Wootz Steel: Making Damaskus Steel Blades

2400 år gammel smeltedigelprosess med jernproduksjon

Elektronmikrofotografi av en dypt etset wootz-prøve som illustrerer den fine nedbøren trolig dannet ved selvherding av martensitt under den endelige avkjølingen. Publisert i Durand-Charre et al. 2010. Courtesy Institut National Polytechnique

Wootz stål er navnet gitt til en eksepsjonell kvalitet av jernmalmstål først laget i det sørlige og sør-sentrale India og Sri Lanka, kanskje så tidlig som 400 fvt. Midtøsten-smeder brukte wootz-barrer fra det indiske subkontinentet for å produsere ekstraordinære stålvåpen gjennom middelalderen, kjent som Damaskus stål .

Wootz (kalt hypereutektoid av moderne metallurger) er ikke spesifikt for et bestemt utfall av jernmalm, men er i stedet et produsert produkt laget ved å bruke en forseglet, oppvarmet digel for å introdusere høye nivåer av karbon i enhver jernmalm. Det resulterende karboninnholdet for wootz rapporteres forskjellig, men faller mellom 1,3-2 prosent av den totale vekten.

Hvorfor Wootz Steel er kjent

Begrepet 'wootz' dukker først opp på engelsk på slutten av 1700-tallet, av metallurger som utførte de første eksperimentene som prøvde å bryte ned dens elementære natur. Ordet wootz kan ha vært en feiltranskripsjon av lærde Helenus Scott av 'utsa', ordet for en fontene på sanskrit; 'ukku', ordet for stål på det indiske språket Kannada, og/eller 'uruku', for å lage smeltet på gammelt tamil. Det wootz refererer til i dag er imidlertid ikke det de europeiske metallurgene fra 1700-tallet trodde det var.

Wootz-stål ble kjent for europeere i den tidlige middelalderperioden da de besøkte basarer i Midtøsten og fant smeder som laget fantastiske kniver, økser, sverd og beskyttende rustninger med nydelige vannmerkede overflater. Disse såkalte 'Damaskus'-stålene kan være oppkalt etter den berømte basaren i Damaskus eller det damasklignende mønsteret som ble dannet på bladet. Bladene var harde, skarpe og i stand til å bøye seg opp til en 90-graders vinkel uten å knekke, da Korsfarere funnet til deres forferdelse.

Men grekerne og romerne var klar over at smeltedigelprosessen kom fra India. I det første århundre e.Kr., den romerske lærde Plinius den eldste Naturlig historie nevner importen av jern fra Seres, som sannsynligvis refererer til det sørlige indiske riket Cheras. 1. århundre CE rapporten kalt Periplus av Erythraenhavet inkluderer en eksplisitt referanse til jern og stål fra India. I det 3. århundre e.Kr. nevnte den greske alkymisten Zosimos at indianerne laget stål for høykvalitets sverd ved å 'smelte' stålet.

Jernproduksjonsprosess

Det er tre hovedtyper av pre-moderne jernfremstilling: bloomery, masovn og digel. Bloomery, først kjent i Europa ca. 900 f.Kr., innebærer oppvarming av jernmalm med trekull og deretter redusere den til et fast produkt, kalt 'en oppblomstring' av jern og slagg. Bloomery jern har et lavt karboninnhold (0,04 vektprosent) og det produserer smijern. Masovnsteknologi, oppfunnet i Kina på 1000-tallet e.Kr., kombinerer høyere temperaturer og en større reduksjonsprosess, noe som resulterer i støpejern, som har 2–4 prosent karboninnhold, men er for sprøtt for kniver.

Med smeltedigel plasserer smeder biter av blomstrende jern sammen med karbonrikt materiale i smeltedigler. Diglene blir deretter forseglet og varmet opp over en periode på dager til temperaturer mellom 1300–1400 grader celsius. I den prosessen absorberer jernet karbonet og blir flytende av det, noe som tillater fullstendig separasjon av slagg. De produserte wootz-kakene fikk deretter avkjøles ekstremt sakte. Disse kakene ble deretter eksportert til våpenprodusenter i Midt-Østen som forsiktig smidde de fryktinngytende stålbladene fra Damaskus, i en prosess som skapte de vannet silke eller damasklignende mønstrene.

Digelstål, oppfunnet i det indiske subkontinentet minst så tidlig som 400 f.Kr., inneholder et mellomnivå av karbon, 1–2 prosent, og sammenlignet med de andre produktene er det et ultrahøyt karbonstål med høy duktilitet for smiing og høy slagstyrke og redusert sprøhet egnet for å lage blader.

Age of Wootz Steel

Jernfremstilling var en del av indisk kultur så tidlig som 1100 fvt, på steder som f.eks Hall . De tidligste bevisene for prosessering av jern av wootz-typen inkluderer fragmenter av digler og metallpartikler identifisert på steder på 500-tallet fvt. Hjemme og Mel-siruvalur, begge i Tamil Nadu. Molekylær undersøkelse av en jernkake og verktøy fra Junnar i Deccan-provinsen og datert til Satavahana-dynastiet (350 f.Kr.–136 e.Kr.) er klare bevis på at smeltedigelteknologi var utbredt i India i denne perioden.

Gjenstandene av digelstål som ble funnet hos Junnar var ikke sverd eller kniver, men snarere syler og meisler, verktøy for daglig bruk som helleristninger og perleproduksjon. Slike verktøy må være sterke uten å bli sprø. Digelstålprosessen fremmer disse egenskapene ved å oppnå lang rekkevidde strukturell homogenitet og inkluderingsfrie forhold.

Noen bevis tyder på at wootz-prosessen er eldre ennå. Seksten hundre kilometer nord for Junnar, ved Taxila i dagens Pakistan, fant arkeolog John Marshall tre sverdblader med 1,2–1,7 prosent karbonstål, datert et sted mellom det 5. århundre f.Kr. og 1. århundre f.Kr. En jernring fra en kontekst ved Kadebakele i Karnataka datert mellom 800–440 fvt har en sammensetning nær 0,8 prosent karbon, og det kan meget vel være digelstål.

Kilder

• Dube, R.K. ' Wootz: Feil translitterasjon av sanskrit Utsa brukt for indisk smeltedigel. ' KOM IGJEN 66.11 (2014): 2390–96. Skrive ut.
• Durand–Charre, M., F. Roussel–Dherbey og S. Coindeau. ' Dechiffrerte Damaskus-stål. ' Metallurgi gjennomgang 107.04 (2010): 131–43. Skrive ut.
• Grazzi, F., et al. ' Bestemmelse av produksjonsmetodene for indiske sverd gjennom nøytrondiffraksjon .' Mikrokjemisk tidsskrift 125 (2016): 273–78. Skrive ut.
• Kumar, Vinod, R. Balasubramaniam og P. Kumar. , Mikrostrukturutvikling i deformert ultrahøykarbon lavlegert (Wootz) stål .' Materialvitenskapsforum 702–703.802–805 (2012). Skrive ut.
• Park, Jang–Sik og Vasant Shinde. ' Teknologi, kronologi og rollen til smeltedigelstål som utledet fra jernobjekter fra det gamle stedet i Junnar, India. ' Journal of Archaeological Science 40.11 (2013): 3991–98. Skrive ut.
• Reibold, M., et al. ' Struktur av flere historiske blader på nanoskala .' Krystallforskning og teknologi 44.10 (2009): 1139–46. Skrive ut.
• Sukhanov, D.A., et al. ' Morfologi av overskytende karbider Damaskus-stål. ' Journal of Materials Science Research 5.3 (2016). Skrive ut.