Основные типы нагрузок, которым подвергались мечи при использовании - a) Ударная нагрузка. b) Деформация при уколе, c,d) изгиб
Относительно прочностных характеристик все куда интереснее – в масштабной диссертации Джанет Лэнг пришла к выводу о заметном повышении качеств меча, при использовании композитной структуры. Однако в более позднем исследовании конгломерата авторов был сделан противоположный вывод и продолжена мысль о том, что узорная сварка вышла из употребления в силу того, что не давала значимого улучшения характеристик.
Конгломерат будапешского университета в большей степени интересовали раннесредневековые мечи, которые согласно исследования Тайлкота и Гилмора были выполнены из сплавов кованого и фосфорного железа в V-VI веке, а в VII-VIII веках из низкоуглеродистой стали с процентом углерода около 0,1-0,3 % (0,3 % скорее исключение, большинство – это все же около 0,1 %). Они справедливо подвергли авторов более ранних исследований критике в том, что те использовали современные стальные образцы, в то время как сердечники раннесредневековых мечей, бывших объектом их анализа, изготавливались из стержней фосфорного и обычного железа, или низкоуглеродистой (<0,2 % C) стали. Я свел результаты их испытаний в диаграмму (данные нормализованы для наглядности)
Здесь нужно понимать, что «сталь прошедшая закалку и отпуск» в данном случае – это современная сталь с равномерным распределением углерода, содержанием шлаковых включений меньше 0,3 %, прошедшая жидкую фазу и т.д. и т.п. Поэтому древние кузнецы могли воспроизвести без опаски, что оно треснет в месте включения шлака или повышенного содержания углерода, все кроме 3, 4 и 9 образцов.
Итог исследования прост – поскольку сердечники раннесредневековых мечей изготавливались из смеси кованого и фосфорного железа, то воспользоваться преимуществами узорной сварки кузнецы не могли. Согласно их выводам, клинки, изготовленные из среднеуглеродистой стали и фосфорного железа (по их типологии PSnt8) должны были превосходить раннесредневековые (по их типологии PIt16) на 73 % по показателю ударной вязкости, на 13 % по пределу текучести и больше чем вдвое в испытании на растяжение.
Ирония в том, что правы были и те, и другие – Джанет Лэнг концентрировалась на исследовании досредневековых мечей, если говорить про римские мечи, выполненные по технологии дамаскирования, то судя по металлографии их сердечники сделаны из смеси фосфорного железа и высоко или среднеуглеродистой стали, имея суммарный процент углерода около 0,4-0,6 %.
Есть также находки мечей, в которых сердечник был изготовлен путем сварки низкоуглеродистой стали и фосфорного железа, как правило – это клинки из могил. С ними проблема в том, что такие мечи зачастую проходят через процедуру ритуальной кремации, которая обезуглероживает металл, в результате чего мы видим процент углерода меньший, чем был, в пользу этого говорит то, что хорошо сохранившиеся мечи из «болотных» кладов все имеют сердечники, включающие среднеуглеродистую сталь. Если прикинуть процент клинков, имеющих сердечник, сочетающий среднеуглеродистую сталь и фосфорное (или обычное) железо, то таких я насчитал примерно 70 % против 30 % с центром из железа или низкоуглеродистой стали, причем из этих 30% все происходят из захоронений. Как бы то ни было, можно сделать вывод, что хотя технология «правильного дамаскирования» на периферии Римской Империи далеко не всегда соблюдалась, но то, что это был некий стандарт, к которому стремились, вполне очевидно.
Вообще о подходе римлян к стандартизации говорит одно любопытное исследовани. В 2010 году несколько авторов Льежского университета изучили содержимое груза 11 римских кораблей, которые затонули возле современной коммуны Сент-Мари-де-ла-Мер (лазурный берег во Франции). Эти корабли перевозили металлические стержни (от 20 до 150 тонн), суммарный вес останков составил около 500 тонн (исследователи округлили в меньшую сторону). Найденные стержни были сгруппированы по типоразмерам, получив вот такую картину:
Куда интереснее были результаты металлографии, первые два типа (1L и 1M) изготовлялись из стали, стержни (6C и 2M) из железа, а 4L из фосфорного железа (он тверже, но хрупче обычного железа), стержни 4C исследователи так и не смогли категорировать (не ясно, какую характеристику закладывали в него римляне). Эти образцы не только происходили с разных кораблей, анализ шлаковых включений показал, что они были даже изготовлены в разных мастерских. Вот вам кусочек торговли римским сортовым металлом. На самом деле, это исследование нам еще понадобится, когда будем обсуждать один интересный меч. Аналогичная ситуация и с римскими гвоздями, при раскопках римского форта Инчтутил на реке Тей (Шотландия) было обнаружено 875 400 гвоздей, более 80% которых имели явно стандартизованный размер (к примеру, их диаметр колебался в диапазоне 11,1-12,7 мм). Сами гвозди, судя по всему, были также сгруппированы по типоразмерам и имели разные характеристики, римские кузнецы модулировали их микроструктуру по длине в зависимости от предполагаемой нагрузки. Ладно, вернемся к мечам – технология дамаскирования изучается больше 100 лет с момента обнаружения кладов в XIX веке. Споры о том, что она дает, идут под 70 лет и в принципе, исследования последнего десятилетия должны поставить точку в этом вопросе, отделив «правильную» узорную сварку от «декоративной», ирония в том, что римляне примерно за тот же промежуток времени просто перешли к этой технологии, причем в ее технологически верном варианте.
С падением Рима техника узорной сварки распространилась по всей Европе, однако, качество их заметно просело – сердечники делали из смеси кованого и фосфорного железа, среднеуглеродистая сталь в центре меча канула в лету. Картина достаточно парадоксальная, с одной стороны дамаскирование было невероятно популярно в эпоху «темных веков»
Диаграмма приводится по Lang J., Ager B. Swords of the Anglo-Saxon and Viking periods in the British Museum: a radiographic study //Weapons and Warfare in Anglo-Saxon England. – 1989. – С. 85-122
С другой стороны, складывается впечатление, что, скопировав внешний вид, кузнецы этого периода так и не поняли, как именно нужно делать мечи, чтобы узорная сварка давала технологическое преимущество. Тем не менее, в X-XI веках мы уже встречаем редкие примеры мечей, в сердечнике которых уже используется среднеуглеродистая сталь.
Почему произошел откат на более старую технологию, мы до сих пор сказать не можем – технологическое объяснение не очень-то работает, ни с точки зрения более совершенной методики (перейди в средние века сразу на поверхностное науглероживание – это было бы шагом вперед), ни деградации (качество мечей с VII века поступательно улучшалось), есть даже версии о религиозном влиянии. Возможно, что «правильную» узорную сварку научилось делать не так много кузнецов – мне удалось найти только три хорошо сделанных меча X-XI века, где в сердечнике использовалась среднеуглеродистая сталь и железо (поэтому я не вполне согласен с выводами многих авторов, что узорная сварка в средние века была чисто декоративным элементом), а стоимость таких клинков была, очевидно, заметно выше. Как вариант в XI-XII веках произошел некоторый скачек спроса на мечи, ибо Deus vult, что в свою очередь потребовало массы недорогих клинков, а древняя проверенная технология мягкого сердечника с режущими кромками, хотя при прочих равных и уступала «правильной» узорной сварке, но при прямых руках кузнеца давала прекрасные результаты.
UPD Пикабу, конечно, "прекрасно" прожевал все ссылки, превратив их в отложенной публикации в адок. Поэтому источники информации, придется привести просто списком, без увязки с конкретным местом в тексте
Примечания
1. Williams A. The Sword and the Crucible: A History of the Metallurgy of European Swords up to the 16th Century. – Brill, 2012. P. 187, далее Williams A., 2012
2. Ościłowski J. Two Early Medieval Swords from the Masovian-Prussian Borderland //Fasciculi Archaeologiae Historicae. – 2017. – Т. 30. – С. 131-141.
3. Mapelli C., Nicodemi W., Riva R. F. Microstructural investigation on a medieval sword produced in 12th century AD //ISIJ international. – 2007. – Т. 47. – №. 7. – С. 1050-1057.
4. Williams A., 2012, p. 255
5. Williams A., 2012, p. 257
6. Williams A., 2012, p. 258
7. Photos-Jones, E. (2001) "Made in Scotland?": sword-making in Scotland in the 15th and 16th centuries in the recent context of recent archaeological evidence. In: Freeman, P.W.M. and Pollard, A. (eds.) Fields of Conflict : Progress and Prospect in Battlefield Archaeology : Proceedings of a Conference held in the Department Of Archaeology, University Of Glasgow, April 2000. Series: BAR international series, 958. Archaeopress: Oxford, pp. 61-73. ISBN 9781841712499
8. Marc Gener-Moret "Metallographic study of some 17th and 18th c, European sword (rapier) blades" // Published in “2nd International Conference Archaeometallurgy in Europe 2007. Selected papers”, 2009, Associazione Italiana di Metallurgia, p. 282-293. ISBN 88-85298-71-0.
9. Valle J. M. P. La espada ropera española en los siglos XVI y XVII //Gladius. – 1983. – Т. 16. – С. 147-199.
10. Williams A., 2012, p. 283
11. Ruiz D. S., Martin A. A metallographic examination of a Toledo steel sword //Praktische Metallographie. – 2007. – Т. 44. – №. 4. – С. 172-181.
12. G. Tonelli, et. all "Historical and Metallurgical Characterization of a “Falchion” Sword Manufactured in Caino (Brescia, Italy) in the Early 17th Century A.D." // April 2016JOM: the journal of the Minerals, Metals & Materials Society 68(8)
13. Sánchez L. G. et al. Beitrag zum Verständnis von Solingenstahl des 19 Jahrhunderts //Practical Metallography. – 2010. – Т. 47. – №. 6. – С. 342-353.
14. Żabiński G. Technology of Sword Blades from the La Tène Period to the Early Modern Age: The case of what is now Poland. – Archaeopress Publishing Ltd, 2014. P. 138-141, далее Żabiński G., 2014.
15. Żabiński G., 2014. P. 300-348
16. Fajfar P. et al. Characterization of a Messer–The late-Medieval single-edged sword of Central Europe //Materials characterization. – 2013. – Т. 86. – С. 232-241.
17. Grabarczyk T., Ławrynowicz O. Falchion and its technology in Poland (14th-16th centuries) //Fasciculi Archaeologiae Historicae. – 2013. – Т. 26. – С. 51-61.
18. Olgierd Ławrynowicz Mariusz Rychter «Ile wart jest kord z Warty?» // Acta Militaria Mediaevalia VIII Kraków – Rzeszów – Sanok 2012, s. 253-271
19. Mori C. et al. Archaeometallurgical Analyses on Two Renaissance Swords from the “Luigi Marzoli” Museum in Brescia: Manufacturing and Provenance //Heritage. – 2021. – Т. 4. – №. 3. – С. 1269-1283.
20. Preßlinger H., Ruprechtsberger E. M. Metallkundliche Untersuchungsergebnisse eines Schwertes aus der Kreuzritterzeit //BHM Berg-und Hüttenmännische Monatshefte. – 2011. – Т. 156. – №. 5. – С. 180-184.
21. Hildred A. (ed.). Weapons of Warre: the armaments of the Mary Rose. – Mary Rose Trust, 2011. P. 753
22. Biborski M., Stępiński J., Zabiński G. A renaissance sword from Racibórz //Gladius. – 2004. – Т. 24. – С. 187-208.
23. Алексинский Д. П., Жуков К. А., Бутягин А. М., Коровкин Д. С. Всадники войны. Кавалерия Европы, С-П.: Полигон, 2005, стр. 259
24. Kmetič D., Horvat J., Vodopivec F. Metallographic examinations of the Roman Republican weapons from the hoard from Grad near Šmihel. – Slovenska akademija znanosti in umetnosti, 2004.
25. Janet Lang «Study of the Metallography of some Roman Swords», Britannia / Volume 19 / November 1988, pp 199 – 216
26. Sim D., Ridge I. Iron for the eagles: the iron industry of Roman Britain. – The History Press (November 1, 2012), Hardening of nails
27. Mapelli C. et al. Nails of the Roman legionary at Inchtuthil //la metallurgia italiana. – 2009.
28. McConchie M. Five iron nails from the Roman hoard at Inchtuthil. – 2012.
29. Neumann B. Römischer Damaststahl //Archiv für das Eisenhüttenwesen. – 1927. – Т. 1. – №. 3. – С. 241-244.
30. Schürmann E. Untersuchungen an Nydam‐Schwertern //Archiv für das Eisenhüttenwesen. – 1959. – Т. 30. – №. 3. – С. 121-126.
31. Beck L. Die Geschichte des Eisens in technischer und kulturgeschichtlicher Beziehung: abt. Von der ältesten zeit bis um das jahr 1500 n. Chr. Mit 315 in den text eingedruckten holzstichen. 1884. – F. Vieweg und sohn, 1891., Vol. 1, p. 558
32. Lang J. The Rise and Fall of Pattern Welding: an investigation into the construction of pre-medieval sword blades : дис. – University of Reading, 2007.
33. Żabiński G. A Weapon from the Turn of the Epochs–A Unique Spatha from Lake Nidajno in Prussia //Fasciculi Archaeologiae Historicae. – 2020. – Т. 33. – С. 7-20.
34. Żabiński G., 2014. P. 331, 333
35. Schürmann E., Schroer H. Härte‐und Glühversuche an dem Klingenbruchstück eines Nydam‐Schwertes //Archiv für das Eisenhüttenwesen. – 1959. – Т. 30. – №. 3. – С. 127-130.
36. Żabiński G., 2014. P. 156, 309, 310
37. Birch T. Does pattern-welding make Anglo-Saxon swords stronger?
38. Thiele A. et al. The Role of Pattern‐Welding in Historical Swords—Mechanical Testing of Materials Used in Their Manufacture //Archaeometry. – 2015. – Т. 57. – №. 4. – С. 720-739.
39. Lang J., Ager B. Swords of the Anglo-Saxon and Viking periods in the British Museum: a radiographic study //Weapons and Warfare in Anglo-Saxon England. – 1989. – С. 85-122.
40. Żabiński G. et al. A possible Roman Period sword from Grzybowo (Grzybowen), Masuria, NE Poland. The archaeological and technological context //Gladius. – 2016. – Т. 36. – С. 97-139.
41. Żabiński G., Stępiński J. A sword from Gdańsk-a technological revolution or a pageant replica? //Fasciculi Archaeologiae Historicae (Weaponry as a Mirror of the Epoch). – 2014. – Т. 27. – С. 99-110.
42. Fulford M., Sim D., Doig A. The production of Roman ferrous armour: a metallographic survey of material from Britain, Denmark and Germany, and its implications //Journal of Roman Archaeology. – 2004. – Т. 17. – С. 197-220.
43. Pagès G. et al. A study of the Roman iron bars of Saintes-Maries-de-la-Mer (Bouches-du-Rhône, France). A proposal for a comprehensive metallographic approach //Journal of Archaeological Science. – 2011. – Т. 38. – №. 6. – С. 1234-1252.