Wootz Steel: produkcja ostrzy ze stali damasceńskiej

2400-letni proces wyrabiania żelaza w tyglu

Zdjęcie z mikrofotografii elektronowej głęboko wytrawionej próbki wootz ilustrujące drobne wytrącanie utworzone prawdopodobnie przez samoodpuszczanie martenzytu podczas końcowego chłodzenia. Opublikowane w Durand-Charre i in. 2010. Dzięki uprzejmości Institut National Polytechnique

Stal Wootz to nazwa nadana wyjątkowemu gatunkowi stali z rudy żelaza, po raz pierwszy wyprodukowanej w południowych i południowo-środkowych Indiach i na Sri Lance prawdopodobnie już w 400 roku p.n.e. Kowale z Bliskiego Wschodu używali sztabek wootz z subkontynentu indyjskiego do produkcji niezwykłej stalowej broni w średniowieczu, znanej jako Stal damasceńska .

Wootz (zwany nadeutektoidalny przez współczesnych metalurgów) nie jest specyficzny dla konkretnego wychodni rudy żelaza, ale jest produktem wytwarzanym przy użyciu uszczelnionego, ogrzewanego tygla, aby wprowadzić wysoki poziom węgla do dowolnej rudy żelaza. Wynikowa zawartość węgla dla wootz jest zgłaszana różnie, ale wynosi od 1,3 do 2 procent całkowitej masy.

Dlaczego stal Wootz jest znana?

Termin „wootz” po raz pierwszy pojawił się w języku angielskim pod koniec XVIII wieku przez metalurgów, którzy przeprowadzili pierwsze eksperymenty próbujące przełamać jego elementarną naturę. Słowo wootz mogło być błędną transkrypcją uczonego Helenusa Scotta z „utsa”, słowa oznaczającego fontannę w sanskrycie; „ukku”, słowo oznaczające stal w indyjskim języku kannada i/lub „uruku”, oznaczające stal w starym języku tamilskim. Jednak to, o czym dziś mówi wootz, nie jest tym, o czym myśleli europejscy metalurdzy z XVIII wieku.

Stal wootz stała się znana Europejczykom we wczesnym średniowieczu, kiedy odwiedzili bazary na Bliskim Wschodzie i znaleźli kowali wytwarzających niesamowite ostrza, topory, miecze i zbroje ochronne o wspaniałych powierzchniach znakowanych wodą. Te tak zwane stale „damasceńskie” można nazwać od słynnego bazaru w Damaszek lub wzór podobny do adamaszku, który uformował się na ostrzu. Ostrza były twarde, ostre i mogły zginać się pod kątem 90 stopni bez pękania, ponieważ Krzyżowcy znalezione ku ich przerażeniu.

Ale Grecy i Rzymianie byli świadomi, że proces tygla pochodzi z Indii. W I wieku n.e. rzymski uczony Pliniusz Starszy Historia naturalna wspomina import żelaza z Seres, co prawdopodobnie odnosi się do południowoindyjskiego królestwa Cheras. Raport z I wieku n.e. pt Periplus Morza Erytraeńskiego zawiera wyraźne odniesienie do żelaza i stali z Indii. W III wieku n.e. grecki alchemik Zosimos wspomniał, że Indianie wytwarzali stal na wysokiej jakości miecze poprzez „topienie” stali.

Proces produkcji żelaza

Istnieją trzy główne rodzaje przednowoczesnej produkcji żelaza: dymarki, wielki piec i tygiel. Bloomery, pierwszy znany w Europa około 900 p.n.e., polega na podgrzaniu rudy żelaza węglem drzewnym, a następnie zredukowaniu jej do postaci stałego produktu, zwanego „zakwitem” żelaza i żużla. Żelazo Bloomery ma niską zawartość węgla (0,04 procent masy) i wytwarza kute żelazo. Technologia wielkiego pieca, wynaleziona w Chinach w XI wieku n.e., łączy wyższe temperatury i większy proces redukcji, w wyniku czego powstaje żeliwo, które ma 2–4 ​​procent zawartości węgla, ale jest zbyt kruche dla ostrzy.

W przypadku żelaza tyglowego kowale umieszczają w tyglach kawałki żelaza majowego wraz z materiałem bogatym w węgiel. Tygle są następnie zamykane i podgrzewane przez kilka dni do temperatury 1300-1400 stopni Celsjusza. W tym procesie żelazo pochłania węgiel i jest przez niego upłynniane, umożliwiając całkowite oddzielenie żużla. Wytworzone ciastka wootz pozostawiono następnie do bardzo powolnego schłodzenia. Ciastka te były następnie eksportowane do producentów broni na Bliskim Wschodzie, którzy starannie wykuwali przerażające ostrza ze stali damasceńskiej, w procesie, który tworzył wzory przypominające rozwodniony jedwab lub adamaszek.

Stal tyglowa, wynaleziona na subkontynencie indyjskim co najmniej 400 r. p.n.e., zawiera średnio 1–2 procent węgla, a w porównaniu z innymi produktami jest stalą ultra wysokowęglową o wysokiej ciągliwości do kucia i wysokiej udarności i zmniejszona kruchość odpowiednia do produkcji ostrzy.

Wiek stali Wootz

Produkcja żelaza była częścią kultury indyjskiej już w 1100 roku p.n.e., w miejscach takich jak Hala . Najwcześniejsze dowody na obróbkę żelaza typu wootz obejmują fragmenty tygli i cząstki metalu zidentyfikowane na stanowiskach z V wieku p.n.e. W domu i Mel-siruvalur, oba w Tamil Nadu. Badania molekularne żelaznego ciasta i narzędzi z Junnar w prowincji Dekan i datowane na dynastię Satavahana (350 pne-136 ne) są wyraźnym dowodem na to, że technologia tygla była w tym okresie szeroko rozpowszechniona w Indiach.

Artefakty ze stali tyglowej znalezione w Junnar nie były mieczami ani ostrzami, ale raczej szydłami i dłutami, narzędziami do codziennych celów roboczych, takich jak rzeźbienie w skale i robienie koralików. Takie narzędzia muszą być mocne, nie stając się kruche. Proces stalowy w tyglu promuje te cechy, osiągając dalekosiężną jednorodność strukturalną i warunki wolne od wtrąceń.

Niektóre dowody sugerują, że proces wootz jest jeszcze starszy. 1600 kilometrów na północ od Junnar, w Taxila w dzisiejszym Pakistanie, archeolog John Marshall znalazł trzy ostrza miecza wykonane z 1,2-1,7% stali węglowej, datowane gdzieś między V wiekiem p.n.e. a I wiekiem n.e. Żelazny pierścień z kontekstu w Kadebakele w Karnataka datowany na lata 800-440 p.n.e. ma skład zbliżony do 0,8% węgla i może być równie dobrze wykonany ze stali tyglowej.

Źródła

• Dube, R.K. Wootz: błędna transliteracja sanskryckiej utsy używanej do indyjskiej stali tyglowej. ' POSPIESZ SIĘ 66.11 (2014): 2390-96. Wydrukować.
• Durand-Charre, M., F. Roussel-Dherbey i S. Coindeau. ' Rozszyfrowane stale damasceńskie. ' Przegląd metalurgiczny 107.04 (2010): 131-43. Wydrukować.
• Grazzi, F. i in. ' Określenie metod wytwarzania indyjskich mieczy poprzez dyfrakcję neutronów . Dziennik mikrochemiczny 125 (2016): 273–78. Wydrukować.
• Kumar, Vinod, R. Balasubramaniam i P. Kumar. , Ewolucja mikrostruktury w zdeformowanej stali niskostopowej o ultrawysokiej zawartości węgla (Wootz) . Forum Materiałoznawstwa 702–703.802–805 (2012). Wydrukować.
• Park, Jang-Sik i Vasant Shinde. ' Technologia, chronologia i rola stali tyglowej wywnioskowane z żelaznych obiektów starożytnego miejsca w Junnar w Indiach. Dziennik Nauki Archeologicznej 40.11 (2013): 3991-98. Wydrukować.
• Reibold, M., i in. ' Struktura kilku historycznych ostrzy w nanoskali . Badania i technologia kryształów 44.10 (2009): 1139-46. Wydrukować.
• Suchanow, D.A., et al. ' Morfologia nadmiaru węglików ze stali damasceńskiej. ' Journal of Material Science Research 5,3 (2016). Wydrukować.