Damascus Steel: Muinaiset miekkavalmistustekniikat

Damaskoksen teräs ja persialainen juotettu teräs ovat islamin sivilisaation käsityöläisten keskiaikana luomien korkeahiilisten teräsmiekkojen yleisiä nimiä, joita eurooppalaiset kollegansa hedelmättömästi himoivat. Terillä oli ylivoimainen sitkeys ja leikkuureuna, ja niiden uskotaan olevan nimetty ei Damaskoksen kaupunkiin, mutta niiden pinnalta, jolle on ominaista juotettu silkki tai damaskin kaltainen pyörteinen kuvio.

Nopeat tosiasiat: Damascus Steel

Meidän on vaikea kuvitella näiden aseiden aiheuttamaa yhdistettyä pelkoa ja ihailua tänään: Onneksi voimme luottaa kirjallisuuteen. Brittiläinen kirjailija Walter Scott 1825 -kirja

Legendaarinen miekka, joka tunnetaan nimellä Damaskoksen teräs, pelotti eurooppalaiset hyökkääjätPyhät maat ' kuuluva Islamilainen sivilisaatio koko ristiretkien ajan (1095–1270 CE). Sepät Euroopassa yrittivät sovittaa terästä "kuviohitsaustekniikalla" taottujen vaihtoehtoisten teräs- ja rautakerrosten joukosta taittamalla ja kiertämällä metallia taontaprosessin aikana. Kuviohitsaus oli tekniikka, jota käyttivät miekkavalmistajat ympäri maailmaa, mukaan lukien Keltit 6. vuosisadan eaa, 1200-luvun CE ja 1300-luvun viikingit Japanilainen samurai miekat. Kuviohitsaus ei kuitenkaan ollut Damaskoksen teräksen salaisuus.

Jotkut tutkijat pitävät Damaskoksen teräsprosessin etsintää nykyaikaisen materiaalitieteen lähtökohtana. Mutta eurooppalaiset seppä ei koskaan kopioinut Damaskoksen terästä ydinterästä kuviohitsaustekniikan avulla. He lähtivät lähtemään toistamaan lujuuden, terävyyden ja aaltoilevan koristeluun tarkoituksella syövytetään kuviossa hitsatun terän pinta tai koristetaan se pinta hopealla tai kuparilla filigraanityö.

Keskiajan metallitekniikassa miekkojen tai muiden esineiden teräs saatiin tyypillisesti kukintaprosessilla, joka vaati raakamalmin lämmittämistä puuhiilellä kiinteän tuotteen muodostamiseksi, joka tunnetaan yhdistetyn raudan ja kuparin "kukintana" kuona. Euroopassa rauta erotettiin kuonasta kuumentamalla kukin vähintään 1200 celsiusasteeseen, mikä nesteytettiin ja erotettiin epäpuhtaudet. Mutta Damaskoksen teräsprosessissa kukkivat palat asetettiin hiili-kantaisiin upokkaisiin materiaalia ja lämmitettiin useita päiviä, kunnes teräs muodosti nesteen lämpötilassa 1300–1400 astetta.

Mutta mikä tärkeintä, upokasprosessi tarjosi tavan lisätä korkea hiilipitoisuus hallitusti. Korkea hiili tarjoaa innokkaan reunan ja kestävyyden, mutta sen läsnäoloa seoksessa on lähes mahdoton hallita. Liian vähän hiiltä ja tuloksena olevat tavarat on takorautaa, liian pehmeää näihin tarkoituksiin; liikaa ja saat valurautaa, liian haurasta. Jos prosessi ei mene oikein, teräs muodostaa sementtilevyjä, raudan vaihe, joka on toivottoman herkkä. Islamilaiset metallurgit pystyivät hallitsemaan luontaisen haurauden ja väärentämään raaka-aineen taisteluaseisiin. Damaskoksen teräksen kuvioitu pinta näkyy vasta erittäin hitaan jäähdytysprosessin jälkeen: Eurooppalaiset seppät eivät tienneet näitä teknisiä parannuksia.

Damaskoksen teräs valmistettiin raaka-aineesta nimeltään wootz-teräs. Wootz oli poikkeuksellisen hyvälaatuinen rautamalmiteräs, joka valmistettiin ensin Etelä- ja Keski-Intiassa ja Sri Lanka ehkä jo 300 eaa. Wootz uutettiin raa'asta rautamalmista ja muodostettiin upokasmenetelmällä sulamaan, polttamaan epäpuhtaudet ja lisäämään tärkeitä ainesosat, mukaan lukien hiilipitoisuus välillä 1,3–1,8 painoprosenttia - takoraudan hiilipitoisuus on tyypillisesti noin 0,1 prosenttia.

Vaikka eurooppalaiset sepät ja metallurgit, jotka yrittivät tehdä omia teränsä, lopulta voittivat ongelmat, jotka liittyvät korkean hiilipitoisuuden vuoksi, he eivät pystyneet selittämään, kuinka muinaiset Syyrian sepät saavuttivat valmiin pinnan ja laadun tuote. Pyyhkäisyelektronimikroskopia on tunnistanut joukon tunnettuja tarkoituksenmukaisia ​​lisäyksiä Wootz-teräkseen, kuten esimerkiksi Cassia auriculata (käytetään myös eläinnahkojen parkitsemisessa) ja Calotropis gigantea (maitojauhe). Wootzin spektroskopialla on myös tunnistettu pieniä määriä vanadiinia, kromia, mangaania, kobolttia ja nikkeliä, ja joitain harvinaisia ​​elementtejä, kuten fosforia, rikkiä ja piitä, joiden jäljet ​​luultavasti tulivat kaivoksista Intia.

Kemiallista koostumusta vastaavien damaskeeniterien onnistunut jäljentäminen ja juotetun silkin koristelu ja sisäinen mikrorakenne raportoitiin vuonna 1998 (Verhoeven, Pendray ja Dautsch), ja seppä on kyennyt käyttämään näitä menetelmiä esimerkien tuottamiseksi kuvattu täällä. Aikaisemman tutkimuksen tarkennukset tarjoavat edelleen tietoa monimutkaisista metallurgisista prosesseista (Strobl ja hänen kollegansa). Vilkas keskustelu Damaskoksen teräksen "nanoputkisen" mikrorakenteen mahdollisesta olemassaolosta kehitetty tutkijoiden Peter Pauflerin ja Madeleine Durand-Charren välillä, mutta nanoputket ovat olleet suurelta osin häväisty.

Äskettäiset tutkimukset (Mortazavi ja Agha-Aligol) Safavidista (16. – 17. Vuosisata), virtauksellisella kalligrafiikalla varustetuista aukkoisista teräslaattoista tehtiin myös wootz-teräksestä damasteeniprosessin avulla. Tutkimus (Grazzi ja hänen kollegansa) neljästä intialaisesta miekasta (tulwareista) 17: stä 1800-luvulle käyttämällä neutronisiirtomittaukset ja metallografinen analyysi pystyivät tunnistamaan wootz-teräksen sen perusteella komponentteja.

• Durand-Charre, M. Les Aciers Damassés: Du Fer Primitif Aux Aciers Modernes. Pariisi: Presses des Mines, 2007. Tulosta.
• Embury, David ja Olivier Bouaziz. "Teräspohjaiset komposiitit: Ajovoimat ja luokitukset"" Materiaalitutkimuksen vuosikatsaus 40.1 (2010): 213-41. Tulosta.
• Kochmann, Werner, et ai. "Nanowires muinaisessa Damaskosteräksessä. "Lehti seoksista ja yhdisteistä 372.1–2 (2004): L15-L19. Tulosta.
• Reibold, Marianne, et ai. "Nanoputkien löytö muinaisessa Damaskoksen teräksessä. "Uusien materiaalien fysiikka ja tekniikka. Toim. Kissa, DoTran, Annemarie Pucci ja Klaus Wandelt. Vol. 127. Springer-prosessit fysiikassa: Springer Berlin Heidelberg, 2009. 305-10. Tulosta.
• Mortazavi, Mohammad ja Davoud Agha-Aligol. "Analyyttinen ja mikrorakenteinen lähestymistapa historiallisen erittäin korkean hiilen (Uhc) teräslevyjen tutkimukseen, jotka kuuluvat Malekin kansalliskirjastoon ja museoinstituuttiin, Iran."Materiaalien luonnehdinta 118 (2016): 159-66. Tulosta.
• Strobl, Susanne, Roland Haubner ja Wolfgang Scheiblechner. "Damascus-tekniikan tuottamat uudet teräsyhdistelmät. "Advanced Engineering Forum 27 (2018): 14-21. Tulosta.
• Strobl, Susanne, Roland Haubner ja Wolfgang Scheiblechner. "Damaskoksen teräslevy miekkaterällä - tuotanto ja karakterisointi. "Key Engineering Materials 742 (2017): 333-40. Tulosta.
• Verhoeven, John D. ja Howard F. Clark. "Hiilen diffuusio kerrosten välillä nykyaikaisilla, hitsattuilla Damascus-terillä."Materiaalien karakterisointi 41,5 (1998): 183-91. Tulosta.
• Verhoeven, J. D. ja A. H. Pendray. "Damaskin kuvion alkuperä Damaskoksen terässä. "Materiaalien karakterisointi 47.5 (2001): 423 - 24. Tulosta.
• Wadsworth, Jeffrey. "Miekkoihin liittyvä arkeometallurgia. "Materiaalien karakterisointi 99 (2015): 1-7. Tulosta.
• Wadsworth, Jeffrey ja Oleg D. Sherby. "Vastaus Verhoevenin kommentteihin Damascus Steelistä."Materiaalien karakterisointi 47.2 (2001): 163-65. Tulosta.