maanantai 7. heinäkuuta 2008

Poet in Steel.

Minulla ei ole kokemuksia sepäntaidoista, joten tässä on käsitelty miekan rakennetta pintaraapaisunomaisesti, eli toisin sanoen olen kertonut joitain asioita jotka on "good to know" vaikka vain käyttäisi miekkoja, sen sijaan että valmistaisi niitä itse. Toivottavasti osaavien seppien arvostus samalla hieman kasvaa..

Miekassa ei riitä pelkkä muoto ja tasapainotus, vaan lisäksi miekan on kestettävä melko kovaa rasitusta. Tämän saavuttaminen ei ole kovinkaan helppoa: Esimerkiksi itse olen muutaman kerran nähnyt, kuinka karkaisuvirhe on johtanut siihen, että miekka kirjaimellisesti sirpaloituu. - Karkaisuhan tehdään "säikyttämällä" kuuma teräs kastamalla se joko veteen tai öljyyn, jolloin se jäähtyy nopeasti. Tämä kovettaa rakenteen. Kun terä on väärässä karkaisussa muuttunut kauttaaltaan kovaksi ja joustamattomaksi, siitä on tullut samalla hauras. Karkaisematon miekka taas saa syviä lovia, ja jos terä vääntyy, se jää kyseiseen vääntyneeseen asentoon. Lisäksi huolimaton karkaisu voi johtaa siihen, että miekka murtuu erikoisesti: Jos miekka on ollut esim. vinossa, kun se on kastettu karkaisussa, se hajuaa tuon pinnan suuntaisesti, vaikka isku muutoin kohdistuisikin hieman eri tavalla.

Hyvä miekka ei sen sijaan murru, eikä väänny. Se palautuu suoraksi taivutuksen jälkeen. Paineen kestokin on toki tärkeä ominaisuus, mutta vielä tärkeämpi on terän kyky palautua muotoonsa.

Metallin rakenne riippuu siitä, miten paljon hiiltä rautaan on sitoutuneena;
1: Hiilipitoisuus takorauta, jota voidaan jälleen pehmentää kuumentamalla. Jos hiiltä on alle 0,5%, lopputulosta kutsutaan kankiraudaksi. Tätä ei voi karkaista, koska siinä ei ole riittävästi hiiltä.
2: Hiilipitoisuus 0,35% - 2,5% on terästä. (Hiiliteräksellä, jossa ~2.1% hiiltä on kiteinen mikrorakenne)
3: > 2,5% hiiltä on valurautaa. Teräksen ja takoraudan vastakohtana valurauta ei muuta muotoansa kuumetessaan.

Lisäksi vaikuttaa lämpötila: Esimerkiksi yli 723°C :n lämpötilassa raudan kiderakenne muuttuu pintakeskeiseksi kuutiolliseksi, austerniitiksi, ja siihen voi sitoutua 2.1% hiiltä. On tärkeää, että hiili ei vain ole teräksen seassa, vaan on siinä oikein, koska muutoin terään voi jäädä grafiittisuomuja, joiden vaikutuksesta syntyy jännitehuippuja, jotka hajottavat terän jos - ja miekkojen kohdalla kun - siihen kohdistuu rasitetta. Jos hiiltä on seoksessa liikaa, on lopputulos automaattisesti se, että osa jää sitoutumatta. Tämä taas muodostaa suomuja. Jos austerniittia jäähdytetään hitaasti, austerniitti muuttuu ferriitiksi, ja hiilen ylijäämä muodostaa kovaa ja haurasta sementiittiä, rautakarbidia. Jos tätä kuumennetaan riittävän kauan, rakenne muuttuu sitkeämmäksi. Myös karkaisu perustuu lämpötilan muutokseen: Nopea jäähdyttäminen muuttaa austeniitin martensiitiksi. Tämän kiderakenteessa on koloja, joiden väliin sopii ylimääräistä hiiltä. Jos lämpötilaa lasketaan hitasti, hiili karkaisi, mutta nopealla jäähdytyksellä hiili jää osaksi rakennetta. Tämä rakenne voidaan tuhota lämmittämällä ja jäähdyttämällä lopputulos hitaasti. Tällöin hiili karkaa väleistä. Martensiittinen teräs on kovaa mutta haurasta.

Näyttäisi siis siltä, että miekan terä on joko kova ja hauras, tai sitkeä ja pehmeä. Kuitenkin tämä ei ole se, mitä halutaan. Halutaan kovaa ja sitkeää rakennetta. Ratkaisu ongelmaan on yhdisteleminen. Jos lopputulos tehdään oikein, halutut ominaisuudet saadaan aikaiseksi:

Oikea terän rakenne saadaan hallitsemalla kaikkia elementtejä, jolloin miekan terässä on eri kovuisia alueita. Yksinkertaisimmillaan tämä tarkoittaa sitä, että terälle tehdään sama, kuin monille puukoillekin tehdään: Ydin on pehmeää terästä ja sen päällä on ikään kuin kovempi kuori. Tämä saadaan oikealla karkaisulla, jossa ydin jäähtyy hitaammin kuin pintakerros, jolloin syntyy kova pinta ja joustava ydin, eli lyhyesti, miekka jonka pinta kestää impaktia, mutta joka ei murru - ja joka lisäksi palautuu muotoonsa vääntymättä. Toinen, kalliimpi, joskin lopputuloksen kannalta vielä tehokkaampi tapa on tehdä terästä damaskiteräksinen, jolloin siinä on sekoitettuna erilaisia teräslaatuja. Damaskointi eli ahjohitsaus on tehtävä tarkasti ja oikeissa lämpötiloissa. Lopputuloksena on kova ja sitkeä rakenne, joka lisäksi loistaa siten että siinä vivahtavat sateenkaaren värit. Hieman samantapainen tyyli on pattern wielding, jota usein myös kutsutaan damaskoinniksi vaikka kyseessä on eri tekniikka. Siinäkin otetaan erilaisia teräslaatuja, ja niitä väännellään ja käännellään jotta saadaan aikaan oikea rakenne - ja siinä sivussa hieno pintakuviointi. Systeemi otetaan erilaatuisia teräksiä, joista taotaan levy, joka taivutetaan kahtia, joka taotaan ohueksi levyksi joka taas voidaan taivuttaa kahtia. Kun tämä tehdään oikein, syntyy erittäin hienojakoinen kerrosrakenne. Tyypillisesti nämä happokäsitellään, jotta pintaan syntyy silmin näkyvä pintakuviointi. Tosin on mahdollista jättää pinta myös happokäsittelemättä, jolloin pintarakenne näkyy lähinnä silloin kun terä on öljytty. Sekä damaskiteräs, että pattern wielding ovat hienostuneita, työläitä ja vaikeita menetelmiä. Siksi niistä tehdyt miekat ovat luonnollisesti erittäin hinnakkaita.

Hyvän miekan ostamisen jälkeen on tietysti syytä muistaa oikeanlainen teroitus. Tämän tärkeyttä ei juuriaan voi aliarvoida. Ensin on muistettava, että miekan on oltava jonkin verran terävä, koska tylsään terään osuessaan terä vastaan terä, lopputulos on liukuminen, ja jos terävät terät kohtaavat, "they stuck", eli kontakti ei liu-u. Vaikka tyypillisesti kontakti onkin se, että "voittajan" terä osuu "häviäjän" lappeeseen ja saa tätä kautta toiesn terään paremmin kontrollin, tätä yksityiskohtaa käytetään joissain tekniikoissa hyväksi. Tämän jälkeen muistetaan että lämmittäminen muuttaa teräksen rakenteita. Tämän jälkeen muistetaan että rakenne on tärkeä ja että oikeaan rakenteeseen on nähty paljon vaivaa, aikaa ja rahaa. Sitten muistetaan että jos vääränlainen hiominen parantaisi laatua, se olisi valmistajalla luultavasti "osana proseduuria". Toisin sanoen: Miekan terä hiotaan siten, että se ei kuumene. Minusta tämä tarkoittaa sitä että jos sinulla on kunnon miekka, et hio sitä millään koneellisella hiomakoneella. Tietenkin viiden dollarin katanan voi hioa vaikka rälläkällä, koska niiden kohdalla rakenteeseen ei ole kiinnitetty huomiota. "Wall hangerit" näyttävät tyypillisesti koreilta, niissä on usein kromattu pinta kiiltävyyden korostamiseksi. Mutta niiden terän rakenne on huono, ja jos tälläisen ottaa käyttöön, lopputulos on joko sirpaleita tai vääntynyttä rautaa.

Miekan valmistukseen liittyen löysin myös muutaman videopätkän. Jos niiden mainosluonteen ja mielikuvanluontiyritykset kykenee suodattamaan, niistä voi huomata myös ihan oikeita asioita:
1: Albion Swordin mainosesittely.
2: Windlass Steelcraftsin mainosesittely

3 kommenttia:

Anonyymi kirjoitti...

Mysteerio leimaa aitoja Damascus miekkoja, joita tehtiin 900-1750 jKr. Rakennetta ja kovuutta ei ole vieläkään onnistuttu jäljittelemään (samanlainen ongelma taitaa olla Stradivarius -viuluissa).
Ovat äskettäin löytäneet aidosta Damaskiteräksestä sementiitti-nanolankoja ja nanohiiliputkia, joiden synnyssä mm. vanadiini-epäpuhtaudella (ja ehkä wolframilla) arvellaan olleen osuutensa. Taito katosi "omaperäisen" malmion ehtymisen aikoihin.

Salviaseppele kirjoitti...

Kiitos mielenkiintoisesta blogistasi! Olen nimennyt sen suosikkiblogieni joukkoon. Palkinto on noudettavissa blogistani Lehtokotilon majasta.

Tuomo "Squirrel" Hämäläinen kirjoitti...

Totta tuon Damaskussysteemin kanssa. Elävä perinne katkesi, ja nykyinen damaskointi on rekonstruktiota. Tosin niin on länsimainen miekkailukin: Opettaja-Oppilas -perinne katkesi.

Melko hyvin kuitenkin onnistuvat noinkin, vaikka eivät kuulemma ihan vanhaan pääse. (Tuota väitettä en ole päässyt testaamaan, vertailemaan.) Jos syy oli "epäpuhdas"/"spesiaali" malmi (miten sen voi tuossa kontekstissa määritellä???) se kai voidaan kuitenkin saada takaisin.

PS:
Itseäni huvittaa ajatus ykskiteistä, eli tehtäisiin miekka joka koostuu vain yhdestä kiderakenteesta. Nykytekniikan saavuttamattomissa, mutta lopputulos taitaisi olla todella kova, joskin joustamaton. Se ei murtuisi kovin helposti, koska murtuminen lähtee yleensä jännitekeskuksesta, ja sellaisen aikaansaaminen taitaisi vaatia vahvaan voimaan puuttumista. Ja kuten Richard Feynman kuvasi sitä, miksi gravitaatio on "heikko voima", vaikka tuntuu arkielämässä valtavan mahtavalta luonnonvoimalta, hän kuvasi sitä että kun pudotaan korkealta, kuolema seuraa siitä että maan/lattian? vahva voima pysäyttää ruumiisi sekunnin murto -osassa - nopeudesta, johon kiihdyttämiseen gravitaatiolta vaati sekunteja aikaa.

Toinen hauska ajatus on "mustatammi", joka on käsittääkseni Virosta ja muutamasta muusta "harvinaisista paikoista" saatavaa tammea. Se on lillinyt rautapitoisessa vedessä, ja on osittain mineralisoitunutta. Puu on mustaa, ja kovaa, ja jopa siihen lyöminen kalskahtaa teräkseltä. Olen haaveillut että jos saisi "wasterin" sellaisesta, ei koskaan tarvitsisi ostaa uutta. Tosin hinta taitaisi olla aikamoinen..