Damaščanski čelik

Oštrice od damaščanskog čelika prepoznaju se po šari nalik na valovitu vodu, koja nije nanesena na površinu nego prožima cijeli metal. Kovači Bliskog istoka izrađivali su ih stoljećima, a onda je, negdje u 18. stoljeću, nestalo i znanje kako se to radi.

Ukratko

Damaščanski čelik je čelik od kojeg su se od srednjeg vijeka do 18. stoljeća na Bliskom istoku kovale sablje sa šarom nalik na valovitu vodu.
Sirovina je bio čelik lijevan u malim posudama, u Europi poznat kao wootz, koji se proizvodio u Indiji i prodavao u obliku pogača.
Umijeće se izgubilo potkraj 18. stoljeća, a europski su ga znanstvenici u 19. stoljeću bezuspješno pokušavali obnoviti.
John Verhoeven i kovač Alfred Pendray devedesetih su godina 20. stoljeća pokazali da šara nastaje samo ako čelik sadrži tragove vanadija ili sličnih primjesa; 2006. u jednoj su sablji pronađene i ugljikove nanocijevi.

Europski križari i putnici koji su od 12. stoljeća dolazili na Bliski istok pisali su o sabljama kakve kod kuće nisu vidjeli. Bile su tvrde, a ipak savitljive, držale su oštricu i, prema pričama, mogle presjeći svileni rubac u zraku. Po cijeloj im je površini tekla šara od svijetlih i tamnih vijuga, kao voda u potoku. Europljani su ih nazvali damaščanskim sabljama, po Damasku, jednom od gradova u kojima su se prodavale.

Šara se nije mogla izbrusiti ni izbrisati. Kad bi se oštrica izglačala, a zatim nagrizla blagom kiselinom, šara bi se ponovno pojavila, jer je bila u samom metalu.

Pogače iz Indije

Kovači u Damasku, Perziji i drugdje nisu sami proizvodili sirovinu. Dobivali su je iz Indije i sa Šri Lanke, u obliku malih pogača čelika velikih kao dlan. Pogače su nastajale tako da se željezo s komadima drva ili lišća zatvaralo u glinene posude i dugo zagrijavalo u peći. Željezo je upijalo ugljik, talilo se i polako hladilo u posudi. U Europi se taj čelik zvao wootz, po riječi iz jezika južne Indije.

Wootz je imao mnogo ugljika, oko jedan i pol posto, gotovo tri puta više od običnog čelika za oštrice. Takav je čelik vrlo tvrd, ali i krhak, i lako se raspada pod čekićem ako se kuje prevruć. Kovači su ga zato kovali pri razmjerno niskoj temperaturi, polako i u mnogo navrata, i iz pogače izvlačili oštricu.

Tijekom 18. stoljeća proizvodnja se prorijedila i nestala. Do početka 19. stoljeća više nije bilo kovača koji su znali napraviti pravu damaščansku oštricu, a nije ostao nijedan zapis koji bi postupak opisao korak po korak.

Laboratoriji 19. stoljeća

Europa je tada bila u punom razvoju industrije čelika i umijeće se činilo vrijednim ponovnog otkrića. U Londonu su Michael Faraday i nožar James Stodart oko 1820. pokušavali odgonetnuti sastav wootza. U Rusiji je metalurg Pavel Anosov tridesetih i četrdesetih godina dugo eksperimentirao s čelikom koji je zvao bulat i tvrdio da je dobio slične oštrice. Nitko, međutim, nije uspio pouzdano ponoviti i šaru i svojstva starih sablji.

Dio zabune nastao je zbog imena. U Europi se damaščanskim nazivao i drugi postupak, u kojem se slojevi različitog čelika i željeza kovanjem zavaruju, presavijaju i uvijaju. Taj "lamelirani damask" također daje šaru, ali na drugi način, i takav se nož danas najčešće prodaje kao damaščanski. Stare oštrice od wootza nastale su iz jednog komada čelika.

Kovač i profesor

Rješenje je došlo iz neobične suradnje. John Verhoeven, profesor metalurgije sa Sveučilišta Iowa State, i Alfred Pendray, kovač iz Floride, od osamdesetih su godina zajedno pokušavali napraviti oštricu od lijevanog čelika s pravom šarom. Pendray je kovao, a Verhoeven je pod mikroskopom proučavao rezultate i uspoređivao ih s uzorcima starih sablji.

Pod mikroskopom šara izgleda kao niz usporednih traka sitnih zrnaca cementita, vrlo tvrdog spoja željeza i ugljika. Verhoeven i Pendray otkrili su da se te trake ne stvaraju u čistom čeliku. Potrebni su tragovi vanadija, molibdena ili sličnih elemenata, u količinama od svega nekoliko stotinki promila. Te primjese, pri ponovljenom zagrijavanju i kovanju, okupljaju cementit u trake. Kada su u čelik dodali malo vanadija, šara se pojavila.

Godine 1998. objavili su da analize starih oštrica pokazuju upravo takve primjese. Verhoeven je predložio i objašnjenje za nestanak umijeća: ruda iz određenih indijskih nalazišta prirodno je sadržavala potrebne primjese, a kad su se ta nalazišta iscrpila, kovači s novom rudom više nisu dobivali šaru, iako su radili kao i prije. Budući da nitko nije znao zašto postupak uspijeva, nitko nije znao ni zašto je prestao uspijevati.

Nanocijevi u sablji

Godine 2006. skupina s Tehničkog sveučilišta u Dresdenu pod vodstvom Marianne Reibold objavila je u časopisu Nature kratki rad o sablji iz 17. stoljeća, koju je izradio kovač Assad Ullah, a uzorak je ustupio Povijesni muzej u Bernu. Istraživači su komadić otopili u kiselini i pod elektronskim mikroskopom pronašli ugljikove nanocijevi, a u njima i oko njih nanožice cementita.

Vijest je obišla svijet kao dokaz "nanotehnologije" srednjovjekovnih kovača. Autori su pisali opreznije: da bi takva građa mogla pomoći objasniti nastanak traka u čeliku. Kovači nanocijevi nisu mogli vidjeti. Nastajale su iz sastava čelika i postupka kovanja koji su majstori učili iskustvom i prenosili na učenike.

Kronologija

Rani srednji vijek: Na Bliskom istoku kuju se oštrice od indijskog lijevanog čelika.
12.–13. stoljeće: Križari i putnici donose u Europu glas o damaščanskim sabljama.
17. stoljeće: Assad Ullah kuje sablju koju će 2006. istražiti dresdenski tim.
18. stoljeće: Proizvodnja damaščanskih oštrica prorjeđuje se i nestaje.
Oko 1820.: Michael Faraday i James Stodart istražuju wootz u Londonu.
1830-ih i 1840-ih: Pavel Anosov u Rusiji pokušava obnoviti bulat.
1998.: Verhoeven, Pendray i Dauksch objavljuju ulogu primjesa u nastanku šare.
2001.: Verhoeven objašnjava otkriće u časopisu Scientific American.
2006.: Reibold i suradnici objavljuju nalaz ugljikovih nanocijevi u sablji.

Ključne osobe

John D. Verhoeven: Američki metalurg koji je s kovačem Alfredom Pendrayem otkrio ulogu primjesa.
Alfred H. Pendray: Kovač koji je izradio prve suvremene oštrice od lijevanog čelika s pravom šarom.
Marianne Reibold: Znanstvenica s Tehničkog sveučilišta u Dresdenu koja je vodila istraživanje nanocijevi.
Michael Faraday: Britanski znanstvenik koji je s Jamesom Stodartom istraživao wootz.
Pavel Anosov: Ruski metalurg koji je u 19. stoljeću pokušavao obnoviti bulat.

Što se zna

Damaščanske oštrice kovane su od indijskog lijevanog čelika wootz s oko jedan i pol posto ugljika.
Šara nastaje od traka sitnih zrnaca cementita koje prolaze kroz cijelu oštricu.
Trake se stvaraju pri ponovljenom kovanju samo ako čelik sadrži tragove vanadija ili sličnih primjesa.
Verhoeven i Pendray izradili su oštrice sa šarom kakvu imaju stare sablje.
U sablji iz 17. stoljeća pronađene su ugljikove nanocijevi i nanožice cementita.

Otvorena pitanja

Koja su točno indijska nalazišta rude davala čelik s pravim primjesama?
Jesu li kovači primjese dodavali namjerno, primjerice odabirom drva ili lišća u posudi, ili su ih dobivali slučajno s rudom?
Koliko su nanocijevi stvarno pridonosile čvrstoći i savitljivosti oštrica?

Teorije

Umijeće je nestalo kad su se iscrpila nalazišta rude s potrebnim primjesama, pa postupak više nije davao šaru.
Presudan je bio način kovanja pri niskim temperaturama, koji se prenosio usmeno i nestao s posljednjim majstorima.
Nestanku su pridonijeli i promjena sirovine i prekid trgovine i majstorske predaje, pa umijeće nije bilo moguće obnoviti.