Damascenská ocel

Co je damašek?

Damašek, jinak též damask, damašková, damasková či damascenská ocel je materiál, který má nehomogenní, ale více či méně pravidelnou vnitřní strukturu, sestávající ze střídajících se vrstev nejméně dvou různých druhů oceli, popřípadě oceli a jiného kovu. Jedná se ovšem o materiál kompaktní, vrstvy jsou navzájem pevně spojeny, nejčastěji metodou tzv. kovářského svařování.

Vlastnosti damašku

Nejtypičtější vlastností damašku, nápadnou i pro laika na první pohled, je jeho vzhled. Po vybroušení, naleptání a vyleštění povrchu totiž vynikne jeho vnitřní vrstvená struktura (různé druhy ocelí jsou stejnou látkou působící po stejně dlouhou dobu naleptány různě hluboko). Výsledkem je nápadná, velmi dekorativní kresba, jejíž vzor může být rozmanitý podle technik použitých při výrobě.

Kromě vysokých estetických hodnot má damašková ocel i vynikající vlastnosti mechanické. Při správném výběru ocelí pro jeho výrobu je totiž možné dosáhnout toho, že výsledné vlastnosti materiálu budou souhrnem dobrých vlastností obou (resp. všech) použitých druhů. Tak při nejčastěji používané kombinaci jedné tvrdé vysokouhlíkové oceli a jedné houževnaté oceli nízkouhlíkové (někdy technicky nesprávně označované jako "železo") bude výsledkem materiál odolný proti přelomení (jako měkká složka) a současně s vysokou odolností vůči opotřebení (jako složka tvrdá). Navíc díky vnitřní struktuře bude torzní, ohybová i rázová houževnatost tohoto materiálu dokonce vyšší než u měkké složky (podle stejného principu, podle kterého ocelové lano vydrží větší tah než tyč ze stejného materiálu a o stejném průřezu) a řezivost bude ještě větší než u složky tvrdé.
Díky této kombinaci vysokých estetických a mechanických kvalit damašková ocel v historii sloužila pro výrobu velmi kvalitních zbraní a dnes je s oblibou používána jako materiál na čepele luxusních nožů, ale i na šperky a různé ozdobné i užitkové předměty.

Historie damašku

První doklady o výrobě damašku pocházejí již z rané doby železné, z 1. poloviny 1. tisíciletí př. Kr. Nejprve byl zřejmě vyráběn v Indii, ale výrobky z něj se rozšířily do celého tehdy známého světa a brzy začaly být napodobovány snad všemi národy, které ovládaly technologii zpracování železa.
Dnes už těžko zjistíme, kterou z několika dnes známých či alespoň tušených metod (nebo nějakou úplně jinou) byl vyráběn původní indický damašek. Je jen známo, že šlo o výrobu z jednoho kusu, nikoli tedy o použití technologie kovářského svařování. Snad šlo o způsob blízký technice výroby tzv. litého damašku, o němž bude ještě zmínka.
V průběhu napodobovacích pokusů se jako nejschůdnější metoda ukázalo několikanásobné překládání a svařování materiálu, přičemž počet vrstev exponenciálně narůstá a je dosaženo žádaných vlastností. Tento tzv. svářkový, ve skutečnosti nepravý damašek se brzy rozšířil a dodnes pod pojmem "damašková ocel" bez bližší specifikace rozumíme právě jej.
K rozvoji svářkové technologie přispělo i to, že tehdejší způsob výroby oceli byl poměrně náročný a komplikovaný. Ve starých pecích nebylo možno dosáhnout teploty, při níž železo přechází do tekutého stavu, a tak byla výsledkem tavby železná hrouda o velmi nestejnoměrném obsahu uhlíku (což je nejdůležitější prvek, který určuje vlastnosti oceli, prvek, který ze železa dělá ocel) a silně znečištěná struskou. Metodou vyčištění a zhomogenizování oceli (a tím jejího uzpůsobení k použití) bylo opakované překovávání, vytahování a opětovné svařování do silnějšího kusu. Navíc byla kvalitní ocel drahá, a tak se často při výrobě nástrojů a zbraní navařovalo tvrdé ocelové ostří na levnější, houževnatější a snáze opracovatelné jádro z měkké oceli. Od těchto postupů byl již jen krok k výrobě svářkového damašku.
Postupem času se rozvinulo několik významných center výroby a zdokonalování damaškové oceli. Důležitým střediskem obchodu s tímto materiálem a výrobky z něj se stal Damašek v dnešní Sýrii, podle nějž získala tato ocel svůj název. Pokračovala výroba v Indii, postupem času se rozvinula i v Indonésii, střední Asii a arabských zemích. V Evropě používali damašek v raném středověku franští, vikinští a později i španělští a němečtí mečíři. Zřejmě největšího rozvoje dosáhla technologie výroby damašku v Japonsku, kde byl používán pro výrobu samurajských mečů, známých svými vysokými kvalitami. Stejně jako celá výroba oněch zbraní byla i tato technologie japonskými mečíři dovedena k dokonalosti. Zatímco v Asii se damašková ocel kontinuálně vyrábí dodneška, byť pochopitelně v menší míře, byla v Evropě asi od 11. stol. díky své náročnosti a neekonomičnosti za současného pokroku metalurgie její výroba omezována a opouštěna. Po rozvoji palných zbraní se začal damašek používat na jejich hlavně (ty se vyráběly navíjením ocelového pásku na trn a následným svařováním). Damaškové hlavně měly výrazně lepší vlastnosti než ty svařené jen z měkké oceli. Často se ale vyskytovaly hlavně, u nichž byla damašku navařena jen tenká vrstva na povrchu, nebo byl vzor dokonce pouze napodobován leptáním. V těchto případech šlo pochopitelně jen o dekorativní efekt a zřetelný úpadek původní technologie.
K její renesanci došlo ve 2. polovině 20. stol. zásluhou nožířů, kteří v damaškové oceli našli ideální materiál pro výrobu kvalitních sběratelských nožů. Poptávka po těchto nožích rostla, a tak jich nožíři vyráběli stále více a současně začali objevovat nové a hlavně znovuobjevovat staré řemeslné postupy. Díky tomu se nyní výroba damašku rychle rozvíjí a jeho obliba stoupá.

Kovářské svařování

Ocel má při vysokých teplotách schopnost spojovat se pod tlakem v jeden kus. Za normálních okolností tomu brání vrstva okují (oxidů železa), která se při ohřívání vytváří na povrchu. Při kovářském svařování se materiál nahřeje na teplotu, kdy už se začíná natavovat. Pozná se to podle toho, že ony okuje se roztečou a vytvoří na povrchu souvislou tekutou vrstvu, železo bíle září a srší z něj drobné jiskřičky. Rozpuštění okují napomáhají tavidla, jako je přetavený borax nebo křemičitý písek se sodou. Důležité je, aby materiál byl nahřátý dostatečně, a to rovnoměrně v celém průřezu, ale aby zase nebyl přehřátý, protože tím se úplně znehodnotí. Ocel by praskala a rozpadala se pod údery a už by se nedala žádným způsobem napravit. Pak se kusy skovou k sobě - je potřeba postupovat razantně, rychle a rovnoměrně, jinak ve spoji zůstanou kazy. U větších kousků je zpravidla nutné, aby kovali alespoň dva kováři, z nich jeden s obouručním kladivem, anebo použít buchar. Při svařování odstřikují do okolí roztavené okuje. Materiál, který byl nahřát na svařovací teplotu (cca 1300°C) musí být bezpodmínečně ihned prokován, jinak dojde ke zhrubnutí zrna. Důležité je uvědomit si, že ne každý materiál je kovářsky svařitelný. Dobře se dají svařovat uhlíkové oceli, s rostoucím obsahem většiny legujících prvků pak kovářská svařitelnost prudce klesá. To je také důvod, proč prakticky není možné vyrobit klasickou metodou nerezový damašek. Jeden z hlavních důvodů, proč je výroba damašku tak náročná, je nutnost naprosto dokonalého provedení svařování. Zatímco při běžné kovářské práci jde především o mechanické vlastnosti svařeného spoje, při výrobě damaškové oceli jakýkoliv kaz znehodnotí výslednou strukturu.

Materiály pro výrobu damašku

Obecně se pro výrobu klasického damašku používají oceli, které lze kovářsky svařovat, tedy oceli uhlíkové. Je možné použít i některé nízkolegované materiály (někteří zahraniční - a možná i naši, to nevím - nožíři používají kombinaci O1=19314ČSN + L6=19662ČSN), ale je to už náročnější. Jeden materiál by měl být tvrdý, s dobrou řezivostí a odolností proti opotřebení, druhý vysoce houževnatý. Klasikou je ocel 19191 (1% C) v kombinaci s některou ocelí třídy 11 nebo 12. Často se také používá různé staré nářadí - pilníky, pilové listy, řetězy motorových pil atd.

Výroba damašku

Výroba začíná výběrem materiálu a jeho poskládáním do tzv. paketu. V nejjednodušší podobě paket sestává ze dvou tyčí z různých ocelí, přiložených k sobě dlouhými stranami. Tento paket se pak provizorně spojí, aby se při ohřívání a kování nerozpadl. K tomu se nejčastěji používá stažení několika očky z drátu či kovovými svorkami, ale někdy také klasické svaření elektrickým obloukem na obou koncích. K paketu se také často přivaří (kovářsky nebo elektřinou) železná tyč, která jako držadlo usnadní manipulaci při kování. Konec této tyče také může být přímo součástí paketu jako jedna z jeho složek.
Poté je paket kovářsky svařen do jednoho kusu. Ten se pak vytáhne do délky, takto získaná tyč je v polovině naseknuta, obě poloviny jsou přiloženy dlouhými stranami k sobě a znovu svařeny. Tento postup se několikrát opakuje. Při každém přeložení a svaření se počet vrstev zdvojnásobí. Nejčastěji sestává damašek ze 100 - 500 vrstev. Jsou ovšem i damašky o řádově desítkách až stovkách tisíc, ba i milionech vrstev, tzv. mikrodamašky. Strukturu těch nejjemnějších již nelze postihnout pouhým okem.
Mechanické vlastnosti damašku se do jisté míry zlepšují s rostoucím počtem vrstev až do stadia, kdy se materiál opět začne chovat jako homogenní blok. Protichůdnou tendencí je ovšem pokles kvality s rostoucím počtem kovářských svařování. Při vysokých teplotách totiž dochází jednak k okysličení a oduhličení oceli, jednak k difuzi uhlíku mezi jednotlivými vrstvami a tím k homogenizaci materiálu.
Je tedy žádoucí dosáhnout cílového počtu vrstev při co nejmenším počtu svařování. Toho se docílí precizní prací při svařování bez nutnosti jeho opakování, a dále zvýšením počtu vrstev v paketu a vícečetným (tj. více než 2x) nasekáváním a překládáním po každém svaření.
Tak např. máme-li základní paket o 10 vrstvách a budeme-li po každém svaření nasekávat a překládat na čtyři díly, bude počet vrstev po prvním svaření 10, po druhém 40 a již po třetím 160.

Vzory damaškové oceli

Každý kus damašku je originál, na světě neexistují dva stejné. Výrobce může jeho vzhled do značné míry ovlivnit vytvářením nejrůznějších vzorů. V nejjednodušším případě se již výsledný kus materiálu, vzniklý tak, jak je popsáno výše, nijak neupravuje. Pokud se pak vybrousí v rovině kolmé na jednotlivé vrstvy, vznikne tzv. paralelní, lineární či vlasový vzor. Ten je možno modifikovat zprohýbáním damaškové tyče, čímž vznikne vzor vlnkový. Pokud je materiál naopak vybroušen v rovině rovnoběžné s vrstvami, výsledkem je nepravidelný mapovitý vzor, označovaný jako náhodný (angl. random pattern).
Vzor je možno ovlivnit již při skládání do paketu. Nejrůznějšími kombinacemi vznikají tzv. mozaikové vzory. Do paketu se také nemusí skládat jen ocelové tyče nebo plátky, ale též např. řetězy (nejč. z motorové pily) nebo ocelová lana. Tak vzniká řetězový a lanový neboli kabelový damašek.
Při překládání a svařování lze provést např. to, že tyč vykovaná po svaření nebude před přeložením jen naseknuta, ale úplně přeseknuta, a jeden ze získaných kusů se před přiložením k druhému pootočí kolem podélné osy o 90°. Po opakovaném překládání tímto způsobem vzniká tzv. vzor hrubě sukovitého dřeva, o jehož vzhledu dostatečně vypovídá název. Byl často využíván japonskými mečíři.
Definitivní kus damaškové oceli se často upravuje torzírováním čili zkroucením podle podélné osy. Vznikají tak různé torzní vzory.
Je možné k sobě přivařit několik ztorzírovaných kusů a vytvořit tak bohatší vzor, případně takto získaný svařenec znovu ztorzírovat.
Dále se do kusu damašku razí, vybrušují či frézují okrouhlé či podélné jamky. Povrch je pak opět vykován do roviny. Po přebroušení je získán růžicový (rosetový), resp. žebříčkový vzor.
Různé metody tvorby vzorů je možné mnoha způsoby kombinovat. Počet výsledných vzorů je tedy prakticky neomezený. Kromě toho je vzor také výrazně ovlivněn tvarem hotového výrobku, který je z damaškového kusu vybroušen. Broušené plochy totiž dle své prostorové orientace nejrůznějšími způsoby protínají vrstvy materiálu.
Zvláštní metodou tvorby vzoru je vkládání vzoru hotového. Z oceli je vytvarován libovolný obrazec, ten je potom přiložen na povrch damašku a následně do tohoto povrchu zavařen. V raném středověku používali tento způsob mečíři ke značení svých čepelí, dnes jím vzácně někteří nožíři dozdobují své výrobky.

Zpracování damaškové oceli

Hotový damašek představuje vlastně teprve výchozí materiál, z něhož je nutno vytvořit definitivní výrobek. To je možno provést dvěma způsoby.
Prvním je dokování do konečného tvaru. Výhodou je malý odpad, nevýhodou možnost porušení až zničení damaškového vzoru při výrazné změně tvaru. To nevadí u jednoduchých vzorů, jako je vzor paralelní nebo náhodný, pro složité vzory však není kovářské zpracování vhodné. Navíc je nutno kovat velmi opatrně, neboť materiál je zpravidla jen málo přetvářen, takže by při ohřátí na vyšší teplotu (byť stále v rozmezí kovacích teplot) mohlo snadno dojít ke zhrubnutí zrna.
Druhou možností je metoda odebírání materiálu - broušením, řezáním, sekáním, vrtáním, frézováním nebo kombinacemi těchto postupů. Výhodou je neovlivnění vzoru (příp. naopak jeho "doladění" volbou roviny výbrusu; vnitřní struktura se ovšem nemění), nevýhodou ztráta velkého množství cenného materiálu.

Zdobení damašku

Základním zdobným prvkem každého damaškového výrobku je jeho vzor. Ten se znázorní tak, že po dosažení konečného tvaru výrobku je jeho povrch přebroušen a vyleštěn. Čím vyšší je počet vrstev, tím jemnější musí být leštění. Pro standardních 100 - 500 vrstev postačuje výbrus 600 - 1200 GRIT. Pak je předmět ponořen do leptacího roztoku. Nejčastěji se používá kyselina chlorovodíková (solná, HCl) nebo chlorid železitý. Délka leptání závisí na tom, jak hluboce reliéfní vzor chceme získat. Vzor se objevuje již po několika málo minutách, s delším leptáním se stává plastičtějším. Po naleptání se povrch opět přeleští jemným smirkovým plátnem a případně ještě lešticí pastou. Vrstvy s vyšším obsahem uhlíku jsou vleptány hlouběji, nebudou tedy leštěním ovlivněny a zůstanou matné. Vystouplé vrstvy nízkouhlíkové oceli získají naopak kovový lesk.
Kromě tohoto základního postupu mohou být damaškové výrobky zdobeny ještě mnoha dalšími způsoby, jako je chemické barvení vrstev, zlacení či stříbření, rytiny apod.
Za zmínku rozhodně také stojí metoda tzv. diferenciálního kalení, používaná tradičně japonskými mečíři a dnes i některými nožíři. Čepel se při ní před kalením pokryje nestejně tlustou vrstvou směsi jílu, drceného pískovce a prachu z dřevěného uhlí. Díky tomu, že uhlíková ocel má velmi nízkou prokalitelnost, je po zakalení do vody zakaleno jen ostří, na němž byla pouze velmi tenká vrstva směsi, zatímco zbytek čepele, pokrytý silnou vrstvou, zůstane nezakalen. Hlavní význam je praktický, neboť je tak dosaženo tvrdého ostří u velmi houževnaté čepele, ale též estetický, neboť po dokonalém leštění a případně zatmavení nezakalené části směsí nugui je na rozhraní obou částí patrná vysoce dekorativní linie hamon, jejíž tvar výrobce ovlivňuje pečlivým nanášením směsi před kalením.

Materiály příbuzné damašku

Sendvičová ocel - je vlastně "damašek" o malém (zpravidla méně než 10) počtu vrstev. Nejjednodušší a nejčastější je třívrstvý, kdy je plátek z tvrdé oceli tvořící ostří zavzat mezi dva plátky oceli houževnaté, zajišťující odolnost čepele proti přelomení.

Litý damašek - zvaný též krystalizační, Wootz, Fulat, Bulat, pravý damašek a mnoha dalšími termíny. Jedná se o damaškovou ocel vyrobenou nikoliv svařováním, ale krystalizací ze směsi měkkého železa, okují, grafitu a dalších přísad, žhavených dlouhodobě v hermeticky uzavřeném tyglíku při teplotách cca 1200°C. Jeho původ a historie jsou poněkud nejasné, vyráběl se v Indii a na Blízkém Východě. Snad je totožný s původním, pravým indickým damaškem, ale přesně to nevíme. Od 19. století dodnes se s jeho výrobou experimentuje i v západních zemích. Má značný (cca 1,5%) obsah uhlíku, vysokou tvrdost a současně vynikající pružnost.

Damasteel - je nerezový damašek vyráběný stejnojmennou švédskou firmou metodou práškové metalurgie. Při ní je tekutý kov rozprášen tryskou a ochlazen do pevného stavu. Vzniklý prášek se pak lisuje za vysoké teploty do homogenního bloku. Získaný materiál má některé lepší vlastnosti než materiál o stejném složení získaný konvenční metodou, navíc je takto možno dosáhnout i složení klasickým způsobem nedosažitelného. Ocel Damasteel se vyrábí tak, že při násypu prášku před lisováním se střídavě vrství prášky ze dvou nerezových ocelí - RWL-34 (odpovídá složením nožířské oceli ATS-34 s přídavkem 0,2% vanadu) a PMC-27 (odpovídá nožířské oceli 12-C-27). Blok získaný slisováním se pak zpracovává do různých vzorů, jak bylo uvedeno výše. Damasteel je materiál s vzhledem shodným s jednoduššími pravými damašky, velmi dobrými mechanickými vlastnostmi a výhodou korozivzdornosti.

Niklový damašek - vyrábí se stejně jako damašek klasický, ale do paketu je místo měkké oceli vložen nikl. Ten odolává leptání i korozi, takto vzniklý damašek je tedy za běžných okolností nerezový (v agresivním prostředí ovšem může dojít k dílčí korozi ocelových vrstev). Nevýhodou je nižší mechanická odolnost, neboť nikl je měkký a nekalitelný.

Mokumé - je obdoba damašku z barevných kovů, typicky mědi a mosazi. Používá se občas na kování luxusních nožů.

Timascus - je nový materiál podobný damašku, složený ze dvou různých titanových slitin.

Ceny damaškových výrobků

Náročnost výroby damaškové oceli se odráží ve vysoké ceně. Ceny mečů se pak pohybují v řádech desítek tisíc Kč.

Zajímavé odkazy

www.tms.org/pubs/journals/JOM/9809/Verhoeven-9809.html - rozsáhlé pojednání o damaškové oceli, zvláště o litém damašku Wootz

www.nidlink.com/~packriver/damascus_steel.html - americký nožíř Steve Mullin píše o damaškové oceli a prozrazuje vlastní postupy

http://damascus.free.fr/f_exp/com.htm - francouzský kovář Georges Emerian - rady a tipy pro výrobu damašku

http://www.vikingmetalworks.com/dammake.html - podrobný a názorný návod na výrobu damašku včetně videoukázek

http://www.dfoggknives.com/techniques.htm - stránky amerického kováře Dona Fogga s velmi rozsáhlými informacemi o výrobě damaškové oceli

templ.host.sk/index.php?id=15a - český mečíř Patrick Bárta a jeho výroba damaškového meče od tavby železné rudy po finální výrobek

www.damasteel.se - stránky švédské firmy vyrábějící nerezový damašek metodou práškové metalurgie

nihonto.manga.cz - stránky Společnosti pro výzkum japonského meče

- odkazy na mnoho článků s radami pro nožířskou výrobu včetně návodu na výrobu řetězového damašku, mokumé, ocel-mosazného damašku z ocelového lana a další