El acero de Damasco ( árabe : فولاذ دمشقي) se refiere al acero de crisol con alto contenido de carbono de las hojas de espadas históricas forjadas mediante el proceso wootz en Oriente Próximo , caracterizado por patrones distintivos de bandas y moteado que recuerdan al agua fluyendo, a veces en un patrón de "escalera" o "rosa". El "acero de Damasco" desarrolló una gran reputación por ser duro, resistente a la rotura y capaz de ser afilado hasta obtener un borde afilado y resistente. [1]
El término "acero de Damasco" tiene sus orígenes en la ciudad medieval de Damasco, Siria , tal vez como un ejemplo temprano de marcaje . Sin embargo, ahora existe un acuerdo general de que muchas de las espadas, o al menos los lingotes de acero a partir de los cuales se forjaban, se importaban de otros lugares. Originalmente, provenían del sur de la India , donde se desarrollaron por primera vez las técnicas de fabricación de acero utilizadas, [2] [3] o de Khorasan , Irán . [4]
La reputación y la historia del acero de Damasco han dado lugar a muchas leyendas, como la capacidad de atravesar el cañón de un rifle o de cortar un cabello que cae sobre la hoja. Aunque muchos tipos de acero modernos superan a las antiguas aleaciones de Damasco, las reacciones químicas en el proceso de producción hicieron que las hojas fueran extraordinarias para su época, ya que el acero de Damasco era muy flexible y muy duro al mismo tiempo.
Los métodos utilizados para crear el acero de Damasco medieval desaparecieron a finales del siglo XIX. Los fabricantes de acero y los metalúrgicos modernos lo han estudiado en profundidad, han desarrollado teorías sobre cómo se producía y se han logrado avances significativos. Si bien no se ha reproducido el patrón exacto del acero de Damasco medieval, se han hecho muchas versiones similares, utilizando técnicas similares de laminación, bandas y estampado. Estas reproducciones modernas también se han denominado acero de Damasco o "Damasco moderno".
El origen del nombre "acero de Damasco" es controvertido. Los eruditos islámicos al-Kindi (nombre completo Abu Ya'qub ibn Ishaq al-Kindi, circa 800 d. C. - 873 d. C.) y al-Biruni (nombre completo Abu al-Rayhan Muhammad ibn Ahmad al-Biruni, circa 973 d. C. - 1048 d. C.) escribieron sobre espadas y acero fabricado para espadas, basándose en su apariencia superficial, la ubicación geográfica de producción o forja, o el nombre del herrero, y cada uno menciona espadas "damasquinadas" o "de damasco" en cierta medida.
Según Al-Kindi y Al-Biruni, existen tres fuentes potenciales para el término "Damasco" en el contexto del acero:
La explicación más común es que el acero recibe su nombre de Damasco, la capital de Siria y una de las ciudades más grandes del antiguo Levante . En Damasco, donde se vendían muchas de estas espadas, no hay evidencia de producción local de acero al crisol, aunque sí hay evidencia de acero importado que se forjaba en espadas en Damasco. [7] [8] El nombre podría haber sido una forma temprana de marca .
"Acero de Damasco" puede referirse a espadas fabricadas o vendidas directamente en Damasco, o simplemente a aquellas con patrones de superficie distintivos en las espadas, de la misma manera que las telas de Damasco (también llamadas así por Damasco), [9] [10] obtuvieron su nombre.
Las hojas de Damasco se fabricaron por primera vez en Oriente Próximo a partir de lingotes de acero wootz que se importaban del sur de la India (actual Telangana Tamil Nadu y Kerala ). [11] Al Kindi afirma que el acero de crisol también se fabricaba en Khorasan [4], conocido como Muharrar, [12] además del acero que se importaba. [5] También hubo producción nacional de acero de crisol fuera de la India, incluyendo Merv (Turkmenistán) y Yazd , Irán. [13] [14]
Además de usarse para fabricar hojas en la India (particularmente en Golconda) y Sri Lanka, el wootz /ukku se exportaba como lingotes a varios centros de producción, incluidos Khorasan e Isfahán , donde el acero se usaba para producir hojas, así como a todo el Medio Oriente.
Los árabes introdujeron el acero wootz en Damasco, donde prosperó una industria armamentística. [15] Desde el siglo III hasta el siglo XVII, se enviaban lingotes de acero a Oriente Medio desde el sur de la India. [16]
El hierro bin , que producen los bárbaros occidentales [Xi Fan 西番], es especialmente fino. El Bao zang lun afirma: 'Hay cinco tipos de hierro... [Los dos primeros provienen de Hubei y Jiangxi.] El hierro bin se produce en Persia [Bosi 波斯]; es tan duro y afilado que puede cortar oro y jade... [Los dos últimos tipos provienen de Shanxi y el suroeste.] [17]
—Li Shizhen
La reputación y la historia del acero de Damasco han dado lugar a muchas leyendas, como la capacidad de atravesar el cañón de un rifle o de cortar un cabello que cae sobre la hoja. Aunque muchos tipos de acero modernos superan a las antiguas aleaciones de Damasco, las reacciones químicas en el proceso de producción hicieron que las hojas fueran extraordinarias para su época, ya que el acero de Damasco era muy flexible y muy duro al mismo tiempo.
Los ejemplos existentes de espadas de acero al crisol estampadas a menudo estaban templadas de tal manera que conservaban una curvatura después de flexionarse más allá de su límite elástico . [18]
La espada que Beowulf usó para matar a la madre de Grendel en la historia Beowulf fue descrita en algunas traducciones al inglés moderno como "damasquinada". [19] [20]
Un error muy común es creer que el acero se endurecía clavándolo seis veces en la espalda y los muslos de un esclavo. Esto se originó en un artículo de la página 28 del Chicago Tribune del 4 de noviembre de 1894 titulado Tempering Damascus Blades (Templado de cuchillas de Damasco). La nota afirma que un tal "Prof. von Eulenspiegel" encontró un pergamino "entre las ruinas de la antigua Tiro". "Eulenspiegel" es el nombre del legendario bromista de la Alemania medieval. [21]
El acero valyrio ficticio excepcionalmente fuerte mencionado en la serie de libros de George RR Martin Canción de hielo y fuego , así como su adaptación televisiva Juego de tronos , parece haber sido inspirado por el acero de Damasco, pero con un toque mágico. [22] Al igual que el acero de Damasco/ Wotz , el acero valyrio también parece ser un arte perdido de una civilización antigua. Sin embargo, a diferencia del acero de Damasco, las hojas de acero valyrio no requieren mantenimiento y no pueden dañarse durante el combate normal.
Verhoeven, Peterson y Baker completaron la caracterización mecánica de una espada de Damasco, realizando pruebas de tracción y pruebas de dureza . [23] Encontraron que el acero de Damasco era algo comparable a las barras de acero laminadas en caliente con 1,0 % en peso de carbono con respecto a las propiedades mecánicas. La resistencia a la fluencia promedio de 740 MPa fue mayor que la resistencia a la fluencia del acero laminado en caliente de 550 MPa, y la resistencia a la tracción promedio de 1070 MPa fue mayor que la resistencia a la tracción del acero laminado en caliente de 965 MPa.
Estos resultados probablemente se deban al espaciado más fino de la perlita en el acero de Damasco, lo que refina la microestructura. El alargamiento y la reducción del área también fueron ligeramente superiores a los promedios del acero laminado en caliente. Las mediciones de dureza Rockwell del acero de Damasco oscilaron entre 62 y 67. Estas propiedades mecánicas fueron consistentes con las propiedades esperadas de los aceros constituyentes del material, y se ubicaron entre los límites superior e inferior creados por los aceros originales.
Otro estudio investigó las propiedades del acero de Damasco producido a partir de acero 1075 y acero 15N20, que tienen cantidades aproximadamente iguales de carbono, pero el acero 15N20 tiene notablemente un 2 % en peso de níquel. [24] El acero 1075 es conocido por su alta resistencia, pero baja tenacidad, con una microestructura perlítica , y el acero 15N20 es conocido por su alta tenacidad con una microestructura ferrítica. Se caracterizaron las propiedades mecánicas del acero de Damasco laminado resultante, en muestras con 54 pliegues en producción, así como en muestras con 250 pliegues.
Las pruebas de impacto Charpy V-notch mostraron que las muestras de 54 pliegues tenían una tenacidad al impacto de 4,36 J/cm2 , mientras que las muestras de 250 pliegues tenían una tenacidad al impacto de 5,49 J/cm2 . Las pruebas de tracción mostraron que las resistencias a la fluencia y las elongaciones para ambas muestras eran similares, en alrededor de 475 MPa y 3,2% respectivamente. Sin embargo, la resistencia máxima de las muestras de 54 pliegues fue notablemente menor que la de las muestras de 250 pliegues (750 MPa frente a 860 MPa). Este estudio mostró que el proceso de plegado tiene un impacto significativo en las propiedades mecánicas del acero, con un aumento de la tenacidad a medida que aumenta el número de pliegues. [24] Este efecto probablemente se deba al adelgazamiento y refinamiento de la microestructura, y para lograr propiedades óptimas, el acero debe doblarse unos cientos de veces.
Estudios posteriores del acero de Damasco crearon otros aceros que mostraron resultados similares, lo que confirma que el aumento de los pliegues da como resultado una mayor resistencia al impacto y tenacidad, y extienden este hallazgo para que sea consistente a temperaturas más altas. [25] También comparan las propiedades mecánicas del Damasco con los materiales originales, y encuentran que las propiedades del acero de Damasco se encuentran entre las de los dos aceros constituyentes, lo que es consistente con las propiedades del material compuesto.
El procesamiento y el diseño de las láminas y bandas también pueden tener un efecto significativo en las propiedades mecánicas. Independientemente de la temperatura de revenido y del líquido en el que se enfría el acero, la resistencia al impacto del acero de Damasco cuando el impacto es perpendicular a la orientación de la banda es significativamente mayor que la resistencia al impacto cuando el impacto es paralelo a la orientación de la banda. [26]
Esto se debe a los mecanismos de falla y fractura del acero de Damasco, donde las grietas se propagan más rápido a lo largo de las interfaces entre los dos aceros constituyentes. Cuando el impacto se dirige en paralelo a las bandas, las grietas pueden propagarse fácilmente a lo largo de las interfaces de laminación. Cuando el impacto se dirige en perpendicular a las bandas, las interfaces de laminación están protegidas de manera efectiva, desviando las grietas y aumentando la energía necesaria para que las grietas se propaguen a través del material. La orientación de las bandas debe elegirse para proteger contra la deformación y aumentar la tenacidad.
La identificación del acero de crisol "Damasco" en base a las estructuras metalúrgicas [27] es difícil, ya que el acero de crisol no se puede distinguir de forma fiable de otros tipos de acero mediante un solo criterio, por lo que se deben tener en cuenta las siguientes características distintivas del acero de crisol:
Según estas definiciones, las recreaciones modernas [7] del acero de crisol son consistentes con los ejemplos históricos.
Hierro fundido : Es producido por los bárbaros occidentales. Algunos [tipos] tienen un patrón en espiral, mientras que otros tienen un patrón de semillas de sésamo o de copos de nieve. Cuando se limpia un cuchillo o una espada y se trata con alumbre de "hilo de oro", [el patrón] aparece. Su valor es mayor que el de la plata. [28]
—Cao Zhao
Durante el proceso de fundición para obtener lingotes de acero de lana, se sabe que se han utilizado biomasa leñosa y hojas como aditivos carburantes junto con ciertos tipos específicos de hierro rico en elementos de microaleación . Estos lingotes luego se forjarían y se trabajarían para obtener hojas de acero de Damasco. Las investigaciones actuales muestran que los nanotubos de carbono pueden derivarse de fibras vegetales, [29] lo que sugiere cómo se formaron los nanotubos en el acero. Algunos expertos esperan descubrir dichos nanotubos en más reliquias a medida que se analicen más de cerca. [30]
También se mencionó que el Wootz se fabricó a partir de un proceso de cofusión utilizando "shaburqan" (acero duro, probablemente hierro fundido blanco) y "narmahan" (acero blando) por Biruni, [31] ambos eran formas de hierro bloomery de alto y bajo carbono, o bloomery de bajo carbono con hierro fundido. [32] En una receta de crisol de este tipo, no es necesario agregar material vegetal para proporcionar el contenido de carbono requerido y, como tal, los nanocables de cementita o nanotubos de carbono no habrían sido el resultado de fibras vegetales.
Un equipo de investigación en Alemania publicó un informe en 2006 que revelaba nanocables y nanotubos de carbono en una hoja forjada con acero de Damasco, [33] [30] [34] aunque John Verhoeven de la Universidad Estatal de Iowa en Ames sugiere que el equipo de investigación que informó sobre nanocables en acero al crisol estaba viendo cementita , que puede existir en forma de varillas, por lo que podría no haber nanotubos de carbono en la estructura en forma de varilla. [35]
La producción de estas espadas estampadas fue disminuyendo gradualmente, hasta detenerse alrededor de 1900, y el último registro data de 1903 en Sri Lanka, documentado por Coomaraswamy . [27] Algunos armeros durante los siglos XVIII y XIX usaban el término "acero de Damasco" para describir sus cañones de armas soldados con patrones, pero no usaban acero al crisol. Varias teorías modernas se han aventurado a explicar esta disminución:
El descubrimiento de supuestos nanotubos de carbono en la composición del acero de Damasco, de ser cierto, podría apoyar la hipótesis de que la producción de wootz se detuvo debido a una pérdida de fuentes de mineral o de conocimiento técnico, ya que la precipitación de nanotubos de carbono probablemente resultó de un proceso específico que puede ser difícil de replicar si la técnica de producción o las materias primas utilizadas se alteran significativamente. [37] La afirmación de que se encontraron nanocables de carbono no ha sido confirmada por estudios posteriores, y existe controversia entre los académicos sobre si los nanocables observados son en realidad balsas estiradas o varillas formadas a partir de esferoides de cementita. [35]
Los intentos modernos de duplicar el metal no siempre han sido completamente exitosos debido a las diferencias en las materias primas y las técnicas de fabricación, pero varias personas en los tiempos modernos han producido con éxito acero al crisol hipereutectoide que forma patrones con bandas de carburo visibles en la superficie, consistentes con el acero de Damasco original. [7] [8] [38]
Los arqueólogos han intentado recrear el acero de Damasco mediante la arqueología experimental . Muchos han intentado descubrir o aplicar ingeniería inversa al proceso mediante el cual se fabricó.
Dado que la conocida técnica de soldadura de patrones (la soldadura en forja de una hoja a partir de varias piezas diferentes) producía patrones superficiales similares a los que se encuentran en las hojas de Damasco, algunos herreros modernos creyeron erróneamente que las hojas de Damasco originales se fabricaban utilizando esta técnica. Sin embargo, hoy en día, la diferencia entre el acero wootz y la soldadura de patrones está completamente documentada y bien entendida. [39] [40] [41] El acero soldado con patrones se conoce como "acero de Damasco" desde 1973, cuando el herrero William F. Moran presentó sus "cuchillos de Damasco" en la feria Knifemakers' Guild Show. [42] [43]
Este "Damasco moderno" está hecho de varios tipos de láminas de acero y hierro soldadas entre sí para formar un tocho , y actualmente, el término "Damasco" (aunque técnicamente incorrecto) es ampliamente aceptado para describir las hojas de acero soldadas con patrones modernos en el comercio. [44] Los patrones varían según cómo el herrero trabaja el tocho. [43] El tocho se estira y se dobla hasta que se forma el número deseado de capas. [43] Para obtener una calificación de Maestro Herrero con la Sociedad Estadounidense de Herreros que Moran fundó, el herrero debe forjar una hoja de Damasco con un mínimo de 300 capas. [45]
JD Verhoeven y AH Pendray publicaron un artículo sobre sus intentos [46] de reproducir las características elementales, estructurales y visuales del acero de Damasco. [7] Comenzaron con una torta de acero que coincidía con las propiedades del acero wootz original de la India, que también coincidía con varias espadas originales de Damasco a las que Verhoeven y Pendray tuvieron acceso.
El acero wootz se encontraba en un estado blando y recocido , con una estructura de grano y perlas de carburo de hierro puro en esferoides de cementita, que eran resultado de su estado hipereutectoide . Verhoeven y Pendray ya habían determinado que los granos de la superficie del acero eran granos de carburo de hierro; su objetivo era reproducir los patrones de carburo de hierro que vieron en las hojas de Damasco a partir de los granos del acero wootz.
Aunque este material se podía trabajar a bajas temperaturas para producir el patrón estriado de Damasco de bandas esferoidales de ferrita / perlita y cementita entremezcladas de una manera idéntica al acero de Damasco soldado con patrón, se pensaba que cualquier tratamiento térmico suficiente para disolver los carburos destruiría permanentemente el patrón. Sin embargo, Verhoeven y Pendray descubrieron que en muestras de acero de Damasco auténtico, el patrón de Damasco se podía recuperar mediante ciclos térmicos y manipulación térmica del acero a una temperatura moderada. [47]
Descubrieron que ciertos elementos formadores de carburo, uno de los cuales era el vanadio, no se dispersaban hasta que el acero alcanzaba temperaturas más altas que las necesarias para disolver los carburos. Por lo tanto, un tratamiento térmico intenso podía eliminar la evidencia visual de la formación de patrones asociada con los carburos, pero no eliminaba la formación de patrones subyacente de los elementos formadores de carburo.
Un tratamiento térmico posterior a menor temperatura, a una temperatura en la que los carburos volvieran a ser estables, podría recuperar la estructura mediante la unión del carbono con esos elementos y provocar la segregación de esferoides de cementita en esas ubicaciones.
El ciclo térmico posterior al forjado permite la agregación de carbono sobre estos formadores de carburo, ya que el carbono migra mucho más rápidamente que los formadores de carburo. El ciclo térmico progresivo conduce al engrosamiento de los esferoides de cementita a través de la maduración de Ostwald .
En Rusia, las crónicas registran el uso de un material conocido como acero bulat para fabricar armas muy valoradas, incluidas espadas, cuchillos y hachas. Se dice que el zar Miguel de Rusia mandó fabricar un casco bulat en 1621. Se desconoce el origen exacto o el proceso de fabricación del bulat, pero es probable que se importara a Rusia a través de Persia y Turkestán, y que fuera similar y posiblemente igual al acero de Damasco. Pavel Petrovich Anosov reprodujo con éxito el proceso a mediados del siglo XIX. Wadsworth y Sherby también investigaron [8] la reproducción del acero bulat y publicaron sus resultados en 1980.
Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Dresde que utilizó rayos X y microscopía electrónica para examinar el acero de Damasco descubrió la presencia de nanocables de cementita [48] y nanotubos de carbono . [33] Peter Paufler, miembro del equipo de Dresde, dice que estas nanoestructuras son el resultado del proceso de forjado. [30] [49]
Sanderson propone que el proceso de forjado y recocido explica las estructuras a escala nanométrica. [49]
Investigadores alemanes han estudiado la posibilidad de fabricar acero de Damasco de alta resistencia mediante técnicas de fabricación aditiva por láser en lugar del plegado y forjado tradicionales. [50] Las muestras resultantes exhibieron propiedades mecánicas superiores a los antiguos aceros de Damasco, con una resistencia a la tracción de 1300 MPa y un alargamiento del 10%.
Antes de principios del siglo XX, todos los cañones de las escopetas se forjaban calentando tiras estrechas de hierro y acero y dándoles forma alrededor de un mandril . [51] [52] Este proceso se conocía como "laminado" o "Damasco". [51] [52] Este tipo de cañones se ganaron una reputación de debilidad y nunca estuvieron destinados a ser utilizados con pólvora sin humo moderna o cualquier tipo de explosivo moderadamente potente. [52] Debido a la semejanza con el acero de Damasco, los fabricantes de armas belgas y británicos fabricaron cañones de gama alta. [51] [52] Estos cañones tienen la marca de prueba y están destinados a usarse con cargas de presión ligeras. [51] Los fabricantes de armas actuales fabrican conjuntos de correderas y piezas pequeñas como gatillos y seguros para pistolas Colt M1911 a partir de acero sueco en polvo, lo que da como resultado un efecto de dos tonos arremolinado; estas piezas a menudo se denominan "Damasco inoxidable". [53]
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