Stal damasceńska (staropol. „demeszka”) – stal mająca bardzo dobre własności mechaniczne, stosowana w średniowieczu do produkcji broni białej. W czasie badań w 2006 roku znaleziono w niej nanorurki, co może tłumaczyć jej wytrzymałość i twardość^[1][2]. Nazwa pochodzi od Damaszku w Syrii, w którego okolicach istniały liczne warsztaty produkujące z tej stali miecze i szable o unikatowej w średniowieczu jakości. Białą broń ze stali damasceńskiej produkowano w latach ok. 900–1600 w krajach muzułmańskich, zwłaszcza na Bliskim Wschodzie. Powody całkowitego niemal zaniku jej produkcji w XVII wieku nie są do końca znane. Wiedza o stali damasceńskiej dotarła do Europy w czasie wypraw krzyżowych. Wśród rycerzy europejskich szybko rozpowszechniły się legendy o szablach z tej stali, którymi można było przecinać świece na pół bez ich przewrócenia oraz szczerbić kamienie i miecze europejskie. Większość z tych legend była przejaskrawiona, niemniej jednak stal damasceńska istotnie przewyższała jakością swoje ówczesne odpowiedniki europejskie.

Proces produkcji stali damasceńskiej był objęty tajemnicą i nigdy nie został opanowany w Europie. Nie zachowały się do czasów współczesnych żadne wiarygodne opisy tego procesu. Dawna hipoteza, że stal ta była otrzymana przez skuwanie ze sobą wielu (300–1000 i więcej) warstw stali węglowej o kolejno narastającej twardości, okazała się fałszywa. Współczesne eksperymenty metalurgiczne, oparte na szczegółowych badaniach mikrostruktury tej stali, pozwoliły na opracowanie procesu technologicznego prowadzącego do uzyskania materiału o właściwościach bardzo zbliżonych do oryginalnej stali damasceńskiej.

Powstanie i rozwój technologii

W trakcie produkowania tradycyjnej stali węglowej, która z technicznego punktu widzenia jest stopem węgla i żelaza, można zmieniać jej właściwości mechaniczne przez zmianę udziału węgla. Ogólnie, gdy w stopie żelaza z węglem występuje około 2% węgla, otrzymana stal jest twarda, ale krucha, mało odporna na zginanie i trudna do obróbki. Stal zawierająca około 0,5% węgla jest łatwo kowalna, giętka, ale za miękka. Stal do produkcji broni białej powinna być jednocześnie twarda (nie szczerbić się), giętka (aby nie pękać całkowicie) i w miarę łatwo kowalna, aby można było ją formować w pożądany kształt.

Metalurdzy z Indii, prawdopodobnie około 300 roku p.n.e. (choć inne źródła^[Jakie?] podają 200 rok n.e.), wypracowali nową technologię produkcji stali wysokowęglowej, o bardzo wysokiej czystości, poprzez dodatek do pieca hutniczego specjalnych gatunków szkła. Technologia ta powoli rozpowszechniła się w Azji, dochodząc do terenów współczesnego Turkmenistanu i Uzbekistanu około roku 900 oraz na Bliski Wschód około 1000 roku.

Technologia ta była dalej rozwijana na tych terenach przez eksperymenty z kombinacjami lokalnych rud żelaza i różnych gatunków szkła. Szczegóły technologii są nieznane, ale badania próbek stali damasceńskiej wskazują na to, że w jej strukturze występują regularne domeny węgliku żelaza, tworzące sieć warstw i wstążek układających się równolegle do siebie. Węgliki mają znacznie większą twardość niż sama stal węglowa. Występowanie domen węgliku umożliwia takie odkucie i naostrzenie broni, że na jej ostrzu znajduje się jednolita wstążka węgliku i równolegle do niej rozmieszczone są dalsze jego warstwy i wstążki, których gęstość występowania stopniowo maleje wraz z odległością od ostrza. Taka struktura broni powoduje, że jej ostrze jest bardzo twarde i nie szczerbi się, przy jednoczesnym zachowaniu giętkości całej głowni. Domeny węgliku tworzą na powierzchni głowni wykonanych ze stali damasceńskiej widoczny gołym okiem charakterystyczny wzorek połyskujący na słońcu, co umożliwia łatwe jej rozpoznanie.

Zanik technologii i próby jej odtworzenia

Z powodów, które nie są dokładnie znane, technologia produkcji stali damasceńskiej została zapomniana na Bliskim Wschodzie około roku 1600. Technologię tę próbowano odtwarzać w różnych miejscach, jednak bez pełnego powodzenia. W Rosji w pierwszej połowie XIX w. intensywne prace nad odtworzeniem metody produkcji stali damasceńskiej (zwanej tam bułat) prowadził Paweł Anosow^[3][4]. Jego stal, otrzymywana prawdopodobnie innymi metodami, ma szereg właściwości dość zbliżonych do oryginału. W latach 80. XX i na początku XXI wieku pojawiło się kilka doniesień o eksperymentach, które doprowadziły do otrzymania stali o niemal identycznych właściwościach i strukturze jak stal damasceńska. Między innymi Verhoeven i współpracownicy opublikowali w 1998 roku opis technologii polegającej na 10–20 precyzyjnych cyklach wygrzewania do temperatury około 100 °C poniżej temperatury krytycznej A_cm i chłodzenia do temperatury pokojowej zwykłej stali niskowęglowej, które prowadziły do spontanicznego powstania mikrostruktury do złudzenia przypominającej stal damasceńską. Zbliżony opis technologii został też opublikowany przez Wadswortha i Sherby’ego w 1980 i później w 2001 roku.

Przez jakiś czas wierzono, że stal damasceńska była produkowana w podobny sposób, w jaki czyniono to przy produkcji mieczy wysokiej jakości w Europie i Japonii. Proces ten polegał na skuwaniu na gorąco i zawijaniu wokół ostrza kilkudziesięciu kolejnych warstw stali o narastającej stopniowo twardości, a następnie wkładaniu tak przygotowanej głowni do kwasu solnego i ostatecznym szlifowaniu ostrza. Proces ten istotnie prowadzi do otrzymania na powierzchni faktury dość podobnej do stali damasceńskiej, co długo wprowadzało badaczy w błąd. Współczesne badania metalurgiczne udowodniły jednak, że stal damasceńska była wytapiania jednolicie, a głownie wykonane z tej stali nie wykazują nieciągłości struktury, które są nie do uniknięcia przy stosowaniu technologii skuwania.

Dość długo sądzono też, że stal damasceńska nie była wytapiana na miejscu, lecz była importowana z Indii. Wykopaliska na terenie Turkmenistanu dowiodły jednak, że stal ta była wytapiana na miejscu, gdyż znaleziono resztki pieców hutniczych, w których zachowały się pozostałości stali o strukturze dokładnie takiej samej jak stal damasceńska. Mimo że nie natrafiono na podobne wykopaliska w okolicach Damaszku, nie ma powodu sądzić, że technologii wytopu tej stali nie można było przenieść i tam. Z drugiej strony badania mikrozanieczyszczeń stali damasceńskiej, wykonane przez Alfreda Pendraya, wskazują, że skład tych zanieczyszczeń jest identyczny z zanieczyszczeniami rud żelaza z północnych Indii. Może to sugerować, że wytop był dokonywany na miejscu, ale ruda i szkło były importowane z Indii.

Stal damasceńska o niemal oryginalnych cechach jest otrzymywana współcześnie w procesie, który – zdaniem Alfreda Pendraya, Olega Sherby’ego i Jeffa Wadswartha – jest prawdopodobnie dość zbliżony do oryginalnego, na co wskazuje jego prostota i bardzo podobne własności produktów. Badania mające na celu dojście do lepszych rezultatów w produkcji tej stali są prowadzone przez kilka zespołów metalurgów ze Stanów Zjednoczonych i Rosji, już nie ze względów historycznych, lecz czysto praktycznych, gdyż tego rodzaju materiał może znaleźć wiele dochodowych zastosowań.

Stal damasceńska w świecie współczesnym

Obecnie tak zwana „stal damasceńska” jest szeroko wykorzystywana do produkcji noży kuchennych najwyższej klasy, jednak jest to materiał, który w wyniku obróbki uzyskuje jedynie cechy wizualne do niej zbliżone, lecz w dalszym ciągu ustępuje oryginałowi pod względem wytrzymałości.

Zobacz też