Metallurgia Giapponese

[teo.m 1]

Allora, al punto di Curie, ovvero i 770°C, la ferrite diventa amagnetica.

 

Ora, per gli acciai ipoeutettoidi con un buon tenore di C (dallo 0,5% circa sino alla composizione eutettoide) a 770°C siamo gà nel campo in cui è stabile solo in ferro gamma (austenite), ovvero siamo già oltre Ac3.

 

Per quelli a basso tenore di carbonio invece il metodo della calamita non va bene, perchè la ferrite diventa amagnetica oltre i 770°C ma la struttura diventa completamente austenitica ad una temperatura superiore.

 

Quindi, ricapitolando velocemente. Per gli acciai ipoeutettoidi la T di tepra è sempre superiore ad Ac3. La struttura, per gli acciai ipoeutettoidi a medio o alto tenore di C, a T di 770°C (e superiori), è formata da sola austenite insatura e l'acciaio è amagnetico.

 

Per gli acciai ipoeutettoidi a basso tenore di C, a T di 770°C, l'acciaio diventa amagnetico (perchè la ferrite passa da agnetica ad amagnetica), ma non saremo ancora oltre Ac3. Saremo tra Ac1 e Ac3 e l'acciaio avrà una struttura mista formata da austenite insatura e ferrite.

 

Il metodo della calamita viene usato perchè l'austenite è amagnetica, mentre la ferrite, perlite e cementite sono magnetiche.

Quindi quando il pezzo diventa amagnetica significa che l'acciaio ha assunto struttura austenitica, eccezion fatta, come appena spiegato, per gli acciai ipoeutettoidi a basso tenore di C, che però solitamente non vengono impiegati per la costruzione di lame.

 

Personalmente credo che, per gli acciai bassolegati a medio e alto tenore di carbonio, la tecnica della calamita possa funzionare ma sia meglio affiancarla al controllo del colore del pezzo.

 

 

 

Per gli acciai ipereutettoidi, in particolare per quelli ad alto tenore di carbonio, si mantiene invece una tempratura compresa tra Ac1 e Acm e la struttura sarà formata da austenite satura e cementite, e l'acciaio amagnetico.

 

Mi auguro di esere stato chiaro.

 

Ciao.

 

Chiarissimo!! grazie !!

[Angelo 0]

Gli acciai delle Nihonto, così come qualsiasi altro acciaio utilizzato in passato (e anche oggi) non sono puri.

Contengono quantità variabili di altri elementi di lega, come Si, Mn e quantità molto limitate di Pb e S (e forse anche piccole quantità di altri elementi di lega.

 

E' impossibile ottenere una lega Fe-C pura (se non con le moderne tecnologie) ed è anche poco utile (se non per fini di studio), dato che comunque i vari elemnti di lega, ad eccezione di impurità come Pb e S, hanno comunque alcuni effetti benefici su alcune proprietà dell'acciaio (il manganese evita i problemi di hot shortness,, il silicio aumenta la resilienza, Re e Rm, il vanadio, molibdeno, cromo affinano il grano, ecc).

 

Quando si dice che l'acciaio delle nihonto è particolarmente puro penso si intenda dire che il contenuto di Pb e S è decisamente basso. Se si pensa come veniva realizzato anticamente il tameghane il basso contenuto di impurità come Pb e S è indicedi un elevata maestria nella forgiatura e in altri processi per produrre il tameghane.

 

Mi piacerebbe approfondire il discorso dei silicati.

 

Ciao.

 

Il discorso dei silicati negli acciai ricavati con metodi antichi e' piuttosto complesso. Ci sono i silicati disciolti nell'acciaio e le inclusioni di "silicio" (ma si puo' trattare anche di borati nel caso si sia usato borace per saldare). Le inclusioni di silicio sono dei veri e propri cristalli di silicati non disciolti nel ferro che sono dovuti al silicio che era originariamente presente nel minerale e nel rivestimento di argilla del forno. La presenza di questi silicati viene ridotta portando la temperatura del forno oltre i 1200 gradi, battendo e saldando piu' volte il materiale che esce dal forno. Sono riducibili in quantita' ma praticamente ineliminabili con le tecniche antiche e hanno alcuni effetti collaterali quali aumentare la durezza del ferro.

Per la formazione dell'hada penso che si tratti di diversi fenomeni: composizione non uniforme dei frammenti di acciaio che compongono il pacchetto originale, decarburazione superficiale dei pezzi dovuta alle prime saldature che colora i bordi dei singoli pezzi in modo diverso, presenza di silicio non disciolto che evidenzia i bordi dei singoli pezzi.

Sulla decarburazione superficiale puoi vedere i coltelli fati con i cavi d'acciaio. I singoli fili che compongono il cavo d'acciaio si decarburano in superfice durante la prima saldatura (ne vengono eseguite almeno 5), in seguito l'acido mette in evidenza un disegno a "pelle di serpente" in cui le sezioni dei singoli cavetti sono ben distinte anche se l'acciaio dei cavetti ha sempre la stessa composizione.

Per quello che riguarda la purezza gli acciai antichi sono piuttosto poveri di S, ma quelli prodotti in forni grandi, come il caso di quelli giapponesi, possono avere dei tenori di fosforo piuttosto alti.

Per altre informazioni ti rimando a "The knight and the blast furnace" di Alan Williams edizioni Brill.

Il libro e' centrato sulla metallurgia e le armature occidentali ma troverai molte cose estremamente interessanti e utili per capire i motivi di certe lavorazioni e problematiche affrontate dai fabbri di tutto il mondo.

Angelo

[Simone Di Franco 54]

il tamahagane è un acciaio molto puro per quanto riguarda i Solfati, il Piombo e i nitrati menter invece è abbastanza ricco di silicati, in quanto principlamente proviene da sabbia ferrosa.

I silicati sono considerati utili in quanto rendono più plastico il materiale e aiutano nel particolare processo di risaldatoura degli strati.

La hada in effetti dipende dal tipo di lavorazione dell'acciaio esterno, dalla geometria delle piegature che si impongono all'acciaio.

 

Comunque ragazzi, leggetevi "the craft of the japanese sword" è veramente fatto bene soto questo aspetto.

[Kentozazen 44]

Riguardo a questa domanda vorrei provare a fare una riflessione, e chiedere conferma, o smentita da chi ne sa di piu'.

 

Lo Hada nasce dal fatto che il "pacchetto"di tamahagane venga appiattito piegato e ripiegato su se stesso numerose volte durante il processo di forgiatura?

 

Per quello che ho "capito" questo processo servirebbe ad eliminare le impurita'o inclusioni del tamahagane "grezzo".

E come altra conseguenza, mi verrebbe da pensare che, il continuo sovrapporre i lati esterni del "pacchetto"

( che nonostante tutte le precauzioni prese sono venute comunque in contatto con il carbone della forgia l'ossigeno, il composto di argilla e quant'altro ,usato per protezione ecc ecc,)

crei l'effetto visivo dell'hada grazie al fatto che lo strato superficiale del "pacchetto" abbia una composizione leggermente diversa rispetto all'interno.

Se ho detto ovvieta' gia ripetute innumerevoli volte chiedo scusa....

E' esattamente così come dici. La hada è creata dall effetto di sovrapposizione, differenti risultati di texture soo dati da differenti tecniche di ribattitura per quantità, qualità del metallo e metodologia di ripiegamento.

[syzygy 0]

se mi permettete vorrei soffermarmi su un punto...

la questione dell'hada.

Ci sono molti fattori che determinano la visibilità degli strati del metallo.

Alcuni elementi in lega rendono un acciaio più "scuro" dell'altro sovrapponendoli durante la ribattitura si ottiene quello che tutti sappiamo.

Però questi elementi possono esse manganese,silicio come dite voi e anche carbonio.

Sarei curioso di sapere se veramente l'acciaio per la parte di lama dura sia con una percentuale di carbonio unica,magari in mezzo a tanti pezzi di acciaio si sceglievano quelli con determinate caratteristiche,che magari un tempo si pensava fossero adatti per avere un buon hada ma che invece erano pezzi con percentuali di carbonio diverso.

questo spiegherebbe la trama sottile e varia del Thamagane.

Badate bene non sto mettendo in dubbio il vostro sapere,sto solo scrivendo quello che mi viene in mente e cercare di dare risposte alle mie domande.

[andrea1 0]

se mi permettete vorrei soffermarmi su un punto...

la questione dell'hada.

Ci sono molti fattori che determinano la visibilità degli strati del metallo.

Alcuni elementi in lega rendono un acciaio più "scuro" dell'altro sovrapponendoli durante la ribattitura si ottiene quello che tutti sappiamo.

Però questi elementi possono esse manganese,silicio come dite voi e anche carbonio.

Sarei curioso di sapere se veramente l'acciaio per la parte di lama dura sia con una percentuale di carbonio unica,magari in mezzo a tanti pezzi di acciaio si sceglievano quelli con determinate caratteristiche,che magari un tempo si pensava fossero adatti per avere un buon hada ma che invece erano pezzi con percentuali di carbonio diverso.

questo spiegherebbe la trama sottile e varia del Thamagane.

Badate bene non sto mettendo in dubbio il vostro sapere,sto solo scrivendo quello che mi viene in mente e cercare di dare risposte alle mie domande.

il tamahagane in sostanza deriva da un grosso blumo piatto, pesante diverse decine di kg, contro i pochi kg dei blumi prodotti dai bassoforni tradizionali europei.

nel blumo da tatara si distingue una frazione nobile, che se ho capito bene sono le porzioni periferiche dello stesso, detto acciaio gioiello perchè di aspetto argenteo, usato per le lame, e una frazione ordinaria di aspetto grigio nerastro, destinato ad altri usi.

una delle condizioni necessarie perchè l'acciaio gioiello abbia questo aspetto è l'alto contenuto di C, superiore a 1,2.

nei filmati ho visto appiattire alla forgia i blocchi di acciaio gioiello, frantumarli, e ricomporli in pacchetto, per poi sottoporli alle piegature-saldature ripetute.

la scelta dei pezzetti per fare il pacchetto, mi pare non dipenda dalla sostanza degli stessi, ma dalla loro forma, una sorta di puzzle per lasciare il meno possibile spazi vuoti. la schelta della qualità dell'acciaio, dipende dalla scelta dei blocchetti di acciaio gioiello.

l'effetto hada non doverebbe dipendere dalla diversità di composizione delle diverse scaglie di acciaio gioiello che compongono il pacchetto originario, in quanto, dopo 12-14 piegature dovrebbero essere perfettamente amalgamate. probabilmente, dipende dall'effetto delle piegature stesse, per il contatto della superficie del pacchetto con la paglia carbonizzata e l'argilla.

sempre dai filmati, si vede che la paglia di riso bruciata, in cui periodicamente si rotola il pacchetto incandescente tra una piegatura-forgiatura e l'altra, non diventa completamente cenere, ma rimane parzialmente carbonizzata. ricordo inoltre che, le paglie dei cereali, sono ricche di silice, che alla combustione rimane nelle ceneri. la silice è inoltre un elemento costituente le argille.

questi accorgimenti, dovrebbero comportare un leggero arricchimento non omogeneo di C nonchè di Silicio, che danno luogo all'effetto hada

[Angelo 0]

.....

sempre dai filmati, si vede che la paglia di riso bruciata, in cui periodicamente si rotola il pacchetto incandescente tra una piegatura-forgiatura e l'altra, non diventa completamente cenere, ma rimane parzialmente carbonizzata. ricordo inoltre che, le paglie dei cereali, sono ricche di silice, che alla combustione rimane nelle ceneri. la silice è inoltre un elemento costituente le argille.

questi accorgimenti, dovrebbero comportare un leggero arricchimento non omogeneo di C nonchè di Silicio, che danno luogo all'effetto hada

Se rileggi i post precedenti vedrai che l'arrichimento di carbonio dovuto alla paglia e' zero. Per calcolare la profondita' di diffusione del carbonio nell'acciaio si puo' usare la formaula di Harris profondita=660*e^(-8287/T)*t^(1/2) T=temperatura in gradi Kelvin t=tempo in ore [profondita=660*e elevato a (-8287/T) per la radice quadrata di t (ore)]

t=2 ore T=870 celsius profondita'=0.64mm. Con la stessa formula e' possibile calcolare la decarburazione del pezzo dovuta a lavorazione alla forgia. Il tempo passato nella paglia e' decisamente minore di quello passato nella forgia e quindi l'arrichimento di carbonio e' irrilevante rispetto alla perdita avvenuta per la forgiatura e le saldature.

Per quello che riguarda il silicio, quello aggiunto dall'argilla e, se veramente viene aggiunto, dalla paglia non va' in soluzione ma rimane come cristallo vetroso incluso nell'acciaio che ha come risultato indiretto di rendere piu' visibile i bordi di saldatura visto che si creano delle inclusioni allineate lungo la saldatura stessa.

[Simone Di Franco 54]

@sizigy

 

la hada non è una formazione del misto di due metalli come nel damasco dei coltelli moderni ad esempio. è un metallo unico la hada è segno della lavorazione di ripiegatura (orikaeshi) ma il metallo interno rimane all'interno e quello esterno all'esterno.

 

@andrea1

confermo che la paglia non ha grossi effetti per quanto riguarda il C, il maestro Yoshindo ci ha confermato che e si accorge che il metallo non è alla giusta percentuale corregge aggiungendo nuovo metallo più ricco di C.

Non mi ricordo esattamente per cosa la usa....forse Ken se lo ricorda ma mi pare che sia più un qualcosa per rendere uniforme la superficie o il calore

[Snoopy 0]

Uhm, il silicio quindi segrega a bordo grano sottoforma di cristallo vetroso?

 

Ma sulle proprietà meccaniche che effetto ha? Il silicio in soluzione aumneta la durezza della ferrite ma nel caso segreghi in qusto modo a brgo grano non cè il rischio di infragilimento?

 

Forse aiuta a rallentare la crescita del grano (un po' come fanno i carburi di V e Nb)?

 

Per quanto riguarda la decarburazione durante la forgiatura e la saldatura l'unica soluzione, oltre a mantenere tempi di mantenimento e temprature il più possibile ridotte, è di lasciare un po' di materiale sulla superficie da rimuovere successivamente.

 

Ciao.

[syzygy 0]

ci sono un po di cose che mi lasciano dubbioso....

per il silicio sopratutto.

Sto pensando anch'io alle proprietà meccaniche,non credo che se questa cosa diminuisse le proprieta di una spada sarebbe stata adottata comunque.

Quindi o non è così oppure non ha nessun effetto negativo sulla lama....

[Snoopy 0]

Il silicio ha diversi effetti sulle proprietà meccaniche dell'acciaio, ma per i silicati di cui parliamo, quelli che precipitano a bordo grano sottoforma di cristalli vetrosi, non saprei.

 

Ciao.

[syzygy 0]

si scusa intendevo dire Silicati ho sbagliato

[Angelo 0]

ci sono un po di cose che mi lasciano dubbioso....

per il silicio sopratutto.

Sto pensando anch'io alle proprietà meccaniche,non credo che se questa cosa diminuisse le proprieta di una spada sarebbe stata adottata comunque.

Quindi o non è così oppure non ha nessun effetto negativo sulla lama....

 

Non si puo' "non adottare", la presenza di silicati dipende dal modo di estrazione del metallo e dalla lavorazione e sono molto difficilmente eliminabili, pure amesso che siano eliminabili. E' per questo motivo che nei moderni procedimenti si preferisce ottenere ghisa fusa. I silicati galleggiano sulla ghisa fusa che risulta omogenea e libera da queste impurita', se si desiderano dei silicati liberi nel metallo bisogna aggiungerli durante la produsione dell'acciaio (e' stato fatto per travi in acciaio per la costruzione dei ponti ferroviari in USA, le impurita' di silicati dovevano rompere le linee di frattura dell'acciaio). I slilicati liberi nel metallo aumentano la durezza in quanto rendono piu' difficoltoso lo scorrimento del metallo per tanto un c70 senza silicati e' meno duro di un c70 con una certa quantita' di silicati. Queste sono considerazioni puramente accademiche, i fabbri antichi volevano avere meno silicati possibile nel loro acciaio.

[Kentozazen 44]

I fabbri antichi volevano avere meno silicati possibile nel loro acciaio.

Angelo

Concordo in tutto tranne su questa ultima affermazione. Ancora una volta la generalizzazione estrema porta ad errata comprensione di un sistema complesso in cui la misura espressiva è utile ad individuare corretamente le cose.

La naturale presenza minima di silicati nelle sabbie ferrose giapponesi era vantaggiosa da un punto di vista della lavorazione, è risaputo e descritto in molti testi nipponici che tali elementi erano ( e sono tuttora ) utili in ribattitura per contribuire all'eliminazione delle scorie interne al pacchetto grazie al generarsi di una condizione di "viscosità" .

Lascio ad altri le riflessioni sulle precentuali limitein cui tali elementi siano di vantaggio o meno ritenendo a buonsenso che esistano precisi limiti quantitativi per l'ottenimento diun soddisfacente risultato.

Modificato: 4 dicembre 2008 da Kentozazen

[Snoopy 0]

Non si puo' "non adottare", la presenza di silicati dipende dal modo di estrazione del metallo e dalla lavorazione e sono molto difficilmente eliminabili, pure amesso che siano eliminabili. E' per questo motivo che nei moderni procedimenti si preferisce ottenere ghisa fusa. I silicati galleggiano sulla ghisa fusa che risulta omogenea e libera da queste impurita', se si desiderano dei silicati liberi nel metallo bisogna aggiungerli durante la produsione dell'acciaio (e' stato fatto per travi in acciaio per la costruzione dei ponti ferroviari in USA, le impurita' di silicati dovevano rompere le linee di frattura dell'acciaio). I slilicati liberi nel metallo aumentano la durezza in quanto rendono piu' difficoltoso lo scorrimento del metallo per tanto un c70 senza silicati e' meno duro di un c70 con una certa quantita' di silicati. Queste sono considerazioni puramente accademiche, i fabbri antichi volevano avere meno silicati possibile nel loro acciaio.

 

Ma per silicati liberi cosa intendi?

 

Perchè anche il silicio, inteso come atomi di Si i soluzione solida nel ferro alfa, aumentano la durezza della ferrite (oltre ad aumentare Re e Rm).

 

Ciao.

[Angelo 0]

Ma per silicati liberi cosa intendi?

 

Perchè anche il silicio, inteso come atomi di Si i soluzione solida nel ferro alfa, aumentano la durezza della ferrite (oltre ad aumentare Re e Rm).

 

Ciao.

 

Rispondo a te e a Kentozaen. Per silicati intendo un materiale vetroso che si trova mescolato al metallo. In realta' potrebbero essere anche borati se prodotto dal borace usato per saldare. Viene eliminato piegando e ribattendo il metallo anche se un poco rimane sempre. Se rimangono dei cristalli troppo grossi forma delle cavita' e delle brutture indicibili sulla lama. Il ferro con alto contenuto di silicati non in soluzione e' quello che i fabbri di una volta chiamavano ferro marcio. In europa il ferro veniva venduto a sbarre e se il prodotto del forno non era stato adeguatamente lavorato si aveva una sbarra di ferro all'apparenza omogenea ma che si sbriciolava mentre il fabbro tentava di forgiarla. Ho visto una spada occidentale del 1600 (credo non ricordo bene) al museo Wallace a Londra. Questa lama era stata forgiata da un metallo con molti di questi silicati e il fabbro aveva fatto in modo che si allineassere in lunghe strisce per tutta la lunghezza della lama. Ovviamente sarebbe stato meglio non avere questi vetri dentro la lama ma nella disgrazia avevano il vantaggio di fermare una eventuale rottura. Che questi silicati possano essere un vantaggio durante la lavorazione e' probabile ma nel pezzo finale devono essersi ridotti fino ad non poter essere piu' visibili altrimenti avresti delle lame piene di forellini, cavita, vetri etc.

I silicati sono uno dei motivi per cui dal minerale si produce la ghisa e non il ferro, la ghisa fondendo lascia i vetri a galleggiare sopra con il vantaggio di proteggerla dall'ossidazione. L'estrazione del rame ha gli stessi problemi ma poiche il rame fonde ad una temperatura piu' bassa del ferro e ha un calore specifico minore e' piu' facile da fondere ed e' possibile ottenere un lingotto di rame privo di scorie utilizzando carbone di legna. La stessa cosa non si poteva fare con il ferro pero' anche anticamente era possibile ottenere della ghisa, priva di silicati, e rifonderla. In questa arte delle fusioni in ghisa erano maestri i cinesi.

E' possibile che il tamahagane sia in realta molto povero di silicati, avendo un tenore di carbonio alto probabilmente fonde e si raccoglie sul fondo rimanendo relativamente pulito ma questo non lo so. Sicuramente il ferro con cui si facevano armi e armature da noi, fino ad una certa epoca, era un impiastro di vetro, cenere e carbone che doveva essere lavorato a lungo. Quando presero piede i forni piu' grandi si ottennero prodotti diversi e piu' puliti (per tutta una serie di ragioni) spesso pero' con alte percentuali di fosforo. Ovviamente si tratta di generalizzazioni che vanno un tanto al metro, servono solo in maniera orientativa.

[Kentozazen 44]

Angelo capisco e concordo. Su alcuni testi però si parla proprio della cosa che hai descritto nelle prime tre righe. Silicati che vengono espulsi dirante la ribattitura ed asieme a questi vengono espulse diverse impurità.

[Frèar 0]

Ciao,

da quello che ho letto e visto la produzione del tamahagane non avviene per fusione ma per aggregazione allo stato pastoso ad un livello superiore rispetto alle scorie che si depositano sul fondo della fornace tatara (è detto metodo di riduzione diretta in quanto il carbonio se ne và legandosi alla CO), se avvenisse per fusione avremmo ghisa e non acciaio in quanto è risaputo che la solubilità del carbonio nel ferro aumenti notevolmente allo stato liquido (chiedo a Snoopy per conferma).

Riguardo alla paglia di riso, la sua funzione penso sia sopratutto quella di descorificante come il borace da noi (una volta si usavano anche gusci d'ovo ridotti in polvere), la scoria che si forma durante la forgiatura impedirebbe l'operazione di saldatura, l'argilla, ho ipotizzato, abbia anch'essa funzione antiossidante durante l'arroventamento (e perchè no... anche durante l'operazione di tempra??).

Non vorrei sbagliarmi ma per ferro marcio si intendeva il metallo non fucinabile, sopratutto la ghisa, considerata uno scarto di produzione, una piccola quantità di silicio era considerata una cosa positiva per le caratteristiche meccaniche.