Можем ли мы сегодня сделать более острые и прочные мечи, чем древние самурайские мечи?
О да, бесспорно. Сталь в самурайских мечах на самом деле никуда не годится. Чтобы было предельно ясно, по современным меркам все «легендарные» стали плохие. Все, от дамасской стали до тамахагане в самурайских мечах.
На самом деле мы использовали формальную науку о материалах, чтобы посмотреть на металл, полученный традиционным процессом татара. В результате различных исследований мы в целом обнаружили, что острая кромка самурайского меча имеет почти такую же прочность и твердость, как и современная высокоуглеродистая сталь.
Это не весь клинок, а только закаленное лезвие. Остальная часть меча из более мягкого и слабого металла. И «высокоуглеродистая сталь» не редкость — это очень широкий класс конструкционных сталей, используемых во всем, от зданий до автомобилей. На самом деле, почти каждый ручной инструмент, которым вы владеете, сделан из лучшей стали, чем самурайский меч.
Общая конструкция «более твердый край, более слабая сердцевина», которую используют самурайские мечи, является преднамеренной и действительно повышает долговечность лезвия, но ненамного. Мы можем сделать базовое лезвие из сплава с высокими эксплуатационными характеристиками, которое просто будет прочнее, без какой-либо сложной обработки.
Так что ясно, что мы можем делать более прочные лезвия, чем традиционные японские технологии. Но можем ли мы сделать более острые лезвия?
Конечно. Это изображение кромки плоского лезвия под сканирующим электронным микроскопом:
Заметили, что край имеет ширину менее 2 мкм? Что ж, из-за того, как самурайский меч выкован, в металле есть много твердых пятен или включений, которые больше этого:
Эти пятна мешают придать мечу хорошую остроту по современным меркам — они тверже стали вокруг них, поэтому, когда вы затачиваете или точите лезвие, они торчат из лезвия.
Использование более современной стали, которая является более регулярной, означает, что вы можете заточить ее до физически более тонкой точки. Так как он прочнее и жестче, он также будет поддерживать более агрессивные сужения. Довольно экстремальное сравнение здесь с этим 3D-печатным ножом, который я сделал — пластик было трудно заточить из-за огромного размера молекул пластика, которые спутываются друг с другом и сопротивляются истиранию. Лезвие с более агрессивным сужениям было очень хрупким, немного размытым и быстро затуплялось:
Но возвращаясь к металлическим лезвиям, с традиционной японской сталью есть и другие проблемы. С точки зрения прочности, включения создают так называемую «концентрацию напряжений» в металле, что обычно приводит к его более быстрой усталости. Чтобы визуализировать, что там происходит, когда вы сгибаете скрепку вперед и назад, вы создаете «концентрацию напряжения» в месте изгиба.
При этом японцы были гениальны, и они выяснили, как использовать осторожные методы закалки для создания внутренних напряжений, которые отодвинули эти проблемы усталости, что очень похоже на «предварительно напряженный бетон», который мы сейчас используем при очень высоких температурах. -техническое проектирование конструкций. Но даже с невероятно умной инженерией материалов современный сплав будет просто более прочным. И это даже не говоря о более экзотических вещах, таких как композиты Metal-Matrix, которые представляют собой металлы, армированные сверхпрочными волокнами из таких материалов, как углерод и кремний.
Они могут обладать довольно невероятными свойствами — считается, что дамасская сталь получила свою прочность благодаря случайному созданию очень коротких углеродных нанотрубок. Но, опять же, тщательный процесс ковки, который мог бы создать углеродные нанотрубки… примерно так же хорош, как и любая современная высокоуглеродистая сталь промышленного производства.