Povídání o damaškové a vrstvené oceli - část I.

V zorném úhlu aplikace vrstvené oceli si mnozí představí historické legendární zbraně, vyrobené obdivuhodně zručnými indickými kováři, které disponovaly ještě obdivuhodnějšími vlastnostmi. Z damašku, známého také pod názvy jako damashk, damašková, damasková či damascénská ocel, zhotovovali chladné zbraně, jež svými vlastnostmi předčili většinu zbraní vyráběných ve zbytku světa. Díky tomu se damašek rozšířil do ostatních, tehdy známých, kontinentů a byl napodobován všemi národy ovládající zpracování železa.

V historii vzniku tzv. sendvičů (vrstvená ocel) se však proslavila nejvýrazněji země, jejíž kováři využívali spojení dvou i více druhů ocelí podobným způsobem kování a jistě vylepšenou verzí kování, na jehož konci vznikaly zbraně,
jež neměly k dokonalosti daleko. Japonsko se svými „legendárními Samuraji“ dalo vzniknout zbraním, nad kterými mnozí lidé ještě dnes žasnou. Jak mohlo v době, kdy svět znal jen klasické jednoduché kovářské nářadí, povstat něco tak fascinujícího, jako je japonský meč. Kvalitou zpracování se postup japonských kovářů stal významným milníkem výroby vrstvených materiálů a dlouho nebyl nikým překonán (viz. část II).

S příchodem palných zbraní nastala částečná recese chladných zbraní, jež vedla k úpadku výroby a zapomenutí velkého počtu postupů, vznikajících mnoho let. Zpočátku se navařováním drátu zhotovovaly damaškové hlavně děl. Takto vyrobené zbraně vykazovaly velkou přesnost. Ale pro velkou náročnost a s ní spojenou cenu se časem od výroby upustilo.          V dnešní době existuje stále větší úsilí opět proniknou do dávného tajemství historické výroby vrstvených materiálů. V ústrety tomuto snažení vznikají nové technologie výroby a experimentuje se s pestrou paletou druhů ocelí i neželezných kovů. Využití sendvičů se postupně rozšířilo z výroby zbraní do dalších oblastí, jimiž jsou speciální průmysl či šperkařství, kde nacházejí tyto vrstvené materiály své místo v sousedství nejmodernějších materiálů

TEORIE VÝROBY VRSTVENÝCH MATERIÁLŮ

  Na počátku výroby stojí pokaždé selekce příhodného materiálu. Ta je dána především zvyšujícím se obsahem legujících prvků, vlivem kterých ocel pozbývá podmíněnou svařitelnost. Proto se pro klasický postup výroby, tedy tzv. kovářské svařování, používají uhlíkové oceli. Dalším hlediskem pro výběr materiálu je nutnost spojení tvrdé, vysokouhlíkové oceli s vysokou odolností proti opotřebení a naopak měkké, nízkouhlíkové oceli (nesprávně označované jako železo) s dobrou houževnatostí a kvaziplastickými vlastnostmi. Cílem je postupným překládáním nejméně dvou různých druhů ocelí získat nehomogenní materiál s více či méně pravidelnou vnitřní strukturou, jež je ovlivněna způsobem překládání, počtem přeložení a jeho směrem. Výsledkem tak může být při správném výběru ocelí materiál, spojující ty nejlepší vlastnosti z použitých slitin. Např., při použití výše uvedených uhlíkových ocelí bude výsledkem ocel odolná proti fragmentaci (měkká složka) a zároveň s vysokou odolností proti opotřebení (složka tvrdá). Díky vnitřní struktuře bude dokonce měkkou složku převyšovat v torzní, ohybové i rázové houževnatosti. Stejně tak bude překonána tvrdá složka ve výsledku zakování vyšší řezivostí a vysokou opotřebitelností.

Výsledná makrostruktura materiálu není po dokončení kovářského svařování jasně zřetelná. Toho se docílí až následným broušením, leptáním a leštěním. Zde je využíváno vlastností různých ocelí, jež se za použití leptadla, nejčastěji kyseliny, rozpouštějí různou rychlostí a naleptají se rozdílně hluboko. Po těchto úpravách vynikne nezaměnitelný vzor damašku, rozpoznatelný i laikem.

Obr. 1 Překládání paketu

Materiály vhodné pro kovářské svařování

            Jak již bylo uvedeno, nelze kovářsky svařit každou ocel. Nejvhodnější se ukázaly uhlíkové oceli bez přílišného obsahu legujících prvků (legury proces svařování sníží, až znemožní). Z toho důvodu nelze klasickou metodou, tedy kovářským svařováním, vyrobit nerezový damašek. Nejčastěji jsou v ČR využívány oceli třídy 19 (např. dle ČSN 19191, 19314) s 1% obsahem uhlíku (C) v kombinaci s houževnatější ocelí třídy 11 nebo 12 (s obsahem C kolem  0,6%). Stále častější je využití segmentů starých nástrojů jako pilníky, řetězy motorových pil či pilové listy. Jejich užití pak dává nové možnosti v dosažení ještě zajímavějších vzoru výsledného damašku.

            Pro tvrdou složku je dnes u nás využívána nejčastěji zmíněná ocel  ČSN 19191 (0,95% C) nebo 19314 (0,95% C) ČSN. Obě paří do nástrojových ocelí uhlíkových, manganových, křemíkových a vanadových. Jejich využití v praxi je pro malé tvarově jednoduché a méně namáhané nástroje určené pro tažení, ražení, přetváření, protlačování a kalené nástroje pro stříhání materiálů menších tlouštěk.

            Měkká složka je zastoupena ocelemi třídy 11 (konstrukční oceli obvyklých jakostí, např. 11700 – 0,65% C) nebo třídy 12 (uhlíkové oceli pro méně namáhané strojní součásti).

Kovářské svařování

            Jedná se o nejstarší postup svařování. Vznik kovářského svařování, někdy také nazývaného svařování v ohni, přišel současně s objevem železa, rozvojem jeho výroby
a zpracování. Vzešlo z potřeby zpracovat houbovitý železný materiál získaný redukcí železné rudy nebo železitého písku. Získané tehdy „vzácné“ železo se pomocí kování spojovalo do jednoho kusu a sloužilo převážně k další výrobě. Až do příchodu a rozvoje nových technologií svařování bylo kovářské svařování jediným způsobem, jak spojit dva kovové materiály kovovou vazbou.

Obr. 2 Kovářské svařování

Důležitým faktorem při kovářském svařování je správná teplota. Za normálních okolností spojení dvou částí oceli brání vrstva okují (oxidu železa) tvořících se
při ohřívání na povrchu. Pří ohřátí na svařovací teplotu se ocel začíná natavovat a okuje se roztékají do souvislé tenké vrstvy. Při této teplotě, okolo 1300°C, ocel bíle září
a srší z ní drobné jiskřičky. Natavování okují se podporuje tavidly, nejčastěji přetaveným boraxem nebo křemičitým pískem se sodou. Důraz se je nutno klást
i na dostatečné prohřátí v celém průřezu materiálu. Při velkém překročení teploty se však materiál zcela znehodnotí, jelikož dojde k tzv. „spálení“ oceli. Ta pak pod údery kladiva praská, rozpadá se a nelze ji dále použít.

            Po zahřátí se kusy ocelí musí co nejrychleji skovat k sobě, razantně
a rovnoměrně, jinak by mohly zůstat ve spoji kazy. Při skovávání větších kusů je zapotřebí dvou kovářů nebo použití bucharu. Po zahřátí na 1300°C musí být ocel neprodleně prokována, jinak dojde ke zhrubnutí zrna.

Nejčastější chyby při kovářském svařování:

·        Nespojení materiálu - nedostatečné prohřátí materiálu, materiál kovářsky nesvařitelný, nepoužití tavidel (především u tvrdších ocelí svařování výrazně usnadňují), výheň znečištěná jiným kovem (především zinek, který i při velmi malém množství znemožňuje svařování)

·        Praskaní materiálu pod údery – přehřátý materiál.

·        Spálení materiálu v jiném místě než je svar – zapříčiněno špatně prohřátým materiálem, při svařování byla např. uprostřed nižší teplota než po stranách.

·        Kazy ve svaru – nedostatečné prohřátí (jádro mělo nižší teplotu), znečištění ploch netavitelným materiálem, nedostatečné prokování, důlky na svařovacích plochách, jež uvězní okuje, které pak nemají kudy odtékat.

DAMASCÉNSKÁ OCEL – WOOTZ, BULAT, INDICKÁ OCEL

            Hlavním výrobním a prodejním centrem chladných zbraní z damascénské oceli ve starověku a středověku, jak již napovídá název oceli, byl Damašek. Ve velkém se také vyráběl v Mezopotámii, Persii a především ve východní Indii, z níž byla vyvážena převážná část polotovarů pro následnou výrobu zbraní. Za nejkvalitnější se považují zbraně vyrobené na území dnešního Iránu. Damašková ocel vynikala nejen svými výjimečnými vlastnostmi, ale i překrásnou kresbou na čepeli meče. Ta však nebyla jen zdobením nebo rytinou, ale strukturou zasahující do celého průřezu čepele, takže i
po přebroušení a následném naleptání kyselinou získala opět svůj mramorový nádech. Vzorování bylo otázkou vkusu mečíře a dá se říci i jeho podpisem. Čím jemnější byl vzor materiálu, tím cennější byla zbraň. vzor materiálu, tím cennější byla zbraň.

Obr. 3 Meč s čepelí z wootz oceli

            Pravý damašek vznikal roztavením oceli pomocí složitých technologií
do malých hliněných kelímků, do nichž se přidávaly různé příměsi dle receptury kováře, jež měli dopomoct k lepší tavbě a vytvoření požadované struktury. Velkou roli zde hrálo nauhličení oceli a pozdější způsob kalení. Celý proces vzniku struktury damascénské oceli popsal Achim Wirtz těmito slovy:

            „Během extrémně pomalého ochlazování roztavené oceli se vytváří dendritická struktura austenitu. Čím pomalejší je ochlazování, tím větší budou dendrity (austenitické krystaly). Mezi těmito dendrity, v interdendritické fázi, zůstávají volné karbidy poněkud déle v tekutém stavu, protože mají nižší bod tuhnutí. Další ochlazení způsobí ztuhnutí také těchto karbidů. Během tuhnutí mají karbidy vanadu, díky své struktuře, tendenci zůstat (plavat) na čele postupující vlny tuhnutí, nemísí se
do vznikající struktury. Poslední ztuhlou složkou oceli jsou pásy karbidů vanadu, které se tak nacházejí ve středu interdendritické fáze. Tyto vyloučeniny karbidů vanadu vytvářejí jakési negativní obrazy primárních, sekundárních a terciárních dendritů odlišné koncentrace.“ 

Obr. 4  Zleva: Kelímek pro tavbu wootzu a vytavený wootz

Arabesková struktura vznikala kováním pouze jednoho výchozího materiálu. Takový damašek se nazývá strukturní a jeho kresba vynikne po přesném ohřevu nadeutektické hrubě krystalické oceli a následném speciálním kováním. Než se však dalo kovat, musel se vzniklý wootz difúzně žíhat, jelikož jeho vlastnosti byli bližší litině nežli oceli. Ohřevem na teplotu 1100 – 1130°C po dobu 1 – 6 hodin dojde k oduhličení povrchové vrstvy a přeměně vnitřní lité struktury, s pozitivním vlivem na výslednou kujnost. Pro kování musíme ocel zahřát na teplotu 850 - 920°C a po zchladnutí
nad teplotu 730°C jej opět nahřát. Kováním dochází ke značnému rozbití tvářené oceli,
jež je z mikrostrukturálního hlediska perliticko-cementitická, přičemž na povrch vystupuje namísto cementitových jehlových paketů kuličkový tvar, jež je potřebný
pro vytvoření typického vzhledu. Vzniklé mramorování nebylo účelné, ale mělo sloužit jako důkaz kvality oceli. Výsledná čepel o obsahu kolem 1,5% uhlíku měla nízký až stopový obsah karbidotvorných prvků, z nichž nejvíce je zastoupen vanad. Ten, tedy přesněji jeho shluky karbidů, chovajících se jako mikropilka, propůjčuje oceli vynikající řezivost. Proto jej nemusíme kalit. Když tak však učiníme, posílíme již tak vynikající vlastnosti ostří.

Obr. 5 Čepel, vznikající postupným kováním a broušením

Metody starých mistrů se s ohledem na důsledné střežení výroby dochovaly jen v malém množství, proto dnes můžeme jen proponovat, jakým způsobem se pravý damašek vyráběl. O poodhalení roušky tajemství se pokouší svými více či méně zdařilými pokusy světoví metalurgové a historikové se zaměřením na zbraně. 

Obr. 6 Detailní zobrazení čepele z wootzu

        Obr. 7  nahoře: nůž opatřený čepelí z wootzu;  dole: detail čepele nože

SVÁŘKOVÝ DAMAŠEK

            Vznik svářkového damašku je přisuzován snaze o vytvoření materiálu s podobnými vlastnostmi, jakými oplýval pravý damašek. Některé výzkumy však prokazují pomocí archeologickým nálezům, že znalost výroby ovládali již 500 let před Kristem staří Keltové. To by pak poukazovalo na vznik svářkového damašku nezávisle na strukturálním a možný souběžný vývoj. 

Jeho zhotovením vznikl materiál s nehomogenní, avšak s převážně pravidelnou strukturou. Nejčastěji sestává z vrstev nejméně dvou druhů ocelí, nebo oceli a jiného kovu. Vrstvy jsou spojeny pevně kovářským svařováním. Hlavní rozdíl mezi svářkovou a pravou damascénskou ocelí byl počet použití materiálů pro jeho výrobu. Jak již bylo uvedeno výše, pravý damašek vznikal z jednoho kusu oceli a nebylo potřeba užít kovářského svařování. U svářkového je kovářské svařování nezbytné, jelikož spojujeme na sebe naskládané ocelové pásy s různým % C. Svařováním se pak docílí spojení vrstev v paketu. Dle počtu vrstev se následně vzniklá tyčovina překládá, čímž počet vrstev roste geometrickou řadou. Je však nutné dosáhnout požadovaného počtu při co nejméně přeloženích, jelikož během každého zahřátí dochází k oxidaci a oduhličení, čímž se materiál homogenizuje a ztrácí tak své vynikající vlastnosti. Nebezpečí se sníží zvýšením počtu pásů v paketu nebo svářením tyčoviny naseknutí na tři díly. Nejčastěji se překládání ukončuje při dosažení 100 až 500 vrstev, ale existují i výjimky sahající do tisíců. Pak je vzniklá ocel označována jako mikrodamašek.

                                        Obr. 8 Mikrodamašek (přibližně 1500 vrstev)

             Při vložení ocelového pruhu mezi dva železné vzniká tzv. sendvičový damašek. Patří mezi nejjednodušší formy svářkové damaškové ocele. Avšak i tak zhotovený meč dosahuje lepších užitných vlastností než obdobná zbraň z jednoho kusu ocelď. Ocelové jádro, tvořící po vybroušení ostří, jde dobře zakalit, měkký plášť pohlcuje nárazy a zpevňuje čepel.

            K historicky významným patřily franské zbraně, na jejichž výrobu se používalo velké množství pasů svařených a vytvarovaných do tyčoviny.  Ta se pak různě ohýbala, překládala, tordovala (zkrucovala otáčením kolem vlastní osy) a opět skovávala. Vzniklá tyčovina měla sloužit jako střed meče, proto se na její boky navařili ocelové břity, které se pak zakalily a naostřily. Následovalo dotvarování hrotu, vytažení řapu rukojeti a vytvoření žlábku. Poslední operací před sestavením meče bylo broušení, leštění a leptání, při němž vynikla kresba vrstvení. Takovou zbraň si však mohl pořídit pouze člověk vysoce postavený a zámožný, jelikož se přirovnávala někdy až k cenným pozemkům.

Obr. 9 Postup výroby franského meče

Obr. 10 Čepele mečů s jádrem z torzního Damašku

Druhy svářkového damašku

            Nejčastější rozdělení damašku se vztahuje na strukturu, způsob jejího vytvoření nebo na zdrojový materiál, z něhož byt damašek vyroben. Jelikož každý nožíř se snaží o vytvoření co nejoriginálnějšího vzoru, jež jde dosáhnout použitím rozličných ocelových předmětů, různým ohýbáním a překováváním, spojováním velkého množství druhů damaškových struktur a mnoha jinými způsoby, je zcela nemožné popsat všechny druhy damascenských ocelí a jejich kombinací. Uvedeny jsou jen některé z nich.

Rozdělení podle typu struktury

            Dělení podle typu struktury je nejobsáhlejší kategorii, protože vzorů,
jichž lze dosáhnout, je velké množství. Pokud se překládá paket jen v jednom směru bez dalších úprav, vzniká základní struktura damašku. Dále záleží, v jaké rovině se bude brousit čepel. Brousí-li se v rovině kolmé na jednotlivé vrstvy, vzniká tzv. paralelní, lineární či vlasový vzor. Následné zprohýbání damaškové tyče vytvoří vlnitý vzor.

Obr. 11 Vlevo: Lineární, vpravo: Vlnitý damašek

Broušením v rovině vrstev vznikne nepravidelný mapový, tzv. náhodný vzor.

Obr. 12 Mapový (náhodný) vzor

Stačí kombinace dvou a více druhů struktur a vzniká zcela jiná, nová kresba.

Obr. 13 Paket v kombinaci různých druhů damašku a jedna z možných kreseb, vzniklých po jeho zpracování (mozaikový damašek)

Obr. 14 Vlevo nahoře: Hadí damašek, vpravo nahoře: Damašek struktury dračích šupin, dole: Proplétaný damašek

Obr. 15 Mozaikový damašek

Obr. 16 Sešívaný mozaikový damašek

Rozdělení dle způsobu zpracování

            Způsobem zpracování je míněno tváření již svařené damaškové tyčoviny. Nejznámější je zpracování tordováním (torzírováním), kdy se damašková tyč zkrucuje otáčením kolem vlastní osy.

Obr. 17 Tordování damaškové tyčoviny

Obr. 18 Různé druhy torzních damašků (vpravo kombinace tří prutů svařených na sebe)

            Rozseknutím paketu ve směru vrstev, zároveň kolmo na rovinu vrstvy,
a následným skováním zpět vznikne peříčkový vzor.

Obr. 19 Postup výroby peříčkového vzoru

Obr. 20 Peříčkový damašek

Dalším způsobem je lokální odbroušení nebo odvrtání materiálu a následné prokování, čímž lze dosáhnout např. teček, vlnovek či jiných křivek dle jednotlivých parametrů úpravy.

Obr. 21 Odbrušování materiálu pro docílení vzoru vlnovek (na obrázku výroba meče tanto) a výsledná kresba na čepeli

Obr. 22 Vzor vzniklý navrtáváním děr a následným kováním do roviny

Podobných motivů lze dosáhnout i razením raznicí do oceli. Do zhotoveného damaškového paketu se za tepla vtlačuje raznice s požadovaným vzorem. Následně se paket vybrousí a vzor vynikne.

Obr. 23 Český tesák s čepelí z kruhového damašku

            Pro vytvoření složitých obrazců se používá postup, který obsahuje vybroušení či vyfrézování obrazce a následné vkování oceli do otvoru vytvořeném v čepeli.

Obr. 24 Mozaikový damašek s motivem koní

Rozdělení dle použití zdrojového materiálu

            Přidáním různých ocelových nástrojů, dílů a jiných předmětů, lze získat velice zajímavé struktury damašku, jejichž názvy jsou pak od oněch předmětů odvozeny. I zde je však třeba brát v potaz svařitelnost oceli, tudíž nelze použít všech, hlavně silně legovaných ocelových dílů. K velice vyhledávaným, jak již bylo uvedeno, patří listy pil, řetězy z motorových pil a dále např. ocelová lana, kuličky z ložisek aj.

Obr. 25 Nahoře zleva: Postupné zapracovávání řetězu do paketu a vzniklá kresba na čepeli, dole: Další možná struktura vniklá použitím řetězu (nízký počet překládání)

Obr. 26 Lanový damašek

SOUČASNÁ VÝROBA VRSTVENÝCH OCELÍ

            Do dnešních dnů zaznamenal postup výroby vrstvených, tedy sendvičových, ocelí jen málo změn. Princip zůstává stále stejný. Tím je spojení nejméně dvou druhů ocelí kovovou vazbou. Modifikace spočívá převážně ve strojích, jež využíváme ke získávání suroviny, během výroby samotné a v možnostech využití i jiných druhů ocelí, které by se tradičním kovářským svařováním spojit nedaly. Díky nim vzniká výrobek rychleji a ve větším množství, než za použití tradičních postupů. Toho je využito hlavně v hromadné průmyslové výrobě jednoduchých kovových sendvičů. I tak je však výroba nákladnější než u obdobných nevrstvených výrobků. Velký krok vpřed umožnila tzv. pseudoprášková metalurgie. Díky ní lze dnes vyrobit nerezový vrstvený damašek, jež se vlastnostmi podobá pravému damašku.

Ocelové sendviče

            Užití ocelových sendvičů vychází z potřeby materiálu, jež by byl dostatečně tvrdý  a odolný proti opotřebení, ale zároveň pružný a schopný pohlcovat rázy,
jež působí pracovní aplikace. Problém je obdobný jako u výroby mečů,. Vložením nízkouhlíkové oceli mezi dvě oceli s vysokým % C získáme ocelový sendvič, který po zušlechtění (zakalení + popuštění) získá odolnost vůči opotřebení, k tomu nutná tvrdost a tím i křehkost je eliminována měkkým jádrem. Této konstrukce se užívá např.
u strojů na zpracování půdy.

            Další druh ocelového sendviče se tvoří opačným postupem. Vložením vysokouhlíkové oceli mezi dvě vrstvy nízkouhlíkové získáme konstrukci s tvrdým jádrem a houževnatým obalem. Tato konstrukce se užívá pro zpevnění ostří a byla vynalezena již v 1. polovině 1. tisíciletí před naším letopočtem Kelty. Příkladem ze současné výroby sendvičů je nožířská ocel San Mai. Pro tvrdé jádro, jež po vybroušení tvoří ostří, se používá vysokouhlíková ocel (pod názvem Hard, High Carbon Center Steel) VG-1, VG-10 a další, zušlechtěné na vysokou mez pevnosti (62 – 68 HRC). Obal je tvořen středně- až nízkouhlíkatou ocelí (Lower Carbon Sides), nejčastěji 420 HC nebo 420J2, jež dodává čepeli pružnost a slouží jako arrestor (zastavovač) mikrotrhlinek, vznikajících v zušlechtěném jádru.

Obr. 27 Sendvič a jeho skladba

            Jak vyplývá z postupů výroby uvedených v předešlých kapitolách, je výroba vrstvených ocelí značně nákladná a s velikostí výrobku roste nejen cena, ale i riziko nedokonalého spojení a vzniku kazů, jež pak trvanlivost výrobku výrazně snižují. Z těchto důvodů většina výrobců přechází na jiné materiály, které jsou kompromisem mezi cenou a kvalitou.

Výroba vrstvených ocelí pomocí práškové metalurgie

            Příchodem práškové (pseudopráškové) metalurgie se otevřeli nové možnosti ve výrobě velkého množství materiálů a jejich kombinací, kterých nejde dosáhnout jinou technologií. Do oblasti damaškových materiálů tak přichází technologie, pomocí níž lze vyrobit nerezový damašek.

Prášková metalurgie   

Prášková metalurgie je metoda výroby obrobků spékáním prášků kovů, oxidů a karbidů kovů a nekovových materiálů. Ten vznikne rozprašováním roztaveného materiálu tryskou za použití vzduchu, dusíku nebo vody jako nosného média a následným zchlazením (rychlost 10³ – 10⁵ K.s^-1) do pevného stavu. Takto získaný prášek se pak vsype do přesně vyformované matrice a lisuje za použití protimatrice za vysokých tlaků (200 – 690 MPa) a následně spéká (slinuje) za teplot menších, než je teplota tavení (0,8-násobek teploty tavení), do homogenního bloku. Takto lze zhotovovat výrobky jediným technologickým krokem s vysokou výrobní přesností s jedinečnými vlastnostmi (žáruvzdornost, otěruvzdornost aj.). Mezi nejznámější vyráběné materiály patří slinuté karbidy (např. karbid wolframu WC), jež se používají pro vysokovýkonné nástroje.  Obdobou je zavaření prášku do konzerv a jejich následné tváření a tepelné zpracování.(ZDP 189, CPM D2). Velkou výhodou je možnost míchání materiálů, jež se nedají slévat, svářet ani jiným způsobem spojovat. Jedinou, avšak značnou nevýhodou je cena výroby, která se vyplatí až při vysokých sériích.

Obr. 28 Výrobky ze slinutých karbidů opatřené povlakem nitridu titanu

Povlaky

            Již s příchodem prvních ocelových výrobků a zjištění, že málo odolávají korozi, byla snaha člověka vytvořit ochranu před korozními vlivy. Důležitou roli hrála také estetičnost. Od dob ranného středověku byly čepele nožů či mečů modřeny, respektive černěny. Jelikož oxidické vrstvy dosahovali jen malých tlouštěk (cca 2 – 8 μm) a tím nesplňovali náročnější požadavky pro ochranu, nahradila je metoda parkerizace, jež našla hlavní uplatnění za 2. světové války pro povlaky bodáků a palných zbraní. Zároveň splňovala roli antireflexní vrstvy, jež zabraňovala odrážení paprsků světla o kovový povrch zbraně.

            S rostoucími požadavky nejen na korozivzdornost, ale i abrazivzdornost  byly vyvinuty povlaky z nitridu titanu (TiN), jež se řadí do anorganických vrstev s vysokou životností. Ty našly hlavní uplatnění u slinutých karbidů, používaných pro nástroje pracujících v extrémních podmínkách. Má i velké dekorativní hodnoty vzhledem k jeho zlatavé barvě, navíc doplněné otěruvzdorností.

            Další používané povlaky vycházejí většinou z TiN. Karbonitrid titanu (TiCN) je tvrdší a má nižší koeficient tření. Vzhled (od modrošedé až růžové) ovlivňuje poměr Ti:C. U kombinovaného nitridu titanu a hliníku (TiAlN) byla přidáním hliníku zvýšena odolnost vůči obráběcí teplotě o 300°C než u TiC. Barva (od černé až po bronzovou) je ovlivněna poměrem Ti:Al.

            Mezi další povlaky patří karbid křemíku (SiC), který je vysoce otěruvzdorný, má vyšší chemickou korozní odolnost, vysokoteplotní odolnost, odolnost proti tepelným šokům a zachovává si své vlastnosti až do teplot 1400°C, a boron karbid (B₄C), vlastnostmi přirovnáván k diamantu (odtud název černý diamant). Mezi jeho nejvíce ceněné vlastností patří malá hmotnost, vysoká tvrdost (jeden z nejtvrdších materiálů vyráběných ve velkém), odolnost vůči erozi a vysoký modul pružnosti.

Damasteel

            Damasteel je damašková nerezová ocel vyráběná průmyslově a hromadně švédskou firmou Damasteel AB technologií práškové metalurgie. Damaškové struktury se dosahuje střídaným vrstvením prášku dvou nerezových ocelí (RWL-34 – odpovídá složení nožířské oceli ATS-34 s přídavkem 0,2% vanadu a PMC-27 – odpovídající nožířské oceli 12C27). Jelikož dávku a místo dávkování prášku lze ovlivňovat, pestrost vzorů struktur damašku je téměř neomezená. Spékáním vznikne damašková ostře ohraničená struktura v nerezovém provedení.

Obr. 29  Polotovary z damasteelu

            Hlavním rozdílem od klasické damaškové oceli je její korozivzdornost, získaná spojením dvou nerezových nožířských ocelí. První, ve výsledné struktuře světlé barvy, je ocel RWL 34 (uhlík 1,05%, chrom 14%, molybden 4%, křemík 0,5%, vanad 0,2%) se zvýšeným obsahem molybdenu a vanadu, která díky většímu množství legujících prvků odolává leptání. Jako druhá ocel je použita PMC 27 (uhlík 0,6%, chrom 13,5%, křemík 0,5%), jež odolává méně leptání a je tak viditelná jako tmavá složka. Disponuje vysokou odolností proti opotřebení a korozi a houževnatostí.

Obr. 30  Kuchyňské nože a příbor z materiálu damasteel

            Díky velké produkci polotovarů se dnes můžeme setkat s různými předměty,
jež by byly klasickým způsobem zhotovovány značně dlouho a pro svou náročnost by i zručného kováře odradily.

Obr. 31  Kladivo, prsten s jantarem

Obr. 32  Píšťalky z materiálu damasteel

SOUČASNÉ UPLATNĚNÍ VRSTVENÝCH OCELÍ

            V historii lidstva prodělaly vrstvené materiály několik významných milníků.
Ve starověku byly velice ceněny pro své výjimečné vlastnosti, jichž nebylo možné dosáhnout použitím jiných materiálů. Středověk se počítá k hlavnímu období rozkvětu výroby. Avšak pro svou složitou výrobu byly s příchodem novověku postupně odsunuty, jelikož nedokázali pokrýt vysokou poptávku po kovových výrobcích a jejich cena byla pro normálního člověka nedostupná. Proto se také dochovalo velmi málo výrobních postupů. Hlavní oblastí výroby je dnes umělecké kovářství, kde se teší damašské oceli velké oblibě.

Využití vrstvených ocelí v puškařství

            Již s příchodem prvních palných zbraní byla snaha uplatnit kovářskou dovednost výroby svářkového damašku, jelikož chladné zbraně byly na ústupu a klesala po nich poptávka. Ze svářkového damašku se zhotovovali především hlavně i některé kovové časti, avšak spíše z dekorativního hlediska. Zbraň opatřená damaškovou hlavní se vyznačovala vyšší přesností při iterované střelbě, jež se plně projevilo až
u opakovacích zbraní. Na druhou stranu však hlaveň byla hmotnější, což v některých případech je žádoucí (vyšší potřebná síla pro manipulaci), jindy ku prospěchu (menší zpětný ráz při výstřelu).          

Výroba začínala ve zhotovení damaškových ocelových prutů, jež se následně torzírovali. Poté se torzírované pruty opět zakulatili a následně válcovali naplocho (do formy dlouhých plíšků). Následovalo navíjení do šroubovice a navařování na trn, jež se posléze odvrtal. Následně se hlaveň vybrousila a naleptala pro vyniknutí struktury.

Obr. 33 Výroba damaškové hlavně

            Protože tato technika byla náročná časově i materiálově a kladla vysoké nároky na schopnosti kováře, nikdy nedošlo k velkému rozmachu výroby. Dalším aspektem vymizení byl příchod kvalitnějších ocelových hlavní, jež snesli použití bezdýmného střelného prachu s vyšší výkonností, jehož vysoké tlaky damaškové hlavně nevydržely. V průběhu vývoje palných zbraní se výjimečně objevovaly zbraně vybavené damaškovou hlavní, typově však spadaly do zlamovacích brokovnic a opakovacích kulovnic.

Obr. 34 Zlamovací brokovnice a detail její damaškové hlavně

            V dnešní době je výroba damaškových hlavní obdobná. Vzhledem k používání bezdýmného střelného prachu musí být použita vnitřní nosná hlaveň, vyrobená z oceli odolávající velkým tlakům. Proto se místo na trn navíjí na vnitřní nosnou hlaveň z hlavňové oceli. Kresba damašku opět vynikne po broušení a leptání. I tyto damaškové hlavně mají prokazatelně větší přesnost, hlavně při rychlé střelbě za sebou. Dodnes není přesně znám důvod, proč tomu tak je. Vysoká cena a pracnost opět nepřejí velkému rozšíření, proto se i v dnešní době vyskytují zbraně s damaškovou hlavní vzácně.

Obr. 35Hlavně ze svářkového damašku, v obou případech na opakovací kulovnici CZ UB 550 Lux v ráži 308 W

            Dalším možným materiálem na výrobu damaškové hlavně je damasteel. Pomocí technologie práškové metalurgie tak mohou vzniknout hlavně bez nutnosti navíjení a svařovaní. Proto také hlavně vyrobené z damasteelu nemusejí mít klasický vzor šroubovice. Jak již ale bylo uvedeno výše, je prášková metalurgie dosti nákladná, proto ani hlavně z damasteelu nejsou rozšířeny.

Obr. 36 Použití materiálu damasteel na hlaveň opakovací kulovnice

Damascenská ocel ve šperkařství

            Pestré palety damaškových vzorů je stále více využíváno pro výrobu drahých šperků. Hlavně s příchodem damasteelu a s jeho velkou výrobou polotovarů si damašek oblíbilo mnoho výrobců šperků.

Obr. 37  Šperky vyrobené s materiálu damasteel

Nožířství

            Nejvýznamnější roli hraje damašková ocel ve výrobě nožů, převážně pro sběratelské účely. Nožířství je také jedním z odvětví, jež se zasloužilo o renesanci výroby damašku a snahu, o napodobení původních zapomenutých výrobních postupů přinášejí cenné poznatky.

Nože z damašku však nepostrádají užitné vlastnosti ocelí, jež byly používány v minulosti na výrobu mečů. Vlastnosti kvalitně zhotoveného damašku se stále dokáží vyrovnat vlastnostem některých nejmodernějších ocelí a slitin. Jedná se hlavně o vysoké mechanické vlastnosti vysoce prokované mikrostruktury v oblastí trvanlivosti řezné fasety (pevnost a houževnatost). Spojení efektních vzorů damaškové oceli s prací uměleckých designérů a aplikací často velmi drahých materiálů (drahé kovy, drahokamy, polodrahokamy, mamutovina, eben apod.) dává vzniknou unikátním nožům, které slouží hlavně pro sběratelské účely.

MATERIÁLY PŘÍBUZNÉ DAMAŠKU

Mokume gane

            V podstatě se jedná o damašek z barevných neželezných kovů. Byl vyvinut v Japonsku, kde se používal na výrobu částí soupravy meče a jeho zdobení. V překladu znamená mokume gane doslova kov se vzorem dřeva. což vypovídá o jeho struktuře podobné damašku. Vzniká vrstvením různých barevných a drahých kovů, nejčastěji stříbra, mědí, zlata a jiných ušlechtilých kovů a jejich slitin, podobným způsobem jako při výrobě damašku. Dodnes se používá na kování luxusních nožů a výrobu šperků.

Obr. 38  Jedny z mnoha možných struktur mokume gane

Obr. 39  Vlevo: Nůž opatřený zdobením mokume gane, vpravo: Prsteny z mokume gane

Timaskus

            Timaskus je materiál, vrstvením podobný damascénské oceli, ze dvou různých titanových slitin. Používá se pro zdobení luxusních nožů a k výrobě šperků.

Obr. 40 Nůž s rukojetí a doplňky z materiálu timaskus

Obr. 41 Prsteny z materiálu timaskus

                                                     Bc. Stanislav Čechlovský, doc. Ing. Michal Černý,CSc