¿Es tan sorprendente el "tamasteel" de las espadas japonesas?

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El material acero de las espadas japonesas se llama Wakou (Wakou) o Tamahagane (Tamahagane). Este es un tipo de acero elaborado con métodos tradicionales japoneses.

Combustible para fundición:

Como todos sabemos, Japón es un país insular con escasos recursos. A excepción de una pequeña cantidad de rico mineral de hierro, no había ninguna fuente de minerales combustibles propensos a serlo. Las altas temperaturas en la antigüedad El entorno natural era tan malo que la fabricación temprana de acero tuvo que utilizar un tipo de combustible llamado "carbón de pino" (nota: es carbón vegetal que se elabora quemando leña morada y apagándola hasta la mitad). Aunque la temperatura máxima al quemar carbón de pino puede alcanzar los 1200°C (nota: la temperatura de fusión completa del hierro es superior a 1538°C), tiene la desventaja de un corto tiempo de combustión, por lo que se cambiará la fabricación de acero después del mediano plazo. a [carbón de Sakura] ], lamentablemente todavía no es ideal. No fue hasta principios del período Edo, hace unos trescientos años, que un hombre llamado Bitakaya Choemon que vivía en la ciudad de Tanabe, prefectura de Wakayama, inventó una especie de árbol de té hecho de madera de roble. Este problema se resolvió después de la introducción de [Binchotan]. , que puede mantener una combustión a baja temperatura de unos 800 grados Celsius durante mucho tiempo.

Hierro esponja:

En un entorno donde nunca se dispone de combustible de alta temperatura, los japoneses todavía se devanan los sesos para desarrollar una tecnología única de fundición de hierro. Después de mezclar el mineral de hierro y el carbón, solo se calientan a no más de 1000 °C. El mineral de hierro se reduce a hierro mediante monóxido de carbono. En este momento, el hierro reducido no puede fundirse en estado líquido. El hierro elemental sólido sufrirá una reacción de carburación con monóxido de carbono a temperaturas tan altas. Según el diagrama de fases de la aleación hierro-carbono, aunque el hierro en este momento sólo puede disolver de 1,5 a 1,7 carbonos, el contenido de carbono del hierro final no depende de esto. El contenido de carbono final depende del potencial de carbono del gas del horno y del tiempo de calentamiento. Esto se debe a que mientras el potencial de carbono del gas del horno sea suficiente y la concentración de carbono en el hierro exceda la solubilidad, el exceso de carbono puede existir en forma de cementita y el porcentaje de carbono de la cementita es 6,69. El hierro obtenido después de fundir y enfriar es poroso como una esponja, también conocido como hierro esponja.

Defectos:

Golpear la plancha esponja en trozos pequeños. Luego, según el brillo de la sección transversal, solo se seleccionan aquellos con un contenido de carbono de aproximadamente 1 a 1,7 y menos impurezas y se denominan acero de jade. Se puede ver que se puede decir que el acero de jade es una especie de bloque de acero para fundición a baja temperatura.

Aunque Japón es rico en mineral de hierro, la calidad del acero fundido con este método indígena realmente no es digna de elogio. Debido a que se trata de una fundición en estado sólido, las inclusiones no metálicas en el hierro esponjoso no se convertirán en escoria ni flotarán como la fundición líquida. Además, al fundir ingredientes, a veces se añade artificialmente algo de polvo de cuarzo, lo que hace que las inclusiones no metálicas de esta esponja de hierro sean muy graves. El hierro esponjoso no es una pieza homogénea de hierro, porque no se fusionan entre sí para formar una composición uniforme como la fundición líquida. Por lo tanto, incluso en el acero de jade seleccionado inicialmente, el contenido interno de carbono y otros componentes están distribuidos de manera extremadamente desigual.

Re-refinado:

Eliminar impurezas y seleccionar

El acero de jade que se ha seleccionado inicialmente no puede llamarse acero de jade real. El acero fundido por las acerías modernas no tiene grados correspondientes al acero de jade. Esto no significa la regresión de la tecnología metalúrgica moderna. Esto se debe a que el contenido de carbono del acero de jade primario es realmente demasiado amplio: abarca desde barras de acero roscadas >0,25, engranajes de automóviles 0,25~0,5, resortes 0,6~0,8, limas (1,0~1,2) hasta juntas de tuberías de agua de acero maleable (todos). grados de acero con un contenido de carbono de aproximadamente 1,7) y contienen algunas inclusiones no metálicas no deseadas.

Así que existe un paso llamado "reducción de agua" por los artesanos japoneses. Este es un método para eliminar impurezas mediante tratamiento térmico y clasificación adicional de materiales con diferentes contenidos de carbono. Aunque utiliza el enfriamiento como medio, el propósito es obviamente diferente al del tratamiento térmico, por lo que es inexacto llamarlo tratamiento térmico.

Los artesanos martillan el acero de jade calentado hasta obtener láminas planas con un espesor de aproximadamente 5 mm. Una vez formada la lámina de acero, el fabricante de cuchillos la enfriará rápidamente con agua. Las partes del acero que contienen más carbono se agrietarán y se desprenderán debido a la tensión interna excesiva causada por el enfriamiento. La pieza con menor contenido de carbono no es fácil de endurecer y tiene mejor plasticidad.

Esto se debe a que el grado de endurecimiento está estrechamente relacionado con la temperatura de enfriamiento, el tiempo de calentamiento y el contenido de carbono.

Cuanto mayor sea el contenido de carbono, menor será la temperatura de enfriamiento a la que se puede endurecer. Por ejemplo, el acero con un contenido de carbono de 1,0 o más se puede endurecer calentándolo a 770°C durante un tiempo normal. El acero con un contenido de carbono de 0,35 se templa semimartensita (semimartensítico) cuando se calienta a esta temperatura. La dureza después del temple no es alta. Cuando el tiempo de calentamiento es corto, ni siquiera se puede templar y es necesario aumentarla a 850. °C. Siempre que el fabricante de cuchillos utilice una temperatura de enfriamiento más baja y un tiempo de calentamiento más corto, y lo controle adecuadamente, puede endurecer materiales con un contenido de carbono apropiado para facilitar la trituración y la separación.

Después del templado, el acero de jade debe someterse a un proceso llamado "pequeño corte" por los artesanos japoneses. Rompe el acero en trozos finos de 2 a 3 cm de largo. La parte irrompible significa que el contenido de carbono es demasiado bajo.

El contenido de carbono que se puede obtener aproximadamente es de 1,0 a 1,7 para Yugang, aproximadamente 0,7 para el hierro inferior izquierdo y aproximadamente 0,1 a 0,3 para el hierro Paoding. El método de romper las láminas endurecidas en pedazos pequeños también puede separar eficazmente las inclusiones no metálicas en las láminas de acero. Esto se debe a que la rotura se produce en defectos causados ​​por inclusiones no metálicas. Las inclusiones no metálicas en el acero de jade suelen estar concentradas y la parte del acero de jade sin inclusiones es relativamente pura. Durante el forjado posterior, estas inclusiones en los bordes de los fragmentos se caerán y separarán debido a la oxidación y descamación de la superficie del hierro y a su propia falta de plasticidad. A pesar de esto, las inclusiones no metálicas restantes en el acero de jade siguen siendo muy preocupantes, por lo que los cuchillos hechos de acero de jade deben someterse a repetidos ejercicios de plegado para alargar y adelgazar los defectos causados ​​por las inclusiones a lo largo de la dirección longitudinal del cuchillo. Concentración de tensiones causada por defectos durante el enfriamiento o la tensión.

El acero jade tratado como el anterior es muy parecido al acero moderno. El contenido de carbono promedio del acero de jade (1,5) es más o menos similar al de algunas limas de acero (1,0~1,2). Esto se debe a que el acero al carbono con un contenido de carbono superior a 1,3 es muy frágil y no tiene valor práctico. Durante el posterior proceso de plegado y forjado del acero de jade, debido al plegado y la descarburación oxidativa, el contenido de carbono se volverá uniforme y caerá aún más de 0,8 a 1,0. El contenido de carbono del hierro inferior izquierdo (0,7) es el mismo que el del alambre de resorte de acero al carbono (0,7). El contenido de carbono del hierro de taller es aproximadamente el mismo que el de las barras de refuerzo para la construcción y los ángulos de hierro.

Composición:

Esta es la lista de composición del acero de jade del período de la Segunda Guerra Mundial que se encuentra en Wikipedia: Hierro 98,12 - 95,22; Carbono 3,00 - 0,10; Cobre 1,54; Tungsteno 0,05; Molibdeno 0,04; Titanio 0,02; Silicio indefinido; Otras trazas.

Ingredientes:

Hierro:

El azufre y el fósforo, impurezas dañinas importantes en el acero, no figuran en la tabla y se tratan como cantidades traza. Se puede ver aquí que debido a que la fundición utiliza carbón vegetal con muy bajo contenido de azufre y mineral de hierro rico de alta calidad, y el hierro fundido no se mezcla con la carga líquida, el contenido de azufre y fósforo obtenido sigue siendo muy bajo. El acero al carbono moderno de alta calidad requiere un contenido de azufre de <=0,030 y un contenido de fósforo de <=0,035. Se puede ver que el acero de jade contiene bajo contenido de azufre y fósforo, es adecuado para forjar y es beneficioso para mejorar la tenacidad.

El carbono es el principal elemento de aleación del acero de jade. El contenido de carbono determina las propiedades mecánicas del acero de jade antes y después del templado. Cuanto mayor es el contenido de carbono del acero, mayor es la dureza práctica después del templado, pero después de que el contenido de carbono excede 0,8, la dureza no aumenta significativamente con el aumento del contenido de carbono.

Cobre:

El cobre, el manganeso, el tungsteno, el molibdeno y el titanio no son elementos que la gente agrega intencionalmente, aquí son elementos impuros. Sin embargo, estos elementos a menudo se añaden al acero como elementos de aleación en los procesos modernos de fabricación de acero. El cobre 1.54 es un elemento de baja aleación por contenido. El cobre en el acero de jade templado es principalmente una solución sólida sobresaturada en la estructura de la matriz. Dado que la dureza y resistencia del acero templado dependen principalmente del contenido de carbono de la martensita templada, el efecto fortalecedor del cobre no es obvio. El cobre tiene un efecto fortalecedor de solución sólida sobre el acero de jade sin templar. El cobre ayuda a mejorar la resistencia del acero a la corrosión en el aire.

Manganeso:

Manganeso 0,11; tungsteno 0,05; molibdeno 0,04; titanio 0,02 - es un elemento traza de aleación según su contenido. El manganeso es un elemento formador de carburo débil. El manganeso puede promover el crecimiento de granos, lo que es perjudicial para el acero de jade que requiere calentamiento y forjado repetidos.

El manganeso puede mejorar la templabilidad del acero y obtener una capa de endurecimiento más profunda. Sin embargo, para los cuchillos que son muy delgados y requieren una pequeña profundidad de capa endurecida para ser duros por fuera y resistentes por dentro, este efecto del manganeso es negativo. El manganeso tiene un efecto fortalecedor de solución sólida en acero recocido y normalizado. Sin embargo, para el acero templado, la dureza y la resistencia dependen principalmente del contenido de carbono de la martensita templada, y el efecto fortalecedor del manganeso no es obvio. El manganeso puede formar compuestos de alto punto de fusión con azufre nocivo en el acero para reducir la fragilidad por calor, pero tiene poco efecto en el acero de jade con un contenido de azufre muy bajo. En términos generales, dado que el contenido de manganeso en el acero de jade es sólo una milésima, se pueden ignorar varios efectos.

Titanio:

El titanio es un elemento formador de carburo fuerte, mientras que el tungsteno y el molibdeno son elementos formadores de carburo de fuerza media. En aceros con alto contenido de carbono como el Yugang, aparecen en forma de sus respectivos carburos (TiC, WC, MoC, W2C, Mo2C). Debido al alto punto de fusión y la buena estabilidad de estos carburos, sólo pueden fundirse en la estructura de austenita cuando se calientan a aproximadamente 1000°C. La temperatura de enfriamiento del acero de jade es de alrededor de 780°C. Sumado al hecho de que el contenido es solo de unas diez milésimas, estos elementos no afectarán las propiedades mecánicas macroscópicas del acero de jade.

Plomo del agua:

En cuanto al "plomo del agua" del que hablan los internautas, me temo que nadie puede decir claramente qué elemento es. Algunas personas citan escrituras y dicen. es molibdeno y algunas personas tienen pruebas concluyentes que dicen que es tungsteno. Incluso si aparece el creador del término "plomo de agua", será difícil ponerse de acuerdo sobre la afirmación. Estos oligoelementos y trazas se pueden encontrar en cualquier acero y tienen poco impacto real en las propiedades del acero.

Por lo tanto, el acero jade sigue siendo acero al carbono puro, muy similar a nuestras limas de placa de acero al carbono de uso común. Este nombre está bien elegido y da a la gente un significado engañoso. ¿Cómo pueden los cuchillos de acero de jade modernos (incluidos los de la Segunda Guerra Mundial) funcionar mejor que el acero moderno? (Bajo las mismas condiciones del proceso)