهنگران سوری اصرار داشتند کسانی که شمش و هیچ چیز دیگری. بازآفرینی‌های مدرن (دستور ورهوفن-پندری) به اندازه کافی اضافه می‌کنند 0.02 درصد V به آهن فوق خالص و زغال چوب برای بازتولید الگوی درجه موزه؛ اگر به اندازه یک تار مو از مقدار تعیین شده کم کنید، شمش یا بدون ویژگی یا پوسته پوسته می‌شود. 

خلاصه اینکه، زیبایی مشهورِ فولاد دمشقی (ووتز) واقعی به ناخالصی‌هایی چنان ناچیز وابسته است که از یک طیف‌سنج معمولی ناپدید می‌شوند - گواهی بر این که دو هزار سال پیش، آهنگران مدت‌ها قبل از وجود این اصطلاح، مهندسی عناصر کمیاب را انجام می‌دادند.