Studi del Prof.Panseri sugli Acciai

Moderatore: Moderatore Area Tecnica

Rispondi
Avatar utente
Aldebaran
Messaggi: 5801
Iscritto il: 31/03/2010, 18:26
Località: Milano - Chieti
Contatta:

Studi del Prof.Panseri sugli Acciai

Messaggio da Aldebaran »

In questo post relativo al thread sull'acciaio Bergamasco Pininera iniziata una discussione tra me e Andreat63 riguardo gli studi sull'acciaio wootz .
Non sapendone quanto Andrea in merito, da buono scolaretto mi son messo a studiare e questo e' il resoconto.

Studi sulla lavorazione del Damasco.

In Europa non sono mai state utilizzate tecniche di laminazione o damascatura gli unici casi sono reperibili in rare lame danesi di epoca alto medievale ma la qualita' e la tipologia di lavoro era infinitamente meno raffinata. I turchi sono gli unici ad aver sviluppato tecniche simili ma molto piu rozze ed inefficaci. La differenza fondamentale tra le lame giapponesi e tutte le altre (senza esclusione alcuna) e' che mentre per "le altre" si parla di tecnica per le lame giapponesi si puo' tranquillamente parlare di tecnologia.
I coltelli che hai listato sono di metallo damascato , si tratta di un procedimento moderno che risale ai primi del '900, con cui si e' sviluppato un sistema per produrre barre di ferro a struttura differenziata da cui poi ricavare lame tramite la scolpitura del materiale. La lama giapponese nasce damascata e non proviene da barre grezze prelavorate, ogni lama e' prodotta singolarmente con raffinati processi di ribattitura del metallo che producono la stratificazione.

Immagine

Immagine

Le moderne lame damascate preovengono da barre di materiale che viene scavato dal pieno per ottenere la forma desiderata.
Le lame nihonto si producono invece tramite la lavorazione di un blocco di Tamahagane (acciaio giapponese) il quale viene ribattuto su se stesso fino a quindici volte producendo una finissima laminazione composta da circa 20.000 strati metallici. Durante la fase di battitura al maglio viene definita la forma generale della spada. Insomma un conto e' scolpire , un altro e' forgiare.
Le lame moderne presentano una damascatura omogenea proprio per questo motivo: provengono da blocchi damascati industriali.
Inoltre e' a tutti noto che la lama giapponese e' composta da vari tipi di acciaio alcuni piu' duri altri piu' elastici che , andando a comporrne la struttura sezionale, la rendono assai piu' complessa di qualunque lama composta da un unico omogeneo materiale.

Nel Tamahagane (l'acciaio giapponese) le impurita' e i metalli diversi dall'acciaio vengono espulse dal martello del forgiatore per ottenere un acciaio purissimo e omogeneo.
Vengono prodotti principalmete due tipi di acciaio che vengono forgiati insieme (come meglio spiegato nel tread segnalato da Kentozazen)
Il primo acciaio (detto Kawagane) e' un acciaio che viene lavorato per assumere la massima flessibilita' e resistenza.
il secondo tipo invece e' lavorato e ripiegato su se stesso fino a 15 volte: questo crea una stratificazione dell'acciaio di circa 20000 livelli, se pensiamo che questi 20000strati sono compressi in circa 5-6 mm si raggiunge uno spessore di ogni strato dell'ordine di una molecola. Questo super acciaio ha una qualita' in termini di impurita' contenute e di omogeneita' del materiale che non e' riproducibile neanche con i piu' avanzati altoforni moderni. I giapponesi hanno iniziato a produrlo nel'anno 1000.
Questo acciaio puo' essere temprato a un altissima temperatura senza spezzarsi e quindi raggiunge una durezza incredibile. Piu' un metallo e' duro e piu' puo' essere affilato in modo efficace.
Duro significa anche meno resistente, ed e' per questo che le lame vengono prodotte con un anima interna di acciaio del primo tipo, elastico, che assorbe e resiste agli urti e un acciaio esterno del secondo tipo che puo' essere affilato in modo incredibile.

Il risultato finale mostra la Hada, cioe' l'effetto "simil-damasco" che presentano le lame giapponesi: essa non e' segno delle impurita' dei materiali come nelle lame damasco ma e' l'evidenza che il materiale e' stato ripiegato e lavorato in modo unico.
La hada mostra la complessita' di un grande lavoro e la bellezza di una trama naturale come quella del legno impressa con grande arte e fatica dal forgiatore stesso.

Studi sul Damasco del Prof.Panseri

I testi del Prof. Carlo Panseri vengono studiati in tutto il mondo e nei Politecnici Italiani è stato anche il fondatore dell’Istituto Sperimentale Metalli Leggeri-ISML,è stato poi uno dei primi (e comunque l'unico italiano) a dedicarsi allo studio scientifico delle Nihonto ed in particolare del damasco presso le varie tradizioni, tra le sue pubblicazioni spicca anche un saggio dedicato ad una lama di Suishinshi Masahide.


Il prof Panseri chiari'alcuni punti in merito al testo appena esposto.

1.A Milano e Brescia nel medioevo erano due centri fabbrili di prim'ordine e venivano prodotte lame sopraffine in acciaio damasco con la stessa tecnica delle spade giappone si solo con la differenza che le piegatura erano inferiori e quindi gli strati minori (scusate il gioco di parole), queste lame erano destinate ai crociati pre così dire di alto grado.

2.Di lame moderne ci sono di due tipi:
-damasco industriale:quello che ha detto giustamente kento
-damasco artigianale:prodotto a mano partendo da un pacchetto di acciai con diverse qualità per elasticità e durezza, come facevano i giapponesi ma solo partendo da barre e non da un blocco che contiene fusi insieme i vari tipi di acciai.

il forgiatore di damasco atigianale oltre alle ripiegature(necessarie per aumentare gli strati del damasco) tramite torsioni o punzoneture ecc. ricava un disegno che poi verrà evidenziato passando la lama finita in acido nitrico o altro acido, il forgiatore giapponese prendeva in considerazione, giustamente, solo le qualità meccaniche ripiegando soltanto la barra più volte anche 15 per ottenere una lama molto compatta e trascurava il lato etstetico che come ben sapete aveva altre componenti (hamon, utsuri....ecc), quindi la trama (hada) del damasco era irregolare.
Nel damasco i segni non sono le impurità ma i diversi tipi di acciaio che vengono "erosi" in modo diverso dall'aciodo in cui le lame vengono immerse, al contrario se le lame non verranno immerse in alcun acido non si vedrà alcuna trama se non con una lama lucidatissima come sono la spade giapponesi!
RIASSUMENDO:
-anche noi italiani conoscievamo i segreti della metallurgia anche se lievemente inferiore a quella giapponese
-il damasco artigianale se ben forgiato e temprato può avere ancora le proprieta mecc. dell'acciaio giapponese
-le lame di coltelli ,con una evidente damascatura, sono stati immersi in un acido altrimenti la trama sarebbe visibile solo con lama lucidissima
-hada=damascatura
ecco una lama da me forgiata in damasco,grezza.
Immagine

Immagine

Studi del Panseri sull'acciaio Wootz.

I primi scavi di origine Etrusca, nel periodo delle Crociate, hanno evidenziato che la produzione di lame era tale che venivano esportate tramite il porto di Talamone, per chi fosse interessato consiglio una visita a Rocca di S. Silvestro antica rocca a Palmeto nel comune di Campiglia Marittima, si vedono ancora i resti di un'antica fucina, probabilmente Templare.

I luoghi di approvvigionamento del ferro per la produzione. La maggior parte della materia prima per la costruzione delle "damasco", almeno nel periodo d'oro della produzione delle stesse, cioè XIII - XVI sec, era iraniano. Tale materiale, seppur adatto alla costruzione, aveva, ed ha ancora, una percentuale di "scorie", zolfo sopratutto, notevole e necessitava perciò di lavorazioni atte a ridurne la quantità. Si dice che da ciò nasca l'usanza di ripiegare e battere, per espellere le impurità.
A me risulta che il minerale usato in persia-india era molto ricco di fosforo, non di zolfo.

Lo zolfo è un fattore di fragilità nelle lame, e prima della metallurgia moderna nn mi risulta che si conoscessero tecniche per ridurlo entro i limiti per fare buone lame. il fosforo interferisce meno in questo peggioramento, e con le piegature viene espulso e ridotto a livelli che nn interferisce in modo sensibile con le prestazioni della lama. e in più conferisce proprietà antiruggine.
la colonna indiana detta di asoka, risalente ai primi sec. d.c., è di ferro (non ghisa) ricco di fosforo e dopo più di un millennio nn ha ruggine, nonostante il clima monsonico. come abbiano fatto a fondere una quantità tale di ferro senza arricchirlo di carbonio, non si sa .

Mi permetto di dare qualche informazione, per meglio capire le differenze tra acciaio damasco (bollito) e l'acciaio ripiegao delle nihonto.

Innanzitutto bisogna capire cosa crea la trama del damasco e dell'acciaio dei nihonto.

Molti pensano (io compreso, fino a non molto tempo fa) che la trama del damasco, resa più visibile con l'uso di acidi, fosse dovuta all'alternarsi di strati di acciai a diverso teore di carbonio. Quelli a più alto tenore risultano più chiari e quelli a più alto tenor di carbonio piu' scuri.

Non è così.

Sono state fatte prove di laboratorio e pare che bastino poche ripiegature (circa 4) per omogeneizzare il tenore di carbonio nel pacchetto. Infatti, alle tmprature alle qali si esegue la bollitura e la ripiegatura, la diffusione degli atomi di carbonio risulta molto veloce.

Quello che non viene omogeneizzato è il tenore degli altri elementi di lega (nickel, V, Mo, Cr ecc) i cui atomi hanno una velocità di diffusione molto inferiore rispetto a quella del carbonio.

Quindi, nel damasco bollito, la trama è dovuta all'ternarsi di strati di acciaio con uguale tenore di carbonio ma composizione chimica diversa. Quindi la trama è dovuta all alternanza di acciai con diversa temprabilità e quindi diversa struttura dopo la tempra e il rinvenimento.

Quindimentre uno strato può essere formato da sola martensite, un altro può essere formato da martensiteiù austenite residua più carburi, un altro da strutture miste, ecc.

La trama del damasco bollito viene messa in evidenza tramite l'uso di acidi, ma volendo, potrebe essere messa in evidenza anche con un adeguta politura.

Il damasco bollito richiede una maestria e competenza molto grandi e permette di ottenere ottimi risultati.

Inoltre con questa tecnica sipossono fare lame molto complesse, come tecnica costrttiva, mettendop insieme pacchetti diversi, ritocendoli, ecc.

Nel medioevo però non esisteva solo il damasco bollito, ma c'a anche il wootz.

Non so dirvi tanto sul wootz. Era una specie di acciaio al crogiolo, famoso perchè pare avesse doti meccaniche incredibili.

Sono stati fatti diversi studi su alcune lame in wootz autentico ma non si è mai arivati ad una coclusione defintiva riguardo al metodo di produzione. Ci sono ancor dubbi riguardo alla natura della trama.

John Verhoeven ha eseguito e pubblicato un interessante studio a riguardo e pare che la rama del wootz fosse dovuta alla segregazione di particelle sferoidali finissime di cementite.

Molti tentano ancora oggi di riprodure l'acciaio wootz. C'è chi afferma di esserci riuscito, ma a mio parere è difficile capire se si tratta veramente di wootz oppure no, proprio perchè non c'è mota chiarezza ne molti dati sull'argomento (almeno per uanto ne so io).

L'acciaio ripiegato delle nihonto è realizzato in maniera simile al damasco bollito. Ma i sono alcuen differenze importanti. Gli acciai di partenza sono diversi e invece di ripiegare acciai con diversa composizione si ripiegano acciai con la stessa composizione, per ottenere pacchetti a composizione omogenea.

M nonostante le differenze delle varie tecniche, lo scopo era sere lo stesso.

Ottenere lame con un basso tenore di impurità dannose (zolfo, piombo, fosforo, ecc), con un elevata flessibilità (ed eventulmente elasticità), resistenza agli urti d un eleva tenuta del filo.

Difficile dire quale tecnica possa dae i risultati migliori.

Bisognerebbe fare molte prove e comunque il numero di combinazioni possibili che si potrebbero fare utilizzando la tecnica del damasco bollito lascierebbe sepre la porta aerta a dubbi e incertezze.

In ogni caso credo sia sbagliato ritenere una tecnica superiore o più "raffinata" o complessa rispetto ad un altra.

E' interessante però capire bene differenze e similitudini tra le divere tecniche.

Ah, lo zolfo crea problemi perchè i solfuri di ferro sono bassofondenti (ovvero fondono a temprature decisamente inferiori rispetto all'acciaio e al ferro), quindi può dare grossi problemi durante la forgiatura. Con il continuo ripiegamento e allungamento dell'acciaio penso possa essere in parte eliminato (ma questo lo dico io). Oggi viene addizionato all'acciaio il manganese, che si lega allo zolfo formando solfuri che fondo a temperature più alte.

Gli ossidi e la calamina* si formano durante le lavorazioni a caldo. Tali ossidi però vengono eliminai con l'uso di sostanze apposite e con la forgiatura.

Per il damasco bollito si usa la borace, una polvere che fonde ad alte temprature ed evita la formazione degli ossidi di ferro.

Quando si va a ripiegare il pacchetto è necessario evitare la formazione di qualsiasi tipo di ossido, che altrimenti non permetterebbe di ottenere una buona saldatura, con conseguente delaminazione.

L'ossidazione superficiale ottenuta con gli acidi serve proprio per mettere meglio in risalto la trama, dato che gli strati che si alternano hanno strutture diverse.

Purtroppo non so bene da cosa dipenda la trama dell'aciaio ripiegato delle nihonto. E' possibile che ci siano delle similitudini con il damasco bollito. Infatti anche se si cerca di ottenere un pacchetto il più possibile omogeno, anche per le nihonto, le varie lamine potrebbero essere formate da tenori un po' diversi di Si e Mn (ed eventualemnte altri elementi di lega se presenti), che potrebbero influire sulla temprabilità.

Avevo letto che la trama delle nihonto è dovuta alla segregazione in bande di silicati.

Le linne chiare potrebbero essere silicati, o bande di austenite residua o altro. Senza prove metallografiche posso fare solo vaghe supposizioni.

Non capisco bene il discorso di ikkiù. La trama del damasco è dovuta dalle diverse strutture, dovute alla diversa composizione (ma non tenore di carbonio, nel caso vengano fatte almeno quattro ripiegature) e quindi diversa temprabilità, valori di Ms e Mf, diversa struttura all'austenizzazione.

Al color giallo non avviene un ordiamneto, ma piuttosto una diffusione degli atomi dei vari elementi di lega, Tale diffusione però veloce per il carbonio, mentre è lenta per gli atomi di altri elementi di lega come Mn, Ni, Si, Mo, V, ecc.

Ma non c'entrano gli ossidi.


*La calamina si forma in continuazione durante la ribattitura ed è ordinata dal raffreddamento superficiale .
Al di sotto della " crosticina " composta da ossido-carbonio ecc si ordina la magnetite e si forma ematite .

Uso il termine " ordina " perchè penso che di questo si tratti , di solito si ragiona per formazioni ma nel processo giapponese bisognerebbe inserire il concetto di ordinamento tra le varie strutture - composizioni - formazioni .

D'altronde , anche nei comuni damasco la damascatura emerge ed è visibile al calor giallo durante l'ultima fase del riscaldamento al termine del processo , in questa fase ( negli acciai al carbonio ) avvengono degli ordinamenti tra i vari strati precedentemente ordinati e si forma qualcosa di diverso .

Tali ossidi vanno eliminati perchè non permettono alle varie lamine di saldarsi adeguatamente, durant la ripiegatura.

Per il damasco bollito tali ossidi vengono eliminati spargendo sul pachetto la borace, che fondendo evita la formazione di tali ossidi.

Cosa succede quando fai il pacchetto? Scaldi l'acciaio, formato da strati di acciai diversi, a temprature di 1100°C circa, ripieghi il pacchetto su se stesso, lo allunghi e ripeti l'operazione finch non hai ragiunto il numero di strati voluti.

A queste temprature la diffusione degli atomi di carbonio è molto veloce. Quidi il tenore d carbonio diventa omogeno per tutto il pacchetto.

Ma gli atomi di altri elementi di lega, come Mn, Ni, Si, Mo, Cr, ecc, hanno velocità di diffusione molto più lente rispetto a quella degli atmo di carbonio.

Quindi, durante le ripiegature e le ribattiture la percetuale di carbonio nel pacchetto è omgenea, ma non quella degli altri lementi di lega, che, per dirla in maniera molto semplice, rimangono nelle loro lamine di partenza (ch comunque durante l ripiegatura si sovrappongono ad altre).

Cosa succede? Succede che alla fine il nostro pacchetto è formato da acciai con lo stesso tenore di carbonio, che durante la bollitura e ripiegatura si è diffuso in maniera abbastanza omogenea in tutto il pacchetto) ma i vari strati avranno diverso tenore di altri lementi di lega Mo, Ni, Cr, o altri, in base alla composizione degli acciai di partenza).

Quindi i vari strati avranno una diversa temprabilità e anche all'austenizzazione saranno formati da strutture diverse (ovvero tenore di carburi diverso).

Quando vai a temprare il pacchetto quindi gli strati che si alternano hanno strutture diverse, in base alla loro composizione (i vari elementi di lega influiscono slla temprabilità, sulle temperatura di inizio e fine trasformazione martensitica, sul diagramma Fe-C).

Quindi uno strato potrà essere formato da sola martensite, un altro da martensite più carburi primari indisciolti più austenite residua, un altro da martensite e carburi primari, ecc.

Ovviamente se una lama ha 512 strati, non è che ognuo dei 512 strati ha differente struttura e composizione perchè le varie lamine sono ottenute sovrapponendo tra loro, durante la ripiegatura, acciai divrsi. Ma durante la ripiegatura sono sempre gli stessi acciai che si sovrappongono.
andreat63
Messaggi: 919
Iscritto il: 15/07/2010, 11:29
Località: Moglia (MN)

Re: Studi del Prof.Panseri sugli Acciai

Messaggio da andreat63 »

in sintesi, l'hada delle nihonto, si evidenzia non per attacco acido, ma per abrasione con pietre di differente finezza e durezza, che non arrivano alla lucidatura vera e propria (che, come nel damasco moderno, distruggerebbe tale effetto).
l'hada non è dovuto alla stratificazione di diversi acciai, e neppure direttamente dalla piegatura di uno stesso acciaio. non ho trovato spiegazioni esaustive, ma pare che la responsabilità preminente dell'effetto hada, sia dovuto al silicio, per effetto dell'energico lavoro di forgia cui è sottoposto l'acciaio.
nei moderni damaschi, invece l'effetto marezzo è ottenuto bollendo diversi tipi di acciaio, contenenti diversi tipi di legante (es il 1095, che non ha cromo e poco manganese col k720, che ha un pò di cromo e molto manganese), facendo poche piegature (altrimenti il marezzo diverrebbe talmente fine da essere invisibile o quasi), poi torcendo la barra in vari modi (altrimenti si avrebbe delle semplici linee rette) e ribattendola.
discorso ancor più difficile, l'effetto marezzo delle lame in wootz, di cui si ipotizza che sia dovuta alla stratificazione della cementite nel panetto del wootz stesso. per mantenere tale effetto, il panseri ipotizza che, detto panetto, non fosse sottoposto ad acciaccatura, ma semplicemente "aperto" con un taglio a raggio fino al centro dello stesso e quindi direttamente fucinato a forma di lama. da cui le sue considerazioni sul fatto che tali lame non fossero gran chè, dal punto di vista soprattutto della resistenza meccanica.
considerazione non sostenibile, a mio parere, perchè nessun guerriero professionale, quali erano ad es. giannizzeri e mamelucchi dell'impero ottomano, va a rischiare la pelle con un arnese che rischia di rompersi con facilità. cosiderato che, di mazze, martelli d'arme, piastre protettive d'acciaio ne erano comunemente dotari i loro avversari.
Rispondi

Torna a “Damasco”