Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy. Vývoj a výroba vrstvených ocelových materiálů Bakalářská práce

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Vývoj a výroba vrstvených ocelových materiálů Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Michal Černý, CSc. Vypracoval: Stanislav Čechlovský Brno 2010

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy 2009/2010 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Autor práce: Studijní program: Obor: Stanislav Čechlovský Zemědělská specializace Provoz techniky Název tématu: Rozsah práce: Vývoj a výroba vrstvených ocelových materiálů cca 30 stran Zásady pro vypracování: 1. Zpracujte kompilační přehled vývoje vrstvených ocelových materiálů 2. Proveďte rešerši poznatků ze současné technologie výroby ocelových sendvičů 3. Navrhněte maximální oblasti využití duplexních a vícevrstvých materiálů v technické praxi Seznam odborné literatury: 1. Jech J., Tepelné zpracování oceli. Praha: SNTL Nakladatelství technické literatury, s. 2. Černý M., Materiály pro výrobu nožů čepele. [online] URL: Datum zadání bakalářské práce: říjen 2008 Termín odevzdání bakalářské práce: duben 2010 Stanislav Čechlovský Autor práce doc. Ing. Michal Černý, CSc. Vedoucí práce doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Vedoucí ústavu prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. Děkan AF MENDELU

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem závěrečnou práci na téma VÝVOJ A VÝROBA VRSTVENÝCH OCELOVÝCH MATERIÁLŮ vypracoval samostatně a pouţil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis studenta...

4 Rád bych poděkoval za trpělivost, pomoc, cenné rady a připomínky panu doc. Ing. Michalu Černému, CSc. Dále bych rád poděkoval přátelům a všem, kteří mi poskytli nemalé teoretické i praktické informace, a hlavně mé rodině za podporu během celého mého studia.

5 Abstrakt Jak jiţ název bakalářské práce napovídá, zabývá se Vývojem a výrobou vrstvených ocelových materiálů. Popisuje obecnou terminologii v oblasti výroby. Byl zpracován přehled historického vývoje vrstvených ocelových materiálů. Dále se zabývá současnými poznatky ve výrobě a technologiích, počínaje snahou napodobit historický postup aţ po nejmodernější způsoby zpracování materiálů. Závěrem jsou uvedeny moţné maximální oblasti vyuţití duplexních a vícevrstvých materiálů v technické praxi. Klíčová slova: terminologie výroby, vznik a historie výroby, současné technologie, modernizace postupů výroby za pouţití nových materiálů, moţnosti vyuţití ocelových sendvičů This bachelor thesis describes the development and manufacture of laminated steel materials. The general terminology in the field of production than an overview of the historical development of laminated steel materials is described. The next chapters deal with current knowledge and technology in production, starting with trying to emulate the historical process to the most sophisticated methods of processing materials. Finally is described use of duplex and multi-layer materials in engineering practice. Keywords: terminology of production, creation and production history, current technology, modernizing manufacturing processes using new materials, the possibility of using steel sandwich

6 ÚVOD... 7 CÍL PRÁCE TEORIE VÝROBY VRSTVENÝCH MATERIÁLŮ Materiály vhodné pro kovářské svařování Nejčastěji pouţívané materiály Kovářské svařování DAMASCÉNSKÁ OCEL WOOTZ, BULAT, INDICKÁ OCEL SVÁŘKOVÝ DAMAŠEK Druhy svářkového damašku Rozdělení dle typu struktury Rozdělení dle způsobu zpracování Rozdělení dle pouţití zdrojového materiálu JAPONSKÝ MEČ PRAKTICKÁ APLIKACE KOVÁŘSKÉHO SVAŘOVÁNÍ Představení meče Historický vývoj technologie Typy mečů Daitó, katana dlouhý meč Wakizaší - krátký meč Tantó krátký meč nebo dýka Části meče Konstrukce čepele kitae Kresba vrstvení materiálu hada Linie kalení hamon Výroba čepele Získávání surovin Kování čepele meče Kalení čepele Dokončení meče SOUČASNÁ VÝROBA VRSTVENÝCH OCELÍ Ocelové sendviče Výroba vrstvených ocelí pomocí práškové metalurgie Prášková metalurgie Povlaky Damasteel SOUČASNÉ UPLATNĚNÍ VRSTVENÝCH OCELÍ Vyuţití třívrstvých ocelí v zemědělství Vyuţití vrstvených ocelí v puškařství Damascénská ocel ve šperkařství Noţířství MATERIÁLY PŘÍBUZNÉ DAMAŠKU Mokume gane Timaskus ZÁVĚR POUŢITÁ LITERATURA SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK... 63

7 ÚVOD Pod pojmem vrstvená ocel si mnozí jistě představí historické legendární zbraně, vyrobené obdivuhodně zručnými indickými kováři, disponující ještě obdivuhodnějšími vlastnostmi. Z damašku, známého také pod názvy jako damashk, damašková, damasková či damascénská ocel, zhotovovali chladné zbraně, jeţ svými vlastnostmi předčili většinu zbraní vyráběných ve zbytku světa. Díky tomu se damašek rozšířil do ostatních tehdy známých kontinentů a byl napodobován všemi národy ovládající zpracování ţeleza. V historii vzniku sendvičů se však proslavila nejvýrazněji země, jejíţ kováři vyuţívali spojení dvou i více druhů ocelí podobným způsobem a jistě nebude mylné, kdyţ nazveme jejich postup vylepšenou verzí, na jehoţ konci vznikaly zbraně, jeţ neměly k dokonalosti daleko. Japonsko se svými legendárními samuraji dalo vzniku zbraním, nad kterými mnozí lidé ještě dnes ţasnou, jak mohlo v době, kdy svět znal jen klasické jednoduché kovářské nářadí, vzejít něco tak fascinujícího, jako je japonský meč. Kvalitou zpracování se postup japonských kovářů stal významným milníkem výroby vrstvených materiálů a dlouho nebyl překonán. S příchodem palných zbraní nastala částečná recese chladných zbraní, jeţ vedla k úpadku výroby a zapomenutí velkého počtu postupů, vznikajících mnoho let. Zpočátku se navařováním drátu zhotovovaly damaškové hlavně děl. Takto vyrobené zbraně vykazovaly velkou přesnost. Ale pro velkou náročnost a s ní spojenou cenu se časem od výroby upustilo. V dnešní době je stále větší snaha opět proniknou do tajemství historické výroby vrstvených materiálů, jíţ se zabývá nejeden současný odborník. Naproti tomu vznikají nové technologie výroby a experimentuje se s pestrou paletou druhů ocelí a neţelezných kovů. Vyuţití sendvičů se postupně rozšířilo z výroby zbraní do dalších oblastí, jimiţ jsou průmysl, zemědělství či šperkařství, kde nacházejí své postavení vedle nejmodernějších materiálů

8 CÍL PRÁCE Jako cíl bakalářské práce Vývoj a výroba vrstvených ocelových materiálů bylo zadáno seznámení s historií výroby, především japonského meče jako vrcholné dovednosti technologie kování vrstevnatých materiálů. V dalších kapitolách je uvedena postupná modernizace technologií a vyuţití duplexních materiálů v širších oblastech kovovýroby. 1 TEORIE VÝROBY VRSTVENÝCH MATERIÁLŮ Na počátku výroby stojí vţdy výběr vhodného materiálu. Toto omezení je dáno vlastností ocelí, jeţ se zvyšujícím se obsahem legujících prvků prudce ztrácejí svou svařitelnost. Proto se pro klasický způsob výroby, tedy tzv. kovářské svařování, pouţívají uhlíkové oceli. Dalším aspektem pro výběr materiálu je nutnost spojení tvrdé, vysokouhlíkové oceli s vysokou odolností proti opotřebení a naopak měkké, nízkouhlíkové oceli (někdy nesprávně označované také jako ţelezo) s dobrými houţevnatými vlastnostmi. Cílem je postupným překládáním nejméně dvou různých druhů ocelí nebo neţelezných kovů získat nehomogenní materiál s více či méně pravidelnou vnitřní strukturou, jeţ je ovlivněna způsobem překládání, počtem přeloţení a jeho směrem. Výsledkem tak můţe být při správném výběru ocel, spojující jen to nejlepší z pouţitých materiálů. Např. při pouţití výše uvedených uhlíkových ocelí bude výsledkem ocel odolná vůči fragmentaci (jako měkká sloţka) a zároveň s vysokou odolností proti opotřebení (jako sloţka tvrdá). Díky vnitřní struktuře bude dokonce měkkou sloţku převyšovat v torzní, ohybové a rázové houţevnatosti. Stejně tak bude překonána tvrdá sloţka vyšší řezivostí a niţší opotřebitelností. Výsledná struktura materiálu není po dokončení svařování jasně zřetelná. Toho se docílí aţ následným broušením, leptáním a leštěním. Zde je vyuţíváno vlastností různých ocelí, jeţ se za pouţití leptadla, nejčastěji kyseliny, rozpouštějí různou rychlostí a naleptají se tak rozdílně hluboko. Po těchto úpravách vynikne nezaměnitelný vzor damašku, rozpoznatelný i laikem. [6] - 8 -

9 Obr. 1 Překládání paketu [42] 1.1 Materiály vhodné pro kovářské svařování Je nutné si uvědomit, ţe nelze kovářsky svařit kaţdou ocel. Nejvhodnější se ukázaly uhlíkové oceli bez přílišného obsahu legujících prvků (legury proces svařování sníţí, aţ znemoţní). Z toho důvodu nelze klasickou metodou, tedy kovářským svařováním, vyrobit nerezový damašek. Nejčastěji jsou vyuţívány oceli třídy 19 (např , ČSN) s 1% obsahem C v kombinaci s houţevnatější ocelí třídy 11 nebo 12 (s obsahem C kolem 0,6%). Stále častější je vyuţití starého nářadí jako pilníky, řetězy motorových pil či pilové listy. Jejich uţití pak dává nové moţnosti v dosaţení ještě zajímavějších vzoru výsledného damašku. [6] Nejčastěji pouţívané materiály Pro tvrdou sloţku je vyuţívána nejčastěji ocel (0,95% C) nebo (0,95% C) ČSN. Obě paří do nástrojových ocelí uhlíkových, manganových, křemíkových a vanadových. Jejich vyuţití v praxi je pro malé tvarově jednoduché a méně namáhané nástroje pro taţení, raţení, přetváření, protlačování, tlačení a kalené nástroje pro stříhání materiálů menších tlouštěk aj. Měkká sloţka je zastoupena ocelemi třídy 11 (konstrukční oceli obvyklých jakostí, např ,65% C) nebo 12 (pruţinové oceli, méně namáhané strojní součásti, vloţky, vetší řetězová kola aj.). [2] - 9 -

10 1.1 Kovářské svařování Jedná se o nejstarší způsob svařování. Vznik kovářského svařování, někdy také nazývaného svařování v ohni, přišel s objevem ţeleza a rozvojem jeho výroby a zpracování. Vzešlo z potřeby zpracovat houbovitý ţelezný materiál získaný redukcí ţelezné rudy nebo ţelezitého písku. Získané tehdy vzácné ţelezo se pomocí kování spojovalo do jednoho kusu a slouţilo převáţně k další výrobě. Aţ do příchodu novověku a vývojem nových technologií svařování bylo kovářské svařování jediným způsobem, jak spojit dva kovové materiály kovovou vazbou. [6] Obr. 2 Kovářské svařování [6] Důleţitým faktorem při kovářském svařování je správná teplota. Za normálních okolností spojení dvou částí oceli brání vrstva okují (oxidu ţeleza) tvořících se při ohřívání na povrchu. Pří ohřátí na svařovací teplotu se ocel začíná natavovat a okuje se roztékají do souvislé tenké vrstvy. Při této teplotě, přibliţně 1300 C, ocel bíle září a srší z ní drobné jiskřičky. Natavování okují podporujeme tavidly, nejčastěji přetaveným boraxem nebo křemičitým pískem se sodou. Důraz se musí klást

11 i na dostatečné prohřátí v celém průřezu materiálu. Při velkém překročení teploty se však materiál zcela znehodnotí, jelikoţ dojde k přehřátí oceli. Ta pak pod údery kladiva praská a rozpadá se a nelze ji dále pouţít. [6] Po zahřátí se kusy ocelí musí co nejrychleji skovat k sobě, razantně a rovnoměrně, jinak by mohly zůstat ve spoji kazy. Při skovávání větších kusů je zapotřebí dvou kovářů nebo pouţití bucharu. Po zahřátí na 1300 C musí být ocel neprodleně prokována, jinak dojde ke zhrubnutí zrna. Nejčastější chyby při kovářském svařování: Nespojení materiálu - nedostatečné prohřátí materiálu, materiál kovářsky nesvařitelný, nepouţití tavidel (především u tvrdších ocelí svařování výrazně usnadňují), výheň znečištěná jiným kovem (především zinek, který i při velmi malém mnoţství znemoţňuje svařování) Praskaní materiálu pod údery přehřátý materiál. Spálení materiálu v jiném místě neţ je svar zapříčiněno špatně prohřátým materiálem, při svařování byla uprostřed niţší teplota neţ po stranách. Kazy ve svaru nedostatečné prohřátí (jádro mělo niţší teplotu), znečištění ploch netavitelným materiálem, nedostatečné prokování, důlky na svařovacích plochách, jeţ uvězní okuje, které pak nemají kudy odtékat. [6] 2 DAMASCÉNSKÁ OCEL WOOTZ, BULAT, INDICKÁ OCEL Hlavním výrobním a prodejním centrem chladných zbraní z damascénské oceli ve starověku a středověku, jak jiţ napovídá název oceli, byl Damašek. Ve velkém se také vyráběl v Mezopotámii, Persii a především ve východní Indii, z níţ byla vyváţena převáţná část polotovarů pro následnou výrobu zbraní. Za nejkvalitnější se povaţují zbraně vyrobené na území dnešního Iránu. Damašková ocel vynikala nejen svými výjimečnými vlastnostmi, ale i překrásnou kresbou na těle meče. Ta však nebyla jen zdobením nebo rytinou, ale strukturou zasahující do celého průřezu čepele, takţe i po přebroušení a následném naleptání kyselinou získala opět svůj mramorový nádech

12 Vzorování bylo otázkou vkusu mečíře a dá se říci i jeho podpisem. Čím jemnější byl vzor materiálu, tím cennější byla zbraň. Ta však mohla vzniknout jen pod zkušenýma rukama mistra. [7] Obr. 3 Meč s čepelí z wootz oceli [44] Pravý damašek vznikal roztavením oceli pomocí sloţitých technologií do malých hliněných kelímků, do nichţ se přidávaly různé příměsi dle receptury kováře, jeţ měli dopomoct k lepší tavbě a vytvoření poţadované struktury. Zde hrálo velkou roli nauhličení oceli a pozdější způsob kalení. Celý proces vzniku struktury damascénské oceli popsal Achim Wirtz těmito slovy: Během extrémně pomalého ochlazování roztavené oceli se vytváří dendritická struktura austenitu. Čím pomalejší je ochlazování, tím větší budou dendrity (austenitické krystaly). Mezi těmito dendrity, v interdendritické fázi, zůstávají volné karbidy poněkud déle v tekutém stavu, protože mají nižší bod tuhnutí. Další ochlazení způsobí ztuhnutí také těchto karbidů. Během tuhnutí mají karbidy vanadu, díky své struktuře, tendenci zůstat (plavat) na čele postupující vlny tuhnutí, nemísí se do vznikající struktury. Poslední ztuhlou složkou oceli jsou pásy karbidů vanadu, které se tak nacházejí ve středu interdendritické fáze. Tyto vyloučeniny karbidů vanadu

13 vytvářejí jakési negativní obrazy primárních, sekundárních a terciárních dendritů odlišné koncentrace. [7] Obr. 4 Zleva: Kelímek pro tavbu wootzu, Vytavený wootz [26] Arabesková struktura vznikala kováním pouze jednoho výchozího materiálu. Takový damašek se nazývá strukturní a jeho kresba vynikne po přesném ohřevu nadeutektické hrubě krystalické oceli a následným speciálním kováním. Neţ se však dalo kovat, musel se vzniklý wootz difúzně ţíhat, jelikoţ jeho vlastnosti byli bliţší litině neţli oceli. Ohřevem na teplotu C po dobu 1 6 hodin dojde k oduhličení povrchové vrstvy a přeměně vnitřní lité struktury, s pozitivním vlivem na výslednou kujnost. Pro kování musíme ocel zahřát na teplotu C a po zchladnutí na teplotu 730 C jej opět nahřát. Kováním dochází ke značnému rozbití tvářené oceli, jeţ je z mikrostrukturálního hlediska perliticko-cementitická, přičemţ na povrch vystupuje namísto cementitových jehel kuličkový prvek, jeţ je potřebný pro vytvoření typického vzhledu. Vzniklé mramorování však nebylo účelné, ale mělo slouţit jen jako důkaz kvality oceli. Výsledná čepel o obsahu kolem 1,5% uhlíku měla nízký aţ stopový obsah karbidotvorných prvků, z nichţ nejvíce je zastoupen vanad. Ten, tedy přesněji jeho shluky karbidů, chovajících se jako mikropilka, propůjčuje oceli vynikající řezivost. Proto jej nemusíme kalit. Kdyţ tak však učiníme, posílíme jiţ tak vynikající vlastnosti ostří. [7, 8]

14 Obr. 5 Čepel, vznikající postupným kováním a broušením [26] Postupy starých mistrů se přes důsledné střeţení výroby dochovali jen v malém mnoţství, proto dnes můţeme jen spekulovat, jakým způsobem se pravý damašek vyráběl. O poodhalení roušky tajemství se pokoušejí svými více či méně zdařilými pokusy světoví metalurgové a historikové se zaměřením na zbraně. Např. dle výzkumu profesora přírodních věd ve výsluţbě Johna Vervoehena a floridského kováře Ala Pendrae se jedná o správné dávkování vanadu do tavby tak, aby představovalo právě 0,003 procenta oceli. [8]

15 Obr. 6 Detailní zobrazení čepele z wootzu [13] Obr. 7 Nahoře: Nůž opatřený čepelí z wootzu, dole: Detail čepele nože [13]

16 3 SVÁŘKOVÝ DAMAŠEK Vznik svářkového damašku je přisuzován snaze o vytvoření materiálu s podobnými vlastnostmi, jakými oplýval pravý damašek. Některé výzkumy však prokazují pomocí archeologickým nálezům, ţe znalost výroby ovládali jiţ v 1. polovině 1. tisíciletí před Kristem staří Keltové. To by pak poukazovalo na vznik svářkového damašku nezávisle na strukturálním a moţný souběţný vývoj. Jeho zhotovením vznikl materiál s nehomogenní, avšak s převáţně pravidelnou strukturou. Nejčastěji sestává z vrstev nejméně dvou druhů ocelí, nebo oceli a jiného kovu. Vrstvy jsou spojeny pevně nejčastěji kovářským svařováním. Hlavní rozdíl mezi svářkovou a pravou damascénskou ocelí byl počet pouţití materiálů pro jeho výrobu. Jak jiţ bylo uvedeno výše, pravý damašek vznikal z jednoho kusu oceli a nebylo potřeba uţít kovářského svařování. U svářkového je kovářské svařování nezbytné, jelikoţ spojujeme na sebe naskládané ocelové pásy s různým procentuálním zastoupením C. Svařováním se pak docílí spojení vrstev v paketu. Dle počtu vrstev se následně vzniklá tyčovina překládá, čímţ počet vrstev roste geometrickou řadou. Je však nutné dosáhnout poţadovaného počtu při co nejméně přeloţeních, jelikoţ během kaţdého zahřátí dochází k okysličení a oduhličení, čímţ se materiál postupně homogenizuje a ztrácí tak své vynikající vlastnosti. Nebezpečí sníţíme zvýšením počtu pásů v paketu nebo svářením tyčoviny naseknuté na tři díly. Nejčastěji se překládání ukončuje při dosaţení 100 aţ 500 vrstev, ale existují i výjimky sahající do milionů. Pak je vzniklá ocel označována jako mikrodamašek. [6]

17 Obr. 8 Mikrodamašek (přibližně 1500 vrstev) [13] Při vloţení ocelového pruhu mezi dva ţelezné vzniká tzv. sendvičový damašek. Patří mezi nejjednodušší formy svářkové damaškové ocele. Avšak i tak zhotovený meč dosahuje lepších uţitných vlastností neţ obdobná zbraň z jednoho kusu stejné ocelï. Ocelové jádro, tvořící po vybroušení ostří, šlo dobře zakalit, měkký plášť pohlcoval nárazy a zpevňoval čepel. K historicky významným patřily franské zbraně, na jejichţ výrobu se pouţívalo velké mnoţství pasů svařených a vytvarovaných do tyčoviny. Ta se pak různě ohýbala, překládala, tordovala (zkrucovala otáčením kolem vlastní osy) a opět skovávala. Vzniklá tyčovina měla slouţit jako střed meče, proto se na její boky navařili ocelové břity, které se pak zakalily a naostřily. Následovalo dotvarování hrotu, vytaţení řapu rukojeti a vytvoření ţlábku. Poslední operací před sestavením meče bylo broušení, leštění a leptání, při němţ vynikla kresba vrstvení. Takovou zbraň si však mohl pořídit

18 pouze člověk vysoce postavený a zámoţný, jelikoţ se přirovnávala někdy aţ k cenným pozemkům. [9] Obr. 9 Postup výroby franského meče [9] Obr. 10 Čepele mečů s jádrem z torzního Damašku [45] 3.1 Druhy svářkového damašku Rozdělovat damašek můţeme mnoha způsoby. Nejčastější rozdělení se vztahuje na strukturu, způsob jejího vytvoření nebo na zdrojový materiál, z něhoţ byt damašek vyroben. Jelikoţ kaţdý noţíř či mečíř se snaţí o vytvoření co nejoriginálnějšího vzoru, jeţ jde dosáhnout pouţitím rozličných ocelových předmětů, různým ohýbáním a překováváním, spojováním velkého mnoţství druhů damaškových struktur a mnoha jinými způsoby, je zcela nemoţné popsat všechny druhy damascenských ocelí a jejich kombinací. V kapitolách níţe jsou uvedeny některé z nich

19 3.1.1 Rozdělení dle typu struktury Dělení dle typu vzniklé struktury je nejobsáhlejší kategorii, jelikoţ vzorů, jichţ jde dosáhnout, je nepřeberné mnoţství. Pokud překládáme paket jen v jednom směru bez dalších úprav, vzniká základní struktura damašku. Po té záleţí, v jaké rovině se bude brousit čepel. Pokud brousíme v rovině kolmé na jednotlivé vrstvy, vzniká tzv. paralelní, lineární či vlasový vzor. Následné zprohýbání damaškové tyče vytvoří vlnitý vzor. [6] Obr. 11 Vlevo: Lineární, vpravo: Vlnitý damašek [13] Broušením v rovině vrstev vznikne nepravidelný mapový, někdy také nazývaný náhodný vzor. [6] Obr. 12 Mapový (náhodný) vzor [13]

20 Stačí kombinace dvou a více druhů struktur a vzniká zcela jiná, nová kresba. Obr. 13 Paket v kombinaci různých druhů damašku a jedna z možných kreseb, vzniklých po jeho zpracování (mozaikový damašek) [10] Obr. 14 Vlevo nahoře: Hadí damašek, vpravo nahoře: Damašek struktury dračích šupin, dole: Proplétaný damašek [10]

21 Obr. 15 Mozaikový damašek [10] Obr. 16 Sešívaný mozaikový damašek [10] Rozdělení dle způsobu zpracování Způsobem zpracování rozumíme tváření jiţ svařené damaškové tyčoviny. Nejznámější je zpracování tordováním (torzírováním), kdy damaškovou tyč zkrucujeme otáčením kolem vlastní osy. [6]

22 Obr. 17 Tordování damaškové tyčoviny [14] Obr. 18 Různé druhy torzních damašků (vpravo kombinace tří prutů svařených na sebe) [13] Rozseknutím paketu ve směru vrstev, zároveň kolmo na rovinu vrstvy, a následným skováním zpět vznikne peříčkový vzor. [12] Obr. 19 Postup výroby peříčkového vzoru [12]

23 Obr. 20 Peříčkový damašek [12] Dalším způsobem je lokální odbroušení nebo odvrtání materiálu a následné prokování, čímţ můţeme dosáhnout např. teček, vlnovek či jiných křivek dle jednotlivých parametrů úpravy. [6] Obr. 21 Odbrušování materiálu pro docílení vzoru vlnovek (na obrázku výroba meče tanto) a výsledná kresba na čepeli [24]

24 Obr. 22 Vzor vzniklý navrtáváním děr a následným kováním do roviny [10] Podobných motivů lze dosáhnout i razením raznicí do oceli. Do zhotoveného damaškového paketu se za tepla vtlačuje raznice s poţadovaným vzorem. Následně se paket vybrousí a vzor vynikne. [6] Obr. 23 Český tesák s čepelí z kruhového damašku [10]

25 Pro vytvoření sloţitých obrazců se pouţívá postup, který obsahuje vybroušení či vyfrézování obrazce a následné vkování do otvoru stejného tvaru v čepeli. Obr. 24 Mozaikový damašek s motivem koní [10] Rozdělení dle pouţití zdrojového materiálu Přidáním různých ocelových nástrojů, dílů a jiných předmětů, lze získat velice zajímavé struktury damašku, jejichţ názvy jsou pak od oněch předmětů odvozeny. I zde je však třeba brát v potaz svařitelnost oceli, tudíţ nelze pouţít všech, hlavně silně legovaných ocelových dílů. K velice vyhledávaným patří listy pil, řetězy z motorových pil, ocelová lana, kuličky z loţisek aj

26 Obr. 25 Nahoře zleva: Postupné zapracovávání řetězu do paketu a vzniklá kresba na čepeli, dole: Další možná struktura vniklá použitím řetězu (nízký počet překládání) [10] Obr. 26 Lanový damašek [10]

27 4 JAPONSKÝ MEČ PRAKTICKÁ APLIKACE KOVÁŘSKÉHO SVAŘOVÁNÍ Obr. 27 Japonský meč části [15]

28 4.1 Představení meče Do kategorie samurajských mečů lze všeobecně zařadit zbraně se znaky: Vyrobené z oceli Jednosečné ( pouze s jedním ostřím ) Zakřivené Speciálně zakalené Znaky tvarů čepelí a souprav se postupem času měnily a stále více přibliţovaly mečům, jeţ dnes známe a chápeme jako samurajské meče. [1] 4.2 Historický vývoj technologie Rozlišujeme čtyři základní období, po které se meč postupně vyvíjel a nabýval svých tvarů a vlastností. První období, nazývané období starověkých mečů (dţokótó), se datuje do roku 900 našeho letopočtu. V tomto období meče vyráběné na japonském území kopírovaly převáţně čínské předlohy. I japonský název pro meč ken je odvozen od čínského názvu kien. Je zde tedy zřejmý velký vliv Číny na japonské mečířství. Nejstarší japonské meče měly čepel dvojsečnou přímého, nikoli zakřiveného tvaru, s oboustranným středním ţebrem a rozšířeným hrotem. Stále však svou kvalitou zaostávaly za zbraněmi vyrobenými v sousední Číně či Korei. Proto si také vysocí úředníci pořizovali honosné zbraně dovezené právě z oněch sousedních zemí. Do období starých mečů se také datuje legenda o mečíři Amakunimu, ţijícím okolo roku 700 n.l., podle níţ vyrobil první samurajský meč. [1] Mezi časovým úsekem n.l. se nachází období starých mečů ( kotó ), jeţ je spojeno se vzestupem nové třídy třídy samurajů. Jelikoţ četnost válek byla velká, přijali samurajové jako hlavní bojovou zbraň meč. Rozměrově, délka 4 i více stop ( 1200mm), odpovídal svému určení, sekání za jízdy na koni. V tomto období dochází také k největšímu pokroku mečířského umění co do kvality výroby. Výskyt mečířů byl však omezen následujícími podmínkami: Administrativní střediska zvýšená poptávka po mečích Ţelezná ruda nebo ţelezitý písek

29 Dřevěné uhlí Dostatečné mnoţství vody odpovídající kvality Mírné podnebí Nejslavnější mečíři, ţijící mezi roky n.l., pocházeli z provincií Bizen, Jamaširo, Jamato, Sušo a Minó, obecně nazývaných jako Pět škol. Kaţdá škola čítala několik odnoţí a vytvářela si vlastní tradice a metody. V následujícím Období nových mečů ( Šinto) v letech n. l. přichází meč z důvodu ukončení dlouhodobých občanských válek o své hlavní funkční hodnoty. Meč prochází zredukováním své délky od tří do dvou stop ( mm). Obměněn je také způsob nošení. Dřívější zavěšení meče podél pasu ostřím k zemi střídá zastrčení za pás Obi ostřím k nebi, jeţ skýtá mimo jiné i lepší a efektivnější způsob tasení zbraně. Počátkem éry šintó začíná zanikat tradiční učení Pěti škol, jelikoţ se téměř kaţdé hradní město stává střediskem mečířské výroby. V nejslavnější centrum té doby se vyvinulo Edó (dnešní Tokio). Období klidu a míru se také podepsalo na výrobě meče, při níţ se kladlo více na vzhled, neţli na funkčnost. Proto meče z období šintó oplývají honosnými rytinami květin, keříků, ptáků či draků namísto původních sanskrtových motivů a ţlábků na čepeli meče. Velký pokrok lze zaznamenat i ve vytváření komplikovaných vzorů linie kalení čepelí hamon a vrstvení materiálu hada. Nastoupením císaře Meidţi na trůn dochází k modernizaci Japonska. Jeho snaha přiblíţit Japonsko ostatnímu světu byla pro japonské mečířství osudné. Zákaz nošení mečů vzal mečířům jejich hlavní zdroj obţivy a byli nuceni přejít na kovářské a zámečnické práce. Velká část mečů a jejich částí je v období Mejdţi ( ) vyvezena do zahraničí, nejvíce do Francie a USA. [1] Počátkem éry Šówa ( 1926 aţ dodnes) začíná s nárůstem nacionalistických idejí obrození mečířství, i kdyţ jen v menší míře, jeţ čítalo krátce před vypuknutím 2. světové války na 100 mečířů. Avšak šavle vyráběné hromadně v továrnách během války a v posledních letech nelze k samurajským mečům přirovnávat. Jejich materiál, chemické zpracování i celkový postup výroby je v naprostém rozporu s tradičními technologickými metodami. Jsou známy i případy, kdy výše postavení vojáci Japonské armády během 2. světové války pouţívali namísto předpisových šavlí právě samurajských mečů, nejčastěji dědictvím získaných po svých předcích, pocházejících ze třídy samurajů. Meč vyrobený tradičními způsoby byl totiţ mnohem efektivnější zbraní v boji muţe proti

30 muţi. Ve spojení se zkušeným šermířem byl schopen i přeseknutí hlavně zbraně protivníka. Jelikoţ jsou hlavně palných zbraní vyrobeny z legovaných, ale tepelně nezpracovaných ocelí (nesmí být křehké), jsou houţevnaté (měkké) a odolávají velkému tepelnému namáhání, vznikajícímu při střelbě. Tato schopnost je podloţena i sekacími zkouškami, kdy je speciálně upravená čepel (většinou větší tloušťky a menšího zkosení ostří) schopna přetít nezakalený plát oceli. [1] 4.3 Typy mečů Hlavní rozdělení spočívá v délkové typologii a druhu soupravy. Z našeho pohledu je zajímavé především délkové dělení, jelikoţ s rostoucí délkou čepele rostou poţadavky na zručnost mečíře. Obecně platí čím delší čepel, tím těţší dodrţení pravidelnosti dostatečného prokování a ztíţené moţnosti souvislého zakalení. [1] Tradiční délkové míry jsou sun (palce) a šaku (stopa). Tab. 1 Tradiční délkové míry [1] Rozměr v sun a v šaku Rozměr v palcích Rozměr v mm 1 sun 1,19 palce 30,2 mm 1 šaku 11,19 palce 303,0 mm Daitó, katana dlouhý meč Přesahuje délku dvou šaků (více neţ 600 mm). Patří do páru daišó (dlouhý a krátký meč) a svou délkou je větším z páru. Obr. 28 Katana [17]

31 4.3.2 Wakizaší - krátký meč Délkou v rozmezí mez jedním a dvěmi šaku ( mm) náleţí mezi meče vhodné nošení obchodníky, jimţ bylo ze zákona povoleno nošení meče pouze do délky dvou šaku. V páru daišó zastává postavení kratšího meče. Obr. 29 Wakizaši ( s katanou nahoře tvoří pár daišo) [17] Tantó krátký meč nebo dýka Obr. 30 Tantó [18] Díky délce nepřesahující jeden šaku je mnohými zahraničními prameny označován jako dýka. Právě tantó byla pouţívána k rituální sebevraţdě (sepuka), jeţ jim propůjčila hanlivý výraz hara-kiri nůţ. Uţíval se jako doplňková zbraň pro samuraje nebo jako obraná zbraň pro obchodníky a ţeny. 4.4 Části meče Je mnoho způsobů, jak lze japonský meč detailně rozdělit. Vzhledem k zaměření bakalářské práce je nejzajímavější členění dle konstrukce čepele, způsobu vrstvení materiálu a jeho následném vlivu na strukturu čepele

32 4.4.1 Konstrukce čepele kitae Obr. 31 Příklady konstrukcí čepelí s vyobrazením použití ocelí na jednotlivé části [19] Na Obr. 31 lze vidět moţné konstrukce meče. Na čepel konstrukce Maru je pouţit pouze jeden materiál. Jednoduchá konstrukce čepele se pouţívá převáţně při masové výrobě předpisových šavlí a kopií samurajských mečů. Čepele typu Wariha Tetsu mají své ostří zhotoveno z tvrdší oceli. Dle způsobu vloţení měkkého jádra do tvrdé oceli získáme konstrukce Kobuse, Makuri či Gomei. Čepele s měkkým jádrem, tvrdým ostřím a středně tvrdým pláštěm nazýváme Honsanmai, Orikaeshi Sanmai. Pouţitím odlišného materiálu na hřbet čepele neţ na zbytek konstrukce čepele vytvoříme konstrukci Šihozume či Soshu kitae. Jedná se o základní konstrukce a existence jiných je samozřejmě moţné. Bohuţel se mnoho postupů, předávaných převáţně ústní formou, ztratilo v propastech času a dnes se jen můţeme domnívat, jak vznikaly konstrukce nejkvalitnějších mečů. [1, 16]

33 Obr. 32 Skládání konstrukce čepele dle typu [1] Kresba vrstvení materiálu hada Mnohonásobným překládáním kovaného materiálu získáváme efekt hada. Podle způsobu překládání vznikají rozličné vzory. Nejzručnější mečíři dokázali vytvořit zajímavé a velice ceněné vzory i bez velkého počtu překládání. Postupným překládáním a následným skováváním vzrůstá počet vrstev geometrickou řadou. Postup překládání i počet vrstev se lišilo školou a samotným mečířem. Na některých mečích se vyskytovalo i více vzorů. [1] Obr. 33 Vzory hada [20]

34 Druhy vzorů hada: muji bez vzoru, nepřekládaný materiál, vyskytuje se převáţně u továrně zhotovovaných šavlí a kopiích mečů masame vzor rovnoběţných přímých linek, překládání v jednom směru itamae vzor struktury hladkého dřeva mokome vzor struktury sukovitého dřeva ayasugi vzor podélných zvlněných linek [1] Obr. 34 Způsoby překládání paketu a jeho vliv a vrstvení materiálu hada [1] Linie kalení hamon Jedná se o kresbu linie vytvořenou pří kalení části ostří (jaki-ba). Základní členění se vztahuje na pravidelnost linie, tedy rovný (suguha) nebo členitý (midare-ha). I linie kalení prošla v historii Japonska změnami. Velký důraz na funkčnost a odolnost před vylamováním zakaleného materiálu ostří, typický pro Pět škol nahradila snaha o vytvoření honosných kreseb. Jelikoţ mnoho mečířů pouţívalo různé kombinace základních vzorů a podvzorů, není nejlehčím úkolem všechny popsat. Některé nejobvyklejší vzory jsou znázorněný na Obr. 35 a Obr. 37. Vzhled reálných hamon na Obr. 36, Obr. 38 a Obr. 39. [1, 16]

35 Obr. 35 Typy suguha rovný vzor [20] Obr. 36 Hamon stylu Ito-sugu [21]

36 Obr. 37 Typy midare-ha členitý vzor [20] Obr. 38 Hamon stylu Choji [22]

37 Obr. 39 Hamon stylu Gunome (pravidelné) [23] 4.5 Výroba čepele Tak jako všichni výrobci čepelí po celém světě i v Japonsku řešili mečíři problém dvou vzájemně se vylučujících vlastností oceli, pevnosti a tvrdosti. Experimentování vytvořilo techniky, jeţ vedly ke vzniku nejdokonalejších zbraní světa pro boj muţe proti muţi. Velké zapálení pro tradice a jejich pečlivé a přísné dodrţování během kaţdé výroby čepele navíc zvyšovala úspěšnost kvalitně zhotovených výrobků

38 V Evropě se mečů podobné kvality ve srovnání s Japonskem vyrobilo jen skromné mnoţství. Jelikoţ poznatky o metalurgických procesech kovu byly na úrovni empirických znalostí, osvojili si přirovnání z přírody kolem sebe. Pak se například čepel, zahřátá a barvu vycházejícího měsíce za červnového večera, měla ochladit ve vodě mající teplotu jako v srpnu. Návody a přirovnání se mohly samozřejmě lišit, jelikoţ kaţdá škola bedlivě střeţila tajemství postupu výroby. Veškeré vědomosti byli předávány výhradně ústní formou z otce na syna či z mistra na ţáka. Snahou bylo zabránit rychlému rozvoji řemesla, především amatérizmu, a z něho plynoucí nekvalitní práci. [1, 16] Samotná výroba čepele nebyla spojována jen s manuální zručností. Kaţdý kanţi (mistr) musel mít i určité umělecké nadání, bohaté znalosti a hlavně čistou hlavu zbavenou neţádoucích temných myšlenek. Obr. 40 Kadži mistr mečíř [1] Získávání surovin Aby mohl začít výrobu meče, musel nejprve mečíř získat potřebný materiál, nejčastěji rafinací ţelezitého písku načervenalé barvy (oxid ţelezitý) nazývaného satecu

39 K rafinaci byla pouţívána pec tatara. Jako palivo se pouţívalo dřevené borové uhlí odpovídající velikosti, slouţící zároveň jako zdroj uhlíku. Jiná velikost uhlí byla poţadována pro rafinaci, jiná pro kování, jiná pro kalení. K získání oceli ze satecu musíme předat materiálu uhlík, ze dřevěného uhlí, a redukovat kyslík. Kyslík vháněný dmychadlem začíná po dosaţení dostatečně vysoké teploty reagovat s palivem a tvořit oxid uhelnatý (CO), dále reagující s oxidem ţeleza v písku. Výsledkem je vznik čistého ţeleza a oxidu uhličitého. Nečistoty obsaţené v rudě mají niţší bod tání, tudíţ se odplaví. Mělo by zbýt jen čisté ţelezo, avšak palivem dodávaný uhlík zapříčiní vzniku nehomogenního materiálu tamahagane. Tamahagane je tvořena části s různým obsahem uhlíku, jeţ se rozptýlil během tavby nerovnoměrně v celém průřezu. Přesně tato struktura je vyţadována pro výrobu japonského meče, jelikoţ umoţňuje promísení vrstev s různým obsahem uhlíku s výslednou zvýšenou houţevnatostí čepele. Po ukončení rafinace zůstane v tataře blok surové oceli (kera). Ten získáme rozbouráním pece a vytaţením z ní. Následuje rozbití bloku bucharem a následné roztloukání na menší kousky velikosti lidské pěsti za účelem třídění. Mečíři rozdělovali druhy oceli podle barvy a hrubosti krystalické struktury, znajíce technické vlastností kaţdé z nich. Pro japonský meč je typické pouţiti oceli o obsahu uhlíku 0,7% (kawagane), jelikoţ umoţňovala po zakalení ve vodě vznik nejtvrdší oceli, poţadované pro ostří. Ta by však praskla při nárazu na tvrdý materiál. Proto vyuţívali oceli o niţším obsahu uhlíku (šingane), také získané z kery, jako jádra, jeţ dodávala meči na pevnosti. [1, 16] Kování čepele meče Tento proces nazývali japonští mečíři kitae. Vytříděné kousky tamahagane byly zahřívány ve výhni, kovány na placky o tloušťce přibliţně 6,5 mm a následně chlazeny ve vodě. Rozbitím na kousky velikosti 25 x 25 mm se docílilo moţnosti skládání do poţadovaných kombinací, jeţ se projevilo ve výsledné struktuře vrstvení materiálu hada. Rozbité kousky se naskládaly na jednu větší placku, jeţ byla opatřena navařenou tyčí slouţící jako rukojeť. Aby se zabránilo rozpadnutí, byl celý vzniklý blok obalen papírem, převázán a polit tenkou vrstvou hmoty, obsahující hlínu a popel ze slámy. Vše bylo nanášeno za účelem ochrany materiálu před vloţením do výhně a zároveň plnilo funkci tavidla. Po dosaţení patřičné teploty (cca 1300 C) byl částečně roztavený blok poprvé skován. Na sílu a místa dopadu úderů byla také kladena zřetel. Výsledkem

40 byl polotovar ztenčený o polovinu a protáhnutý na dvounásobnou délku při současném zachování šířky a hranatých okrajů. Následně se provádělo čištění spodní části polotovaru. Kovadlina, jeţ musela být čistá a dokonale hladká, se polila vodou. Opětovně naţhavený materiál se poloţil na kovadlinu a za současného bušení do bloku a vzniku páry byly veškeré okuje a nečistoty z ohně odstraněny. Takto očištěná tyč se v polovině délky rozsekla sekáčem, přeloţila napůl a kovala do doby, dokud se dokonale nespojila. Nedostatečné spojení mohlo zapříčinit vznik skulinek, coţ by se projevilo kazy. Proces nahřívání, nasekávání a svařování se opakoval šestkrát. Tím bylo ukončeno základní kování (šita-gitae) a získáno polotovaru o rozměrech cca 255x20x37,5 mm a váze 1,10 1,75 Kg, který však měl stále ještě mnoho uhlíku. Pro následné finální kování (age-gitae) existuje opět mnoho postupů. Jelikoţ polotovar by postačil pro výrobu krátkého meče, musel mečíř zhotovit ještě jeden polotovar stejným způsobem a vzít z něj 1/3. První polotvar nasekl na tri díly, přeloţil, dodal čtvrtý díl a skoval dohromady. Proces překládání se opakoval opět 6 7x. Výsledná tyčovina o váze zhruba 1 1,75 kg, obsahu uhlíku okolo 0,7 % a zjemněné zrnité struktuře byla jiţ vhodná pro pouţití na plášť čepele (kawagane). Mnohonásobným překládáním se také dosáhlo kovu o minimálních příměsích strusky, poţadované tvrdosti a vzniku vrstev viditelných po vyleštění zvané dţitecu. Následné operace se získaným polotovarem zaleţeli na zvolené konstrukci meče. Jestliţe zamýšlel mistr vytvořit meč s konstrukcí Makuri-gitae, vytvaroval polotovar po celé jeho délce do písmena V. Následovalo zhotovení jádra z měkčí oceli o niţším obsahu C (0,2 0,3 %) nazývané šingane. I šingane prodělalo proces kování a překládání (přibliţně 10x), avšak jen za účelem vypuzení nečistot. Jádro umístil mistr do vytvarovaného polotovaru, vloţil do pece a následně koval, dokud se rozdílné materiály dokonale nespojily. Za pouţití dřevěné formy, vznikla hrubá čepel sunobe, nesoucí jiţ základní znaky výsledného díla. [1, 16]

41 Obr. 41 Postup zhotovování čepele od kousků roztlučené vytavené oceli až po polotovar čepele snobe [1] Následovalo finální tvarování, během něhoţ se čepel zahřívala na teplotu cca 1100 C, kováním vytahovala do délky a šířky, malým kladívkem se tvaroval hřbet, ostří (nechávalo se z důvodu kalení o 2,5 mm silnější) a ţebro. Vzhledem k velké délce se musela čepel nahřívat postupně. Volba, kde začít opět záleţela na osobní volbě mečíře. Jelikoţ materiál rychle chladl, musel být při dosaţení světle třešňové barvy (cca 700 C) opět vloţen do výhně. Pomocí škrabadel a pilníků vytvaroval výsledný tvar. Po pečlivém prozkoumání vzniklé čepele a ověřením kvality vyhotovení vyrazil mečíř, byl-li spokojen se svou prací, do řapu otvor (mekugi ana) pro umístění kolíku, jeţ bude drţet čepel v nástavci při kalení a v konečné fázi bude tvořit otvor pro nýt jílce meče. [1]

42 Obr. 42 Polotovar čepele (sunobe) a jeho formování do finálního tvaru [1] Kalení čepele Kalení předcházelo zdrsnění povrchu čepele hrubým brouskem pro zlepšení přilnavosti krycí pasty. Vyvarovat se muselo jakéhokoliv doteku holou rukou, coţ by způsobilo zhoršenou adhezi při nánosu pasty a po kalení by se projevilo lokálními vadami. Krycí pasta se míchala dle rodových receptur s rozdílem ingrediencí a jejich mnoţstvím. Někteří mečíři pouţívali kombinaci jílovité hlíny, práškovitého brusu a prachu z dřeveného uhlí, někteří přidávali borax, jiní kombinovali vše s dalšími přísadami. Směs byla rozmíchána s vodou a pomocí bambusových špachtliček nanesena na čepel. První vrstva byla velmi tenká a byla určena především pro ostří, jeţ musí být více zakalena neţli zbytek čepele. Proto se po zaschnutí první vrstvy nanášela silnější vrstva na zbytek čepele. V poslední fázi byla mečířem vytvořena přidáním poslední vrstvy kresba linie kalení hamon, jeţ je jednou z hlavních znaků určující kvalitu čepele. [1] Obr. 43 Svitek s nákresem zamýšlené linie hamon [16]

43 Obr. 44 Nanášení krycí pasty a tvarování linie kalení hamon [25] Vzorů hamon bylo vyvinuto nespočetné mnoţství. Staří mistři se zaměřovali na účelnost hamon, u mečířů z mladších období je patrný spíše ozdobný účel. První meče byli opatřeny úzkou a přímou linií kalení, jeţ mohla způsobit při boji vyštípnutí křehkého ostří do značné hloubky hamon. Meč tak ztrácel při přebroušení velkou část zakaleného ostří a sníţila se jeho ţivotnost. To bylo odstraněno rozšířením této linie. Horší bylo vyštípnutí velké části ostří v délce čepele. Pro sníţení rizika se naučili mečíři zhotovovat linii kalení gunome, připomínající řadu zubů s výběţky aši (laloky) směrem k ostří. Případné poškození vyštípnutím tak bylo omezeno na vzdálenost mezi dvěma výběţky. [1] Obr. 45 Linie kalení gunome vlevo pravidelné laloky, vpravo nepravidelné laloky [1] Po řádném zaschnutí pasty byla čepel vloţena do výhně a zahřívána na kalící teplotu. Kalení se provádělo vţdy v zatemněné dílně, kdy lépe vynikly barvy zahřátého kovu. Jedině tak mohl mistr určit vlastním zrakem správnou chvíli ponoření čepele do vody. Nejprve byl zahřán hřbet čepele pomalým protahováním výhní do barvy jasně

44 červené aţ oranţové (nad 700 C). Po té meč otočil a zahříval ostří, dokud nedosáhl rovnoměrné barvy. Ostří však bylo zahřáto více, přibliţně na hodnotu 800 C. Následným rychlým ponořením proběhl kalící proces. Zde se projevil účel nanesené pasty, jeţ zapříčinil rychlému zakalení ostří, opatřenému slabou vrstvou pasty, a pomalejšímu chladnutí zbylé části čepele, kde pasta měla větší tloušťku. Rozdílnou rychlostí chladnutí také čepel získala zakřivení typické pro japonské meče. Fáze kalení byla nejdůleţitější částí výroby meče. Nesprávný ohřev čepele, špatná teplota kalící vody či nesprávné pohybování čepelí v ní mohlo zapříčinit vady, jako například ohnutí bočním směrem, trhlinky na ostří nebo aţ prasknutí čepele, díky nimţ by veškerá vynaloţená práce byla ztracena. [1, 16] Obr. 46 Teplotní graf při kalení čepele [1] Při ponoření do vody plnila krycí pasta úlohu ochrany před bublinami vroucí vody, které by měly neblahý dopad na správné zakalení. Čepel vyjmutá z lázně byla opětovně vloţena do výhně, nyní však na kratší dobu neţli před kalením. Po dosaţení přibliţně 160ºC byla čepel ponořena do lázně. Tento proces se nazývá popouštění a došlo jím ke zmírnění vnitřního pnutí a odstranění křehkosti. Dle potřeby se prováděl i vícekrát. Následovalo očištění a kontrola vzniklého díla. Byla-li linie hamon zřetelná, proběhlo vše v pořádku a mohlo se přistoupit k hrubému broušení, během něhoţ získal meč své finální rysy. Před předáním mistrovi brusiči a leštiči vytvořil mistr také veškeré ţlábky, obrazce a nápisy (rytiny). Přesto, ţe broušení jiţ byla práce pro brusiče, mohl hrubým broušením kadţi odhalit skryté trhliny. Uţ z velké zásadovosti, pro Japonce typické, by nikdy nepředal špatnou práci dál. [1] Dokončení meče O finální vzhled meče a jeho soupravy se u prvních japonských zbraní staral sám mečíř. Aby vynikla krása čepele, musela projit několika etapami broušení, leštění a

45 konečným vyhlazováním, díky čemuţ došlo ke zvýraznění vrstvení materiálu hada. Následovala výroba prstence (habaki), pochvy (saja), rukojeti (cuka), záštity (cuba) a dalšího příslušenství, souhrně nazývaného jako souprava meče. Zdobení pak mělo dát najevo postavení budoucího majitele, jeho zámoţnost či původ. Postupem času vznikli specializace na dokončování čepele (brusiči) a tvorbu soupravy. Tím došlo i ke zkvalitnění práce a samozřejmě i k jejímu vyššímu cenění. [1, 16] Obr. 47 Zbroj a zbraně samuraje [16]

46 5 SOUČASNÁ VÝROBA VRSTVENÝCH OCELÍ Do dnešních dnů zaznamenal postup výroby jen málo změn. Princip zůstává stále stejný, a to spojení nejméně dvou druhů ocelí pevnou vazbou mezi nimi. Obměna spočívá převáţně ve strojích, jeţ vyuţíváme ke získávání suroviny a během výroby samotné oceli, a v moţnostech vyuţití i jiných druhů ocelí, které by se tradičním kovářským svařováním spojit nedaly. Díky nim vzniká výrobek rychleji a ve větším mnoţství, neţ za pouţití tradičních postupů. Toho je vyuţito hlavně v masové průmyslové výrobě jednoduchých kovových sendvičů. I tak je však výroba nákladnější neţ u obdobných nevrstvených výrobků. Naopak u uměleckého kovářství, díky němuţ nabývá damašková ocel opět na oblibě, je tradiční zpracování kovu a jeho výroba vizitkou kováře. Vznikají tak honosné sběratelské noţe s velkým mnoţstvím struktur damašku. Velký krok vpřed umoţnila prášková metalurgie. Díky ní lze dnes vyrobit nerezový vrstvený damašek, jeţ se vlastnostmi podobá pravému damašku. 5.1 Ocelové sendviče Uţití ocelových sendvičů vychází z potřeby materiálu, jeţ by byl dostatečně tvrdý a odolný proti opotřebení, ale zároveň pruţný a schopný pohlcovat rázy, jeţ působí pracovní okolí. Problém je obdobný jak u výroby mečů, tedy i vyřešení je obdobné. Vloţením nízkouhlíkaté oceli mezi dvě oceli s vysokým obsahem C získáme ocelový sendvič, který po zušlechtění (zakalení) získá odolnost vůči opotřebení, ale jeho vzniklá křehkost je eliminována měkkým jádrem. Této konstrukce se uţívá např. u strojů na zpracování půdy, přesněji na odhrnovací desce pluhu. Další druh ocelového sendviče se tvoří opačným postupem. Vloţením vysokouhlíkaté oceli mezi dvě vrstvy nízkouhlíkaté získáme konstrukci s tvrdým jádrem a houţevnatým pláštěm. Tato konstrukce se uţívá pro zpevnění ostří a byla vynalezena jiţ v 1. polovině 1. tisíciletí před naším letopočtem Kelty. Příkladem ze současné výroby sendvičů je noţířská ocel San Mai. Pro tvrdé jádro, jeţ po vybroušení tvoří ostří, se pouţívá vysokouhlíková ocel (na Obr. 43 pod názvem Hard, High Carbon Center Steel) VG-1, VG-10 a další, zušlechtěné na vysokou mez pevnosti (62 68 HRC). Obal je tvořen středně- aţ nízkouhlíkatou ocelí (na Obr. 43 Lower Carbon

47 Sides), nejčastěji 420 HC nebo 420J2, jeţ dodává čepeli pruţnost a slouţí jako arrestor (zastavovač) mikrotrhlinek, vznikajících v zušlechtěném jádru. [43] Obr. 48 Sendvič a jeho skladba [43] Jak vyplývá z postupů výroby uvedených v předešlých kapitolách, je výroba vrstvených ocelí velice nákladná a s velikostí výrobku roste nejen cena, ale značné riziko nedokonalého spojení a vzniku kazů, jeţ pak ţivotnost výrobku výrazně sniţují. Z těchto důvodů většina výrobců přechází na jiné materiály, které jsou kompromisem mezi cenou a kvalitou. 5.2 Výroba vrstvených ocelí pomocí práškové metalurgie Příchodem práškové metalurgie se otevřeli nové moţnosti ve výrobě velké palety materiálů a hlavně jejich kombinací, kterých nejde dosáhnout jinou technologií. Do oblasti damaškových materiálů tak přichází technologie, pomocí níţ lze vyrobit nerezový damašek Prášková metalurgie Prášková metalurgie je metoda výroby obrobků spékáním prášků kovů, oxidů a karbidů kovů a nekovových materiálů. Ten vznikne rozprašováním roztaveného materiálu tryskou za pouţití vzduchu, dusíku nebo vody jako nosného média a následným zchlazením (rychlost K.s -1 ) do pevného stavu. Takto získaný

48 prášek se pak nasype do přesně vyformované matrice a lisuje za pouţití protimatrice za vysokých tlaků ( MPa) a následně spéká (slinuje) za teplot menších, neţ je teplota tavení (0,8-násobek teploty tavení), do homogenního bloku. Takto lze zhotovovat výrobky jediným technologickým krokem s vysokou výrobní přesností s jedinečnými vlastnostmi (ţáruvzdornost, otěruvzdornost aj.). Mezi nejznámější vyráběné materiály patří slinuté karbidy (např. karbid wolframu WC), jeţ se pouţívají pro vysokovýkonné nástroje. Velkou výhodou je moţnost míchání materiálů, jeţ se nedají slévat, svářet ani jiným způsobem spojovat. Jedinou, avšak značnou nevýhodou je cena výroby, která se vyplatí aţ při vysokých sériích. [37, 38] Obr. 49 Výrobky ze slinutých karbidů opatřené povlakem nitridu titanu [39] Povlaky Jiţ s příchodem prvních ocelových výrobků a zjištění, ţe málo odolávají korozi, byla snaha člověka vytvořit ochranu před korozními vlivy. Důleţitou roli hrála také estetičnost. Od dob ranného středověku byly čepele noţů či mečů modřeny, respektive černěny. Jelikoţ oxidické vrstvy dosahovali jen malých tlouštěk (cca 2 8 μm) a tím nesplňovali náročnější poţadavky pro ochranu, nahradila je metoda parkerizace, jeţ našla hlavní uplatnění za 2. světové války pro povlaky bodáků a palných zbraní. Zároveň splňovala roli antireflexní vrstvy, jeţ zabraňovala odráţení paprsků světla o kovový povrch zbraně. [3] S rostoucími poţadavky nejen na korozivzdornost, ale i abrazivzdornost byly vyvinuty povlaky z nitridu titanu (TiN), jeţ se řadí do anorganických vrstev s vysokou

49 ţivotností. Ty našly hlavní uplatnění u slinutých karbidů, pouţívaných pro nástroje pracujících v extrémních podmínkách. Má i velké dekorativní hodnoty vzhledem k jeho zlatavé barvě, navíc doplněné otěruvzdorností. Další pouţívané povlaky vycházejí většinou z TiN. Karbonitrid titanu (TiCN) je tvrdší a má niţší koeficient tření. Vzhled (od modrošedé aţ růţové) ovlivňuje poměr Ti:C. U kombinovaného nitridu titanu a hliníku (TiAlN) byla přidáním hliníku zvýšena odolnost vůči obráběcí teplotě o 300 C neţ u TiC. Barva (od černé aţ po bronzovou) je ovlivněna poměrem Ti:Al. Mezi další povlaky patří karbid křemíku (SiC), který je vysoce otěruvzdorný, má vyšší chemickou korozní odolnost, vysokoteplotní odolnost, odolnost proti tepelným šokům a zachovává si své vlastnosti aţ do teplot 1400 C, a boron karbid (B 4 C), vlastnostmi přirovnáván k diamantu (odtud název černý diamant). Mezi jeho nejvíce ceněné vlastností patří malá hmotnost, vysoká tvrdost (jeden z nejtvrdších materiálů vyráběných ve velkém), odolnost vůči erozi a vysoký modul pruţnosti. [3] Damasteel Damasteel je damašková nerezová ocel vyráběná švédskou firmou Damasteel AB technologií práškové metalurgie. Damaškové struktury se dosahuje střídaným vrstvením prášku dvou nerezových ocelí (RWL-34 odpovídá sloţení noţířské oceli ATS-34 s přídavkem 0,2% vanadu a PMC-27 odpovídající noţířské oceli 12-C-27). Jelikoţ dávku a místo dávkování prášku lze ovlivňovat, pestrost vzorů struktur damašku je téměř neomezená. Spékáním vznikne damašková ostře ohraničená struktura v nerezovém provedení. [5, 6] Obr. 50 Polotovary z damasteelu [35]