Damask Steel Mechanical Properties

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose: to determine the mechanical properties of damask steel, to establish the main disadvantages and advantages of blade products of antiquity compared to modern high-carbon tool steels. Materials and research methods. The objects of the study are tool steel U15A (1.5 % С) and damask steel Ds15P. The chemical composition of the materials is determined using an ARL 3460 type optical emission spectrometer. Structural studies are carried out on a Zeiss EV050 XVP scanning electron microscope with an EDS X-Act probe microanalyzer system and a METAM PB-21-2 optical microscope. The structure of the excess carbide phase is studied using a transmission electron microscope of the TEI Tecnai G2 20 TWIN type. The structural component hardness is determined using a Model 402MVD microhardness tester. Results and discussions. Scientific works to determine the mechanical properties of genuine Damascus steel are very few. This is because most high-quality blades of genuine Damascus steel sword are stored in state museums or private collections. The authors agree that genuine Damascus steels with a carbon content of 1.3% to 2.3 % have legendary elasticity and fracture toughness with a sufficiently high content of phosphorus in the composition of these steels. The paper compares the mechanical properties of modern carbon tool steel and genuine Damascus steel. It is confirmed that the layered structure of Eastern Damascus steel type Ds15P, formed carbide layers of a width not exceeding 75 microns in troostite matrix differs from the homogeneous structure of modern carbon tool steel type U15А. The microhardness of the carbide layers in genuine Damascene steel is 920 HV, the microhardness of the layers troostite - 475 HV. Carbide layers in genuine Damascene steel consist of cementite oblong. Oblong excess carbides morphologically resemble an oval with a thickening in the middle part. The sizes of carbides in cross section make about 3...4 microns, in longitudinal section do not exceed 9...12 microns, the ratio of axes makes 1/3. Found that the blade edge Damascus blade represents microsaw consisting of parallel carbide and troostite layers. Conducted comparative tests on the preservation of cutting edge blade steel U15А and Ds15P found that with little effort Damascus steel (Ds15P) shows a greater number of cuts than the steel U15А. It is revealed that a layered structure of genuine Damascus steel type Ds15P the fatigue crack propagation from the time of its occurrence until complete destruction occurs for a greater number of cycles than in the homogeneous structure of modern carbon tool steel type U15А. Damascus steel type Ds15P showed a 2-fold stock fatigue life compared to modern carbon tool steel type U15А.

About the authors

S. A. Dmitry

Email: suhanov7@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Metal service center ASK-MSC Company, 8 Nauchny proezd, Moscow, 117246, Russian Federation, suhanov7@mail.ru

P. V. Natalya

Email: plotnikova1975@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation, plotnikova1975@mail.ru

D. V. Svetlana

Email: svetlanadolgova99@gmail.com
Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation, svetlanadolgova99@gmail.com

S. N. Larisa

Email: suhanova.l@ask-msc.ru
Metal service center ASK-MSC Company, 8 Nauchny proezd, Moscow, 117246, Russian Federation, suhanova.l@ask-msc.ru

G. Yu. Aleksandr

Email: golikov.aleksandr88@mail.ru
Metal service center ASK-MSC Company, 8 Nauchny proezd, Moscow, 117246, Russian Federation, golikov.aleksandr88@mail.ru

A. B. Leonid

Email: tigram.korolev@mail.ru
Interregional public organization “Creative Union of Blacksmiths”, 6 Tamozhennyi proezd, Moscow, 111033, Russian Federation, tigram.korolev@mail.ru

References

  1. Бируни А.Р. Собрание сведений для познания драгоценностей (минералогия). – Л.: Изд-во Акад. наук СССР, 1963. – 520 с.
  2. Гаев И.С. Булат и современные железоуглеродистые сплавы // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1965. – № 9. – С. 17–24.
  3. Zschokke В. Du Damasse et des Lamés de Damast // La Revue de Metallurgie. – 1924. – N 21. – P. 639–669. – doi: 10.1051/metal/192421110639.
  4. Panseri C. Damascus steel in legend and in reality // Gladius. – 1965. – N 4. – P. 5–66. – doi: 10.3989/gladius.1965.188.
  5. Mechanical properties and microstructure of heat-treated ultrahigh carbone steels / H. Sunada, J. Wadsworth, J. Lin, O.D. Sherby // Materials Science and Engineering. – 1979. – N 38. – P. 35–40.
  6. Wadsworth J., Sherby O.D. On the Bulat–Damascus steels revisited // Progress in Materials Science. – 1980. – N 25. – P. 35–68.
  7. Sherby O.D., Wadsworth J. Damascus steel // Scientific American. – 1985. – N 252 (2). – P. 112–120. – doi: 10.1038/scientificamerican0285-112.
  8. Sherby O.D., Wadsworth J. Ultrahigh carbon steels, Damascus steels, and superplasticity // 9th International Metallurgical and Materials Congress, Istanbul, Turkey. – United States, 1997. – P. 1–22. – doi: 10.2172/555400.
  9. Processing, structure, and properties of a rolled, UHC steel plate exhibiting a damask pattern / E.M. Taleff, B.L. Bramfitt, Ch.K. Syn, D.R. Lesuer, J. Wadsworth, O.D. Sherby // Materials Characterization. – 2001. – Vol. 46. – P. 11–18. – doi: 10.1016/S1044-5803(00)00087-5.
  10. Голиков И.Н. Дендритная ликвация в стали. – М.: Металлургиздат, 1958. – 206 с.
  11. Электронно-микроскопические исследования Булатной стали / Ф.Н. Тавадзе, Б.Г. Амаглобели, Г.В. Инанишвили, Т.В. Этерашвили // Сообщения Академии наук Грузинской ССР. – 1984. – № 3 (113). – C. 601–604.
  12. Тавадзе Ф.Н., Амаглобели Б.Г., Инанишвили Г.В. Механические свойства булатной стали // Сообщения Академии наук Грузинской ССР. – 1984. – № 3 (113). – C. 589–592.
  13. Verhoeven J.D., Jones L.L. Damascus steel, Part II: Origin of the Damask pattern // Metallographe. – 1987. – Vol. 20. – P. 153–180. – doi: 10.1016/0026-0800(87)90027-9.
  14. Verhoeven J.D., Pendray A.H., Gibson E.D. Wootz Damascus steel blades // Materials Characterization. – 1996. – Vol. 37. – P. 9–22. – doi: 10.1016/s1044-5803(96)00019-8.
  15. Verhoeven J.D., Pendray A.N., Dauksch W.E. The key role of impurities in ancient Damascus steel blades // Journal of Metallurgy. – 1998. – Vol. 50. – P. 58–64. – doi: 10.1007/s11837-998-0419-y.
  16. Verhoeven J.D. Pattern formation in wootz Damascus steel swords and blades // Indian Journal of History of Science. – 2007. – Vol. 42.4. – P. 559–574.
  17. Таганов И.Н. Закат легенд о булате // Калашников. – 2009. – № 11. – C. 92–97.
  18. Sukhanov D.A. Influence of phosphorus impurity on the structure and nature of the destruction of the genuine Damascus steel // International Journal of Engineering Technologies and Management Research. – 2018. – Vol. 5 (4). – P. 26–37. – doi: 10.5281/zenodo.1244689.
  19. Sukhanov D.A., Plotnikova N.V. Influence of the distribution of excess carbides on the properties of genuine Damascus steel // Materials Sciences and Applications. – 2019. – Vol. 10. – P. 118–136. – doi: 10.4236/msa.2019.102010.
  20. Application of the divorced eutectoid transformation to the development of fine-grained, spheroidized structures in UHC steels / T. Oyama, O.D. Sherby, J. Wadsworth, B. Walser // Scripta Metallurgica. – 1984. – Vol. 18. – P. 799–804.
  21. Morphology of excess carbides Damascus steel / D.A. Sukhanov, L.B. Arkhangelsky, N.V. Plotnikova, N.S. Belousova // Journal of Materials Science Research. – 2016. – Vol. 5 (3). – P. 59–65. – doi: 10.5539/jmsr.v5n3p59.
  22. Sukhanov D.A., Plotnikova N.V. Wootz: cast iron or steel? // Materials Sciences and Applications. – 2016. – Vol. 7. – P. 792–802. – doi: 10.4236/msa.2016/711061.
  23. Суханов Д.А., Архангельский Л.Б., Плотникова Н.В. Природа угловатых карбидов в булатной стали // Металлург. – 2017. – № 1. – C. 112–117.
  24. Суханов Д.А., Архангельский Л.Б., Плотникова Н.В. Механизм образования эвтектических карбидов типа Fe2C в структуре булатной стали // Металлург. – 2018. – № 3. – C. 57–64.
  25. Суханов Д.А. Конструктивная прочность многослойных сталей // Состояние, проблемы и перспективы восстановления технологии производства Дамасской стали, булата и металлических композитов: сборник докладов и материалов I Международного научно-практического семинара: «Дамасская сталь. Булат. Металлические композиты. Теория и практика». – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – № 1. – C. 83–104.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».