شاید شما نیز نام فولاد دمشقی را شنیده باشید، اما چه چیزی باعث شهرت آن شده است؟ فولاد دمشقی، نوعی فولاد معروف با الگوی تیره و روشن مواج قابل‌تشخیص روی فلز است. دلیل ارزشمند بودن فولاد دمشقی، جدای از زیبایی، لبه بسیار تیز و درعین‌حال سخت و انعطاف‌پذیر آن است. سلاح‌های ساخته‌شده از فولاد دمشقی در مقایسه با نمونه‌های تولیدی از آهن بسیار باکیفیت‌تر هستند. اگرچه فولادهای مدرن کربن بالای تولیدی در قرن نوزدهم به کمک فرآیند بسمر بسیار باکیفیت‌تر از فولاد دمشق بودند اما همچنان این ماده ماده‌ای فوق‌العاده و برجسته برای زمان خود هست و در ادامه به معرفی آن پرداخته خواهد شد.

تاریخچه تیغه دمشقی

همچنان ریشه دقیق این نام‌گذاری در ابهام است، اما سه دلیل قابل‌قبول رایج برای آن عبارت‌اند از: تولید این نوع از فولاد در دمشق، خریدوفروش این فولاد در دمشق و یا شباهت الگوی مواج روی این نوع فولاد به طرح مواج پارچه‌های تولیدی در این منطقه.

براساس یکی از نظریه‌ها، در حدود ۵۰۰ سال پس از میلاد مسیح شمشیرسازان خاورمیانه‌ای موفق به ساخت نوعی از شمشیر و چاقو شدند که توانایی بی‌نظیری دربرش داشتند، به‌گونه‌ای که نمونه مشابه آن در هیچ تمدنی یافت نمی‌شد. برتری این سلاح‌ها در مقایسه با سایر سلاح‌های مشابه مربوط به فولاد آن بود. این شمشیرها فولاد سخت‌تری داشتند که می‌توانست لبه‌های خود را مدت طولانی‌تری حفظ نماید و ادعا می‌شده که این تیغه‌ها قادر به برش روسری‌های ابریشمی در حال سقوط بودند. اروپایی‌ها از این سلاح بسیار شگفت‌زده بودند زیرا سلاح‌های آن‌ها حتی توانایی نزدیک به این سلاح‌ها نداشت. تیغه‌های این شمشیرها الگوی مواج مشخصه‌ای داشتند و ازآنجاکه قرار بود در دمشق تولید شوند به این نام معروف شدند.

بسیاری از مردم اروپا به دنبال یافتن فرآیند تولید این سلاح‌ها بودند. بااین‌حال، آن‌ها نتوانستند راز آن را کشف کرده و مانند آن تولید کنند. در قرن نوزدهم پس از یازده قرن، اگرچه تقاضا برای تولید فولاد دمشقی همچنان وجود داشت، تولید آن متوقف شد و در طی یک نسل ابراز ساخت آن به‌طور کامل از بین رفت. دلیل ناپدید شدن آن تا همین چند سال پیش به‌صورت یک راز باقی‌مانده بود. فولاد دمشقی با ریخته‌گری ووتز، نوعی فولاد تولیدی در هند، ساخته می‌شد. تولید ووتز و فنون آن‌که در هند متوقف شد، فولاد دمشقی نیز از بین رفت.

سال‌ها بعد مشخص شد که این شیوه فرآیند تولید از بین نرفته بود بلکه فقط کار آیی خود را ازدست‌داده بود. راز تولید چنین سلاح‌های باکیفیتی در مهارت شمشیرسازان نهفته نبود بلکه مربوط به مواد اولیه مصرفی بود. تا آن زمان شمشیرسازان شمش‌های مصرفی خود را از هند تهیه می‌کردند و پس از تغییر منطقه معدنی به دلیل وجود ناخالصی‌های متفاوت نتوانستند مانند سابق به تولید فولاد دمشق بپردازند و از آنجایی که به اهمیت مواد اولیه آگاه نبودند فولاد دمشق از بین رفت. در قرن بیستم، ورهوون (Verhoeven) ترکیب تولید فولاد دمشق (بدون الگوی جوش) را دوباره یافت. اگرچه، هیچ‌کس موفق به ریخته‌گری مواد مشابه نشد.

انواع فولاد دمشقی

انواع فولاد دمشقی عبارت‌اند از فولاد دمشقی ریخته‌گری (Cast Damascus Steel) و فولاد دمشقی با الگوی جوش (pattern-welded Damascus steel).

در روش قدیمی ریخته‌گری ساخت فولاد دمشقی که یک هنر گمشده است، تیغه‌های شمشیر با استفاده از ووتز (wootz) تولیدی در جنوب هند و سریلانکا در شرق ساخته می‌شدند. تیغه‌ها طرح‌های متمایزی مانند نردبانی و اشکی و یا نواری و خال‌خالی داشتند که نماد آب جاری هستند. این تیغه‌ها به‌سختی، مقاومت در برابر شکستن و قابلیت تراشیدن به‌منظور ساخت لبه‌های تیز و انعطاف‌پذیر معروف بودند. درروش امروزی ریخته‌گری، فولاد ریخته‌گری ووتز با ذوب شدن آهن و فولاد به همراه زغال‌سنگ در اکسیژن کم ساخته می‌شود و در این شرایط، فلز کربن را از زغال جذب می‌کند. آهسته خنک شدن آلیاژ منجر به ایجاد ماده بلوری حاوی کاربید می‌شود و فولاد دمشق با کمک فورج ووتز به شمشیر و اشیای دیگر تبدیل می‌شود. به‌علاوه، برای تولید فولاد با الگوی موج‌دار مشخصه، مهارت قابل‌توجهی برای حفظ درجه حرارت ثابت لازم است.

نوع دیگر، فولاد دمشق با الگوی جوش است، اگرچه که فولاد دمشق اولیه به این روش تولید نشده اما امروزه این گروه از فولاد به فولاد دمشقی شهرت دارد. در این روش، چندین ورقه و برش آهنی و فولادی به یکدیگر جوش داده‌شده و شمش می‌سازند. شمش توسط آهنگر دوباره تا می‌شود تا تعداد لایه‌های موردنظر شکل بگیرد. نتیجه نهایی اگر به‌خوبی انجام شود شباهت زیادی به‌ظاهر سطح تیغه دمشقی واقعی دارد اگرچه ساختار داخلی کاملاً متفاوت است. چکش‌کاری در دمای بالا و تشکیل پیوند جوش‌خورده موجب فورج فلزات می‌شود و محل اتصال برای جلوگیری از نفوذ اکسیژن آب‌بندی می‌شود.

ترکیب شیمیایی فولاد دمشقی

این آلیاژ حدود ۱ تا ۱/۵ درصد کربن در ساختار خود دارد. علت سختی و استحکام بالای آن نیز مقدار کربن بالای آن است. هرچند به‌غیراز کربن، عناصر دیگری نیز در ساختار فولاد دمشقی وجود دارند اما میزان آن‌ها بسیار کم است مانند سیلیکون، گوگرد و آرسنیک. بررسی‌های محققین نشان داده است که تا ۱۵ عنصر مختلف در بیشتر قطعات فولاد ووتز از کربن گرفته تا مس و نیکل مشاهده‌شده است. وجود کربن بالا و سختی این فولاد ساخت آن را نیز دشوار می‌کند ولی اگر به‌درستی تولید شود، می‌تواند تیغه‌های تیزی باقدرتی بی‌نظیر ارائه دهد. برای مشاهده قیمت کاتد مس به این صفحه مراجعه نمایید.

طبق تحقیقات انجام‌شده، ترکیب شیمیایی فولاد دمشقی شامل کربن، منیزیم، فسفر، گوگرد، سیلیسیم، نیکل، مس، وانادیوم و کروم است. در صورت در نظر گرفتن این سیستم به‌عنوان یک سیستم دوتایی آهن-کربن، این ترکیب بالاتر از حد یوتکتوئید است و درنتیجه از دانه‌های مروارید (سمنتیت لاملا و فریت) و سیمانیت تشکیل خواهد شد.
این دانه‌های سیمانیت ساختار طبیعی ندارند و به‌طور تصادفی پراکنده نمی‌شوند به‌علاوه، دانه‌های سیمانیت خالص کوچک هستند و قطری در حدود ۲ تا ۲۰ میکرومتر دارند. در عوض، در صفحات موازی بزرگ به ضخامت ۱۲ تا ۳۰ میکرومتر و ده‌ها یا صدها میکرومتر از هم قرارگرفته‌اند. ازآنجایی‌که چکش به‌ندرت ‌می‌تواند منجر به تغییر شکل یکنواخت شود، ورق‌های سیمانیت در سطح تیغه موازی نیستند و به‌صورت موجدار هستند. این ورق‌ها کاملاً با سطح زمین موازی نیستند و همراه با موجی که در اثر عمل فورج ایجاد می‌شود، باعث ایجاد الگوی نواربندی قابل‌رؤیت می‌شوند که برجسته‌ترین و قابل‌مشاهده‌ترین ویژگی فولادهای دمشقی است. این ذرات سمنتیت موجب افزایش مقاومت فولادها می‌شوند زیرا به‌عنوان موانعی در برابر دررفتن عمل می‌کنند. می‌توان چنین موادی را در دمای پایین تولید کرد تا الگوی نوارهای دمشق باندهای فریت و سیمانیت مخلوط شده را به روشی مشابه با تیغه دمشقی الگوی جوش داده‌شده تولید کرد، اما هرگونه عملیات حرارتی کافی برای حل کاربیدها باعث از بین رفتن دائمی این الگو می‌شود.

فرآیند ساخت فولاد دمشقی

فولاد دمشق معمولاً به‌صورت انبوه ساخته نمی‌شود بلکه بیشتر توسط صنعتگران با تجهیزات آهنگری تولید می‌شود. این فرآیند با انتخاب دو و یا چند نوع فولاد آغاز می‌شود؛ مثلاً یکی حاوی مقدار بالاتر نیکل و روشن‌تر است و دیگری تیره‌تر و به‌صورت نوارهای متناوب تیره و روشن کنار هم قرار می‌گیرند. در ادامه، تصفیه یا اسید شویی فولاد با اسید رقیق پس از پرداخت سطح باعث تیره شدن یکی از فولادها بیش از دیگری می‌شود. ابتدا اکسیدهای موجود در لایه‌های نازک فولاد حذف‌شده و سپس به روشی متناوب روی‌هم قرار می‌گیرند. سپس، فولادهای تمیز و لایه‌لایه تا دمای آهنگری گرم شده و پس از رسیدن به دما، فلاکس برای زدودن بیشتر اکسیدها از فولاد اضافه می‌شود.

در ادامه افزودن فلاکس، جوش‌های فورج برای اتصال لایه‌ها به یکدیگر تشکیل می‌شوند. این کار معمولاً با چکش و سندان و یا پرس انجام می‌شود. این کار برای افزایش طول فولاد با کاهش ضخامت آن انجام می‌شود و سپس فولاد روی خود تاشده و این فرآیند چندین بار تکرار می‌شود تا به تعداد لایه‌‌های موردنظر برسد. همچنین پیچاندن لایه‌های فولاد جوش داده‌شده در این مرحله برای افزودن به منحصربه‌فرد بودن ساختار نیز امری متداول است.

در ادامه، فولاد به‌صورت پیوسته مورد کار گرم قرار می‌گیرد تا زمانی که به ابعاد موردنظر دست یابد. فرآیندهای عملیات حرارتی مختلفی در طول مسیر برای کنترل اعوجاج و دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب برای محصول نهایی اعمال می‌شود.

کاربرد فولاد دمشقی

تیغه دمشقی کاربردهای گسترده و متنوعی دارد ازجمله در مصنوعات فلزی صنعتی که نیاز به شکل‌پذیری و سختی دارند و یا یکی از رایج‌ترین کاربردهای آن‌ در ساخت چاقو و ظرف و ظروف آشپزی است. همچنین، گاهی در ساخت زیورآلات و جواهرات نیز کاربرد دارد.

سخن نهایی

فولاد دمشقی که یکی از محبوب‌ترین مواد برای ساخت تیغه و چاقوی طبیعت‌گردی است، به دلیل برخورداری از سختی بالا و ظاهری زیبا طرفداران زیادی دارد، اما به سبب متوقف شدن تولید انبوه آن، شاید به‌سختی بتوان یک تیغه دمشقی اصل را در بازار یافت. ازجمله مزایای تیغه دمشقی استحکام و دوام بسیار خوب، زیبایی ظاهری و قابلیت حفظ طولانی‌مدت لبه است. باید در نظر داشت که تشخیص تیغه فولاد دمشقی اصل‌کاری بسیار پیچیده است که به الگوی تیغه و هندسه تیغه بستگی دارد. در این مقاله به تاریخچه، انواع، ترکیب شیمیایی، فرآیند ساخت و کاربردهای فولاد دمشقی پرداخته شد.