Şam kılıçlarının sırrı

Şam çeliği kılıçları, büyük sertlikleri, azimleri ve “neredeyse sonsuz” kenarlarıyla efsaneviydi. İpeği kesebilir ve ayrıca bir kayayı kırabilirlerdi. Sultan Selahaddin, bir kılıç gösterisinde Aslan Yürekli Richard’ı etkiledi. Padişahın ince, hafif ve Şam çeliğine özgü donuk mavi rengi, yumuşak bir tüy yastığına batmayı başardı.

Demirciler ve metalurji uzmanları, onları en kanlı ve en arzu edilen silah yapan sırrı yüzyıllarca aradılar. Ancak Şam çeliklerinin üretim tekniğine hakim olmak yüzyıllar almıştır.

Bugünlerde, dünyanın en gelişmiş laboratuvarlarında, neredeyse sonsuz sertliği ve dayanıklılığı birleştiren çelikler elde ediyoruz, Haçlı Hıristiyanlarının dövme işlemini Lucifer’e atfettiği efsanevi malzemenin yapısını yeniden yaratıyoruz.

Katanas, Toledo çeliği ve Şam çeliği

Tıpkı Orta Çağ’da tüm Avrupa’da bilinen Japon samuraylarının veya İspanyol Toledo çeliğinin katanalarını dövmek için kullanılan gizli işlemler gibi, Şam çeliğinin üretimi de metalürjistler tarafından yüzyıllar boyunca nesilden nesile aktarıldı. Bu teknikler günümüzde kaybolmuştur, ancak bu değişebilir.

Düsseldorf’taki prestijli Max-Planck-Institut für Eisenforschung’dan (MPIE) yakın tarihli bir bilimsel yayın, Şam çeliğinin üretim ilkelerini taklit ederek, daha modern çeliklerin özelliklerinin aşılabileceğini, ancak yalnızca ucuz ve kolay elde edilen hammaddelerin kullanıldığını gösteriyor. .

İç yapısının sırrı

Demirin insanlar tarafından kullanılması dünyayı değiştirdi. Ve çelik temelde bir demir ve karbon alaşımıdır.

Puddled çelikler olarak bilinen ilk demir bazlı malzemeler, MÖ 200 civarında Hindistan’da ortaya çıktı. Ve. C. Bu çelikler, çeşitli doğal kaynaklardan karbon ile karıştırılmış sünger demirin dövülmesiyle elde edildi.

Aynı zamanda, Çinli metalürjistler demir döküme benzer bir şey geliştiriyorlardı. Bununla birlikte, yüksek karbon içeriği, bu malzemeyi inanılmaz derecede kırılgan ve dolayısıyla büyük ölçüde işe yaramaz hale getirdi.

Şam çeliğinin mahremiyetine baktığımızda, dövüldüğünde, sünek katmanların (kolayca deforme olabilen) sert katmanlarla (daha kırılgan) dönüşümlü olarak kullanıldığı ve çok daha üstün mekanik özelliklere yol açan bir mikro yapılar hiyerarşisinin yaratıldığını keşfettik. Şam’dakilere, diğer çeliklerden.

Üretimleri sırasındaki difüzyon süreçleri, levhaları çok esnek hale getirerek, değişim ve dönüşümlere izin verirken aynı zamanda inanılmaz derecede sert hale getirdi.

Bununla birlikte, 1000 yılı aşkın bir süredir, bu çeliklerin üretim maliyeti, kullanımlarının bıçak, jilet ve kılıç gibi çok keskin bir kenara ihtiyaç duyulan çok özel durumlarla sınırlı olduğu anlamına geliyordu. Saat yayları gibi küçük, karmaşık parçalar yapmak için de kullanılıyordu.

19. yüzyılın sonunda, Bessemer işlemi gibi modern çelik üretim tekniklerinin icadı ile insanlar, bugün bildiğimiz yapısal malzemeye benzer çelikler üretebildiler.

Modern çelik üretim süreci

21. yüzyıl şimdiye kadar bu alanda bir dizi ilerlemeyi beraberinde getirdi. İki örnek olarak 3D baskı ve temperleme ve bölme gibi yeni ısıl işlemleri alabiliriz (söndürme ve bölümleme veya Q&P), şu anda IMDEA Malzeme Enstitüsünde incelenen iki üretim yöntemi.

Mevcut araştırmanın temel amacı, hafif çelik saclarda yalnızca gelişmiş mekanik özellikler göstermekle kalmayıp, aynı zamanda şekillenebilirlik ve kaynaklanabilirlik ile birlikte yorulma, kırılma ve şok direnci gibi uygulamayla ilgili özellikler sergileyen mikro yapılar oluşturmaktır.

Çok yakın bir zamanda IMDEA Materials, yapısal uygulamalar için karbon çeliklerinin 3D baskısı alanında da aktif araştırmalara başladı. Karmaşık şekilli çelik parçaların nihai uygulamasına uygun, çeşitli özelliklere sahip parçaların işlenmesine odaklanır.

Geçmişin derslerine geri dön

Bu tür araştırmalar günümüzün çelik üretiminin ön saflarında yer alsa da, bir bakıma hala geçmişin metalürjistlerini yakalamaya çalışıyoruz.

Yukarıda alıntılanan MPIE yayınında, metalurji uzmanları sünek ve sert katmanları değiştirerek binlerce yıl önceki hiyerarşik yapısal üretim sürecini kopyalayabildiler.

Araştırmacılar, 2.000 MPa’ya dayanabilen, ancak herhangi bir modern teknikten çok daha yüksek, %25’lik bir deformasyona sahip bir çelik üretmeyi başardılar.

Bu başarıyı bir perspektife oturtmak için, en güçlü çelikler (olarak bilinen marangoz) şu anda havacılık endüstrisinde kullanılan, 2 500-2 600 MPa’ya ulaşabilir, ancak düşük deformasyon seviyesine (% 4-5) sahip olma dezavantajı vardır. Bu seviye, Şam çeliği işlemi kullanılarak elde edilenden çok daha düşüktür ve güçlü ancak kırılgan ve baskı veya darbe altında kırılabilen bir malzeme ile sonuçlanır.

Bu arada, Q&P tarafından üretilen çelikler, yaklaşık %14 oranında iyileştirilmiş süneklik gösterdi, ancak çeliklerin gösterdiği mukavemet pahasına marangoz1 500-1 600 MPa civarında ulaşır.

Yakın zamanda yayınlanan başka bir çalışmada Doğa MPIE bilim adamları tarafından da Şam kılıçları gibi hiyerarşik bir mikro yapının geliştirilmesine dayalı olarak, daha da iyi sonuçlar elde edilmektedir. Ancak bu son yayında, malzeme biliminin bize izin verdiği tüm topçu silahları kullanılıyor: birçok alaşım elementi (nadir ve daha pahalı) ve en modern 3D baskı teknolojisi.

Bununla birlikte, MPIE araştırmasının asıl başarısı, yalnızca kritik olmayan alaşım elementleri ile geleneksel dövme ve ısıl işlem teknolojilerine dayalı olarak elde edilen sonuçlardır.

Yapay zeka ve makine öğrenimine dayalı gelişmiş araçlar, çelik geliştirme ve imalatta deneme yanılma yaklaşımının yerini kademeli olarak alacaktır. Ancak, her zaman, ilerlemenin kibri, bizden öncekilerin dehasını ve bize öğretmek zorunda oldukları her şeyi görmemizi engellemez.