Твердость лезвия меча

В этом разделе всё о мечах.

Возможные переменные состава для любого данного клинка меча часто настолько многочисленны, что не поддаются подсчету. Теперь понятно, что это изменение является результатом попыток создать клинок, который решает материальные и конструктивные проблемы, существующие на данный момент времени. На протяжении тысячелетий мастера применяли свои лучшие технологии и усилия в этом творческом процессе. Понимание этих исторических произведений искусства постоянно растет. По мере роста знаний возникают проблемы с некоторыми предположениями о том, что на самом деле входило в состав мечей прошлого.

Не существует идеальной конструкции клинка. Лезвие каждого хорошо сделанного меча уникально, оно состоит из баланса целей и компонентов. Эти атрибуты в надлежащей пропорции придают клинку определенную гармонию; ценится ли эта гармония — вопрос личного вкуса в дополнительном определяющем контексте его исторического периода. Осознание этого меняющегося мира производителей, доступных материалов, назначения и дополнительных предпочтений имеет решающее значение для серьезного студента, коллекционера или изготовителя мечей.

Одним из аспектов композиции средневекового меча, который часто рекламируется современными энтузиастами, но мало изучен, является твердость самого клинка. Многие будут использовать догадки при обсуждении твердости оригинальных мечей. Важно взглянуть на материалы, доступные ремесленникам той эпохи, на производимые клинки и на достижения, достигнутые в результате использования этих материалов.

Состав клинка
Я хотел бы кратко остановиться на составе клинка, признавая, что это сложная тема; в целом, для любого данного образца должен быть длинный список микроструктур, элементов, микрофотографии и конструкционных рисунков.

Клинков, которые были протестированы, немного, поэтому, хотя мы можем описать в общих чертах то, что в целом указано, мы не можем сделать вывод, что определенный процент мечей того периода был какого-то определенного типа. Хотя в ту эпоху в любой конкретной области можно было производить превосходный продукт, общее качество стали было фактором, ограничивающим тип закаленного клинка, который мог изготовить мастер. Большинство старинных мечей, прошедших испытания, похоже, изготовлены из смеси стального железа. Эта смесь с различным содержанием углерода и сплава будет регулировать возможные результаты упрочнения клинка. При термической обработке материал также придаст твердость, которая будет резко отличаться от одной точки лезвия к другой. Есть несколько протестированных образцов, которые, однако, показывают довольно равномерное сочетание элементов и содержание углерода, но это относится к относительно небольшой группе тестируемых изделий. То немногое, что было задокументировано относительно исторических образцов, показывает диапазон состава и содержания углерода, который намного превышает строго разработанные спецификации современных сталей для прокатного производства.

Однородные стали, используемые современными производителями, вероятно, являются самым большим шагом вперед по сравнению с оригинальными материалами, учитывая все аспекты того, из чего состоит воспроизводимый меч. В современных сталях, используемых производителями сегодня, есть некоторые различия, но они гораздо меньше, чем у средневековых клинков. Как и в случае с любым промышленным стандартом, он обычно выражается диапазоном, а не конкретным числом. Вот несколько примеров для обычных современных сталей для меча:

В мечах того периода, которые мы рассматриваем, на шести клинках отмечены признаки диапазона содержания углерода. Они показывают содержание углерода от 0,1 или меньше (в целом) до 0,8, причем четыре из шести составляют 0,6 или меньше. Это указывает на то, что даже в клинках этой группы периода наивысшего качества содержание углерода занимает гораздо большую площадь, чем в современных сталях.

Твердость лезвия
На современном рынке много говорится о твердости клинков. На самом деле потребители сопротивляются производству мечей, которые не соответствуют определенным стандартам по конкретной шкале твердости. Почему это?

Вполне возможно, что наши современные умы стремятся зацепиться за окончательный определитель. Мы хотим сказать: «Это лучше, чем то, из-за X». Неотъемлемая проблема, которую мы создаем при таком подходе, заключается в том, что сталь работает иначе; это баланс или гармония конкурирующих функций. Гибкость, способность удерживать лезвие, прочность на разрыв, состав материала, манипуляции с материалом — всеми этими факторами может манипулировать мастер, и все они будут влиять на то, каким может быть конечный результат.

Чтобы помочь разобраться в этом вопросе таким образом, который повысит способность оценивать мечи, изготовленные сегодня, путем сравнения их с мечами, изготовленными в прошлом, вероятно, наиболее выгодно начать с некоторых определений. Это ключевой момент, поскольку часто те, кто делает декларативные заявления о важности того или иного результата теста для клинка, не могут описать, что они на самом деле тестируют, когда их спрашивают.

Существуют три основных варианта тестирования «твердости» стали, которые упоминаются при обсуждении мечей: шкала Бринелла, разработанная в Великобритании и используемая в основном в Европе; шкала Виккерса, разработанная в Великобритании и наиболее часто встречающаяся в литературе по тестированию исторических клинков; и шкала Роквелла C (на самом деле в диапазоне от A до V, но здесь мы имеем дело с диапазоном C), разработанная в Соединенных Штатах. Каждая из этих методик проверяет поверхность материала путем вдавливания индентора известной твердости определенной формы, а затем различными способами измеряет оставшуюся отметку и преобразует ее в число на этой конкретной шкале. Вот краткое описание методов без формул:

Бринелл
Это среднее значение диаметра оттиска, сделанного на тестируемой среде. Когда он указан полностью, число должно выглядеть следующим образом: 481 HB 10/500/30. Это значение переводится как твердость по Бринеллю 481 при использовании 10-миллиметрового шарика с 500-килограммовой нагрузкой в течение 30 секунд. Обычно считается, что этот тест имеет наивысшую степень общей точности.

Виккерс
Этот процесс включает измерение площади поверхности пирамидального углубления в тестируемой среде при заданной нагрузке и продолжительности, что обеспечивает коэффициент, который затем может быть преобразован в число Виккерса. Обычно это выполняется с помощью таблицы пересчета. Число будет представлено как 513 HV / 10, что указывает на твердость по Виккерсу 513 при усилии 10 кгс. Преимущество этой системы заключается в использовании одной шкалы, от верхней до нижней части диапазона твердости, и одного типа индентора по всему диапазону.

Роквелл С
Тест Роквелла — это мера глубины проникновения, когда он установлен в равновесие с испытательной машиной при незначительной и значительной нагрузке. Результат считывается непосредственно с машины. Этот тест является самым быстрым в выполнении, но также наиболее подвержен ошибкам и машинным различиям. Система шкалы Роквелла немного произвольна, поскольку шкалы A-V соотносятся друг с другом, и ее нельзя точно перевести в другие системы. Существует общее понимание того, что показатели Роквелла будут варьироваться на + / — 2 балла в любую сторону в качестве приемлемого промышленного стандарта — т. е. 50Rc может составлять от 48 до 52 и проходить общий промышленный контроль.

Из трех показателей, шкала Роквелла C — это диапазон, который лучше всего соответствует закаленной стали, которую мы будем обсуждать.

Определение твердости

Твердость определяется как устойчивость материала с гладкой поверхностью к царапинам и истиранию. Это был показатель, который оценивали самые ранние шкалы твердости. Шкала МЗ, с которой знакомят большинство людей на уроках естествознания, представляет собой числовую шкалу того, какой минерал поцарапает другие минералы. Однако она не калибруется от одного уровня к другому, и большинство сталей, мягких или твердых, соответствуют этому уровню.

Поскольку современная промышленность начала нуждаться в более совершенных весах, были разработаны другие системы. Измерения Бринелла и Виккерса достигаются путем измерения сопротивления смещению, в то время как шкала Роквелла в большей степени служит для измерения сопротивления проникновению. Вот почему нет точной корреляции между шкалами, и почему системы Виккерса и Бринелла могут быть примерно соотнесены с некоторым показателем прочности при растяжении, в то время как числа Роквелла — нет.

Я также хотел бы прокомментировать другую методологию, которая используется некоторыми производителями ножей и была предметом обсуждения в области производства мечей: использование напильников для определения твердости. Это делается с помощью набора напильников с градуировкой по твердости. Проверка напильником наиболее полезна для проведения общих сравнений, а не для получения определенного числа. Они также проверяют только фактический материал поверхности в заданном месте.

Недостатком тестирования напильником является фактическая твердость напильника и несоответствие нагрузки, приложенной к испытательному удару. Сами наборы напильников обычно имеют диапазон из пяти пунктов, в котором они эффективны, т. Е. Типичный набор напильников должен быть откалиброван до 30, 40, 45, 50, 55, 65. Таким образом, опытный тестировщик с натренированной рукой, вероятно, приблизил бы показатель твердости к 3-4 баллам. Переменные, присутствующие в таком процессе, создают трудности при ограниченном тестировании на нескольких образцах с файлами, и к ним следует относиться осторожно при обсуждении специфики результатов теста.

Как описано выше, твердость лезвия меча является показателем стойкости его поверхности к истиранию и указывает на его способность удерживать лезвие. Существует некоторая корреляция с прочностью на разрыв, но гибкость и другие факторы, влияющие на совокупность клинков, не имеют тесной связи с этими конкретными показателями.

Периодическая твердость лезвия
Теперь, зная, что показывают тесты на твердость клинка, мы можем обратиться к некоторым сохранившимся мечам того периода. Глядя на проведенные тесты, мы можем увидеть, где они указывают на то, что средневековые производители мечей ставили перед собой цели, и что приобретал средневековый покупатель.

Сравнения одного меча с другим и одного автора с другим следует проводить осторожно. Стандартной методологии описания твердости клинка того периода и конструктивных характеристик не существует. То, что один исследователь может выбрать для отбора образцов клинка, может отличаться от областей или количества пятен, проверенных другим. Археолог-металлург может выбрать другие области для тестирования, чем это сделал бы кузнец клинка. Таким образом, очень важно обращать внимание на методологию получения любых результатов, на которых можно основывать предположения. Ключевой целью любого, кто проводит такого рода исследования, должно быть количественное определение истинного качества клинка — очень сложная задача.

За последние двадцать лет несколько разных исследователей тестировали клинки, на которые я буду ссылаться здесь; я попытался использовать эти примеры с несколькими точками, протестированными на каждом клинке. Это позволяет лучше понять, из чего состоял клинок того периода, поскольку образцы, испытанные только в одном месте, будут ненадежными индикаторами природы этого клинка. Более того, все предметы выглядят как действующее оружие своего периода. Количество протестированных мечей не является статистически значимым по сравнению с количеством мечей, изготовленных за исторический период. Таким образом, мы должны использовать их как отдельные примеры, которые могут указать на масштаб того, что было сделано. По мере сбора дополнительной информации мы можем уточнить картину, но на данный момент нам приходится работать с неопровержимыми доказательствами, которые намного лучше, чем часто повторяющиеся «правдивые» истории, которые никто не может найти или задокументировать.

Наиболее четкой характеристикой, которую мы можем видеть из тестов твердости, проведенных на оригинальных мечах, является тот факт, что твердость сильно варьируется по всему изделию, не только от поверхности до сердцевины или от края до середины клинка, но буквально по всему материалу твердость будет колебаться в довольно широком диапазоне. В качестве примера, меч 11-13 веков из Хофьягд и Русткаммер показывает диапазон твердости от 119 до 520 ударов в час.4 Среднее значение этого предмета составляет 217 ударов в час. Меч был дополнительно протестирован с четырьмя образцами, снятыми с лезвия. Эти детали были протестированы по всей толщине лезвия, и микротвердость варьировалась от 258 до 329 об / ч, в среднем 300 об / ч. Когда мы хотим описать этот меч, используя систему Роквелла, мы смотрим на изделие, которое колеблется от менее чем 20 до 50 грамм, при среднем значении все еще ниже 20 грамм.

На этом графике подробно показан диапазон твердости, обнаруженный у клинков нескольких периодов, по сравнению с тем, какой уровень твердости обычно указывается производителями современных копий. Имейте в виду, что диапазон на клинках периода включает все точки, протестированные на мече; таким образом, верхнее и нижнее числа могут быть только одной точкой на лезвии и не связаны с областями острия или сердцевины. К диапазонам на мечах того периода была проставлена точка, чтобы указать, где тестировщики указали среднюю твердость лезвия для этого клинка.

Общее количество клинков с документацией для нескольких тестовых участков составило 20. Задокументировано еще несколько лезвий без комментариев о количестве образцов на лезвие или о том, где качество извлеченного лезвия могло повлиять на результаты; Я не включил их. Я почувствовал, что это даст лучшее представление о том, какими были клинки того периода, если выбрать те образцы, которые, казалось, представляли собой прочные, хорошо сделанные клинки того периода, которые были протестированы несколько раз.

Включенные в комплект мечи относились к периоду с 9 по 16 век. Признавая, что эта группа недостаточно велика, чтобы быть статистически значимой, я разделил их на группы по периодам, поскольку трудно сравнивать промышленные технологии за такой большой промежуток времени. Были протестированы два дополнительных меча 17-го и 18-го веков соответственно; они не были включены в мои соображения, хотя, возможно, интересно отметить, что их средняя твердость (единственное приведенное для них число) составляла 441VPH (~ 45Rc) и 472VPH (~ 47Rc). 1, 4, 7, 14, 15

Группа с 9 по 13 века
Эта подгруппа состояла из 13 мечей. Диапазон твердости в группе составлял от 93 Об / ч (без эквивалента Rc) до 650 Об / ч (~ 58 об / ч), и все эти клинки демонстрировали диапазон твердости в разных областях каждого клинка. Были указания на несколько различных методов изготовления, включая обертывание сердцевины, сварку по шаблону, набивку ворса и нанесение кромки.

Результаты термической обработки показали, что большинство лезвий подвергались слабой закалке с разной степенью успешности, и были свидетельства, указывающие на процесс закалки и отпуска в нескольких лезвиях. Там были два лезвия, на которых вообще не было следов термической обработки.

Группа с 14 по 16 века
Эта группа насчитывала семь лезвий и варьировалась по твердости от 136 Об/мин (> 20 об/мин) до 650 Об/ч (~ 58 об/мин). Эти лезвия представляли собой свайную, заготовочную, обернутую сердцевиной и науглерожившуюся железную конструкцию.

В этой группе были обнаружены признаки проведения операций слабой закалки и закалки / отпуска.

Важность выбора нескольких точек на клинке для проверки можно продемонстрировать на этом примере из некоторых раннесредневековых мечей из коллекции Уоллеса и в других местах Дэвида Эджа и доктора Алана Р. Уильямса, в котором подробно описываются различия, которые можно ожидать от средневекового меча.

На приведенной выше диаграмме подробно описана твердость, обнаруженная вдоль лезвия и середины, возможно, меча 12 века (A 457) из коллекции Уоллеса, Лондон (Меч B на графике 1). Шпага была протестирована с интервалом в 5 см вдоль режущей кромки и середины, и результаты составили в среднем 211 миль в час в середине и 279 миль в час вдоль кромки.

Кромка лезвия — это то место, где твердость обычно является наиболее желательной и вызывает наибольшие замечания. Если мы возьмем те лезвия, на которых специально тестировались участки кромок, и посмотрим на диапазон твердости, мы найдем образец из девяти наименований, где это указано. Максимальное число, детализированное для конкретных точек на каждом ребре, варьировалось от 200 миль в час (> 20 об/ мин) до 540 миль в час (~ 52 об /мин). В семи образцах температура ниже 460 Об/ ч (~ 46 об /мин), а в оставшихся двух испытания проводились при 520 Об/ч (~ 50 об /мин) и 540 Об /ч (~ 52 об /мин). Исследователи указали среднюю твердость кромок в семи образцах. Два меча, перечисленных выше, имели в среднем 217 оборотов в час (> 20 об/ мин) и 476 оборотов в час (~ 47 об /мин) соответственно. У остальных пяти мечей скорость одного составляла 279 миль в час (~ 27Rc), а у остальных четырех — в среднем от 133 до 217 миль в час (все > 20Rc).

Этот диапазон твердости, по-видимому, обусловлен двумя факторами: во-первых, материалом, из которого изготовлены лезвия, с различным содержанием углерода, присутствующим в разных участках лезвия; во-вторых, процессом термической обработки лезвия, таким как слабая закалка по сравнению с полной закалкой и отпуском. Поскольку различия в содержании углерода в любом конкретном образце материала ограничивают достижимую твердость, возможную в процессе закалки, это предельная граница, от которой зависит успех любой термической обработки. Следует также иметь в виду, что процессы закалки варьировались от клинка к клинку. Такие элементы этого процесса, как начальная температура нагрева, среда для закалки, время закалки, скорость охлаждения и то, был ли образец закален или нет, играют важную роль.

На следующем графике показано сравнение образцов некоторых периодов с некоторыми сталями, используемыми для современных копий клинков. Показаны содержание углерода и твердость. Современные изделия подвергаются стандартной термообработке с 50 Rc в качестве целевого показателя.

Это ясно показывает значительное преимущество современной стали в создании однородного продукта по сравнению с проблемами, которые кузнецам того периода приходилось преодолевать при производстве клинков для мечей.

Еще одним важным фактором, который мог оказать существенное влияние на твердость, была конструкция клинка. Клинки в этой группе имеют конструкцию с набивкой, заготовкой, намоткой сердцевины, сваркой по шаблону, науглероживанием железа и нанесением кромки (см. Приложение). Учитывая различия в материалах и методологии изготовления клинков, кузнецам того периода было непросто изготовить клинок, диапазон твердости которого был бы настолько узким, насколько позволяют современные стали. В некоторых случаях конструкция клинка указывает на то, что этот тип диапазона твердости не был целью кузнеца. Таким образом, нужно спросить, был ли этот вызов чем-то, чего они вообще были заинтересованы в достижении в результате, и нам потребуется гораздо больше исследований, чтобы ответить с какой-либо уверенностью.

Заключение
База знаний о средневековых мечах быстро расширялась на протяжении последних нескольких десятилетий, и мы многое узнали об этих предметах как о рабочих инструментах. Развитие этого исследования имело решающее значение для того, чтобы открыть нам глаза на реальность того, из чего делают меч. Примеры, которые мы рассмотрели здесь, иллюстрируют, что твердость меча, атрибут, дорогой современному производителю и потребителю, не всегда была атрибутом, на который обращали внимание создатели того периода. Два примера без термической обработки указывают на то, что делался выбор в отношении того, насколько твердым должен быть меч. Это также информирует современного пользователя меча о том факте, что изделие, не соответствующее воспринимаемому идеалу по твердости и составу, средневековые мастера считали функциональным клинком, который был бы приемлем, по крайней мере, для определенного сектора их рынка.

Качество информации при обсуждении этих тем очень важно, и поскольку у нас нет большого количества примеров, на которых можно основывать выводы, требуется дальнейшее обсуждение. Представленные выше доказательства были опубликованы и дополнены способом, который может быть квалифицирован и изучен. «Лучший клинок» того периода вполне мог обладать характеристиками, отличными от описанных выше, но следует признать, что производство клинков для мечей было крупной отраслью промышленности, отличавшейся многими уровнями качества. Обсуждение того, насколько точны копии, которым можно подражать сегодня, следует начинать с известного и обращаться к достоверным данным, которые можно найти, прежде чем рассматривать окончательные утверждения. Приведенные выше доказательства никоим образом не исключают, что клинки того периода находились вне областей, показанных выше; достаточно одного задокументированного примера, чтобы показать, что они могли это сделать. Но некоторые из этих протестированных клинков кажутся образцами хорошего качества своего времени. Эти клинки действительно показывают, что рабочий диапазон клинков, представленных в этом образце, отличался от часто заявляемого «среднего средневекового клинка». Это наводит на мысль, что мы, возможно, слишком зациклены на определенных цифрах, когда смотрим на то, из чего сделан меч. Характеристики, которые, по мнению заказчика и производителя того периода, были важны, возможно, отличались от наших собственных.
 

Перейти на главную страницу.