Damascus Steel: Ancient Sword Making Techniques

Damaskusstål och persiskt vattnet stål är vanliga namn på högkolstålssvärd som skapades av islamiska civilisationshantverkare under medeltiden och fruktlöst lust av deras europeiska motsvarigheter. Bladen hade en överlägsen seghet och skärkant, och de tros ha fått namnet inte för staden Damaskus, men från deras ytor, som har en karakteristisk vattensilk eller damaskliknande virvlad mönster.

Snabbfakta: Damaskusstål

Det är svårt för oss att föreställa oss den kombinerade rädsla och beundran som dessa vapen skapar idag: Lyckligtvis kan vi lita på litteratur. Den brittiska författaren Walter Scotts bok från 1825

Det legendariska svärdet känt som Damaskusstål skrämde de europeiska angriparna av "Holy Lands ' som tillhör Islamisk civilisation genom hela korstågen (1095–1270 e.Kr.). Smeder i Europa försökte matcha stålet med "mönstersvetsningstekniken", smidda från växlade lager av stål och järn, vika och vrida metallen under smidningsprocessen. Mönstersvetsning var en teknik som användes av svärdstillverkare från hela världen, inklusive Kelter från 600-talet f. Kr, Vikingar från 1100-talet e.Kr. och 1200-talet Japansk samurai svärd. Men mönstersvetsning var inte hemligheten för Damaskus stål.

Vissa forskare uppskattar sökandet efter Damaskus-stålprocessen som ursprunget till modern materialvetenskap. Men de europeiska smederna duplicerade aldrig det massiva Damascus-stålet med hjälp av mönstersvetsningstekniken. Det närmaste de kom för att replikera styrkan, skärpan och den vågiga dekorationen var medvetet etsning av ytan på ett mönstersvetsat blad eller dekorera ytan med silver eller koppar filigran.

I metallåldern för medelåldern erhölls vanligtvis stål för svärd eller andra föremål genom blomningsprocessen, vilket krävde uppvärmning av råmalmen med kol för att skapa en fast produkt, känd som en "blom" av kombinerat järn och slagg. I Europa separerades järnet från slaggen genom att värma upp blom till minst 1200 grader Celsius, vilket likviderade det och separerade föroreningarna. Men i Damaskus-stålprocessen placerades blommerybitarna i degelar med kolbärande material och upphettades under flera dagar, tills stålet bildade en vätska vid 1300–1400 grader.

Men viktigast av allt var att degelns processen gav ett sätt att lägga till högt kolinnehåll på ett kontrollerat sätt. Högt kol ger den yttersta kanten och hållbarheten, men dess närvaro i blandningen är nästan omöjligt att kontrollera. För lite kol och de resulterande sakerna är smidesjärn, för mjuk för dessa ändamål; för mycket och du får gjutjärn, för sprött. Om processen inte går rätt, bildar stålet plattor av cementit, en fas av järn som är hopplöst ömtålig. Islamiska metallurgister kunde kontrollera för den inneboende bräckligheten och smide råvaran till stridsvapen. Damaskusstålens mönstrade yta visas först efter en extremt långsam kylprocess: dessa tekniska förbättringar kändes inte av de europeiska smederna.

Damaskusstål tillverkades av ett råmaterial som heter wootz stål. Wootz var en exceptionell kvalitet av järnmalmstål som först tillverkades i södra och södra centrala Indien och Sri Lanka kanske så tidigt som 300 f.Kr. Wootz extraherades från rå järnmalm och bildades med hjälp av degelmetoden för att smälta bort, förbränna föroreningar och lägga till viktigt ingredienser, inklusive ett kolinnehåll mellan 1,3–1,8 viktprocent - smidesjärn har vanligtvis kolhalt på cirka 0,1 procent.

Även om europeiska smeder och metallurgister som försökte göra sina egna blad så småningom övervann de problem som ingår i a med högt kolinnehåll kunde de inte förklara hur forntida syriska smeder uppnådde den filigrerade ytan och kvaliteten på den färdiga produkt. Skanningselektronmikroskopi har identifierat en serie kända målmedvetna tillägg till Wootz-stål, såsom barken av Cassia auriculata (används också i garvning av djurhuder) och bladen på Calotropis gigantea (en mjölkväv). Spektroskopi av wootz har också identifierat små mängder vanadium, krom, mangan, kobolt och nickel, och några sällsynta element som fosfor, svavel och kisel, som spår antagligen kommer från gruvorna i Indien.

Framgångsrik reproduktion av damaskena blad som matchar den kemiska sammansättningen och har den vattna-siden dekoration och det inre mikrostruktur rapporterades 1998 (Verhoeven, Pendray och Dautsch), och smeder har kunnat använda dessa metoder för att återge exemplen illustrerad här. Förädlingar till den tidigare studien fortsätter att ge information om komplexa metallurgiska processer (Strobl och kollegor). En livlig debatt om den möjliga förekomsten av en "nanorör" -mikrostruktur av Damaskusstål utvecklats mellan forskarna Peter Paufler och Madeleine Durand-Charre, men nanorör har till stor del varit misskrediteras.

Nyligen genomförd forskning (Mortazavi och Agha-Aligol) om Safavid (16-1700-talet) öppna stålplåtar med flödande kalligrafi tillverkades också av wootzstål med användning av damascenprocessen. En studie (Grazzi och kollegor) av fyra indiska svärd (tulwars) från 17 till 1800-talet med neutrontransmissionsmätningar och metallografisk analys kunde identifiera wootzstål baserat på dess komponenter.

• Durand-Charre, M. Les Aciers Damassés: Du Fer Primitif Aux Aciers Modernes. Paris: Presses des Mines, 2007. Skriva ut.
• Embury, David och Olivier Bouaziz. "Stålbaserade kompositer: Drivkrafter och klassificeringar. "Årlig översyn av materialforskning 40.1 (2010): 213-41. Skriva ut.
• Kochmann, Werner, et al. "Nanotrådar i antik Damaskusstål. "Journal of Alloys and Compounds 372.1–2 (2004): L15-L19. Skriva ut.
• Reibold, Marianne, et al. "Upptäckten av nanorör i forntida Damaskusstål. "Fysik och teknik för nya material. Eds. Cat, DoTran, Annemarie Pucci och Klaus Wandelt. Vol. 127. Springer Proceedings in Physics: Springer Berlin Heidelberg, 2009. 305-10. Skriva ut.
• Mortazavi, Mohammad och Davoud Agha-Aligol. "Analytisk och mikrostrukturell inställning till studien av historiskt ultrahög kolstål (Uhc) stålplattor tillhör Malek National Library and Museum Institution, Iran."Materialkarakterisering 118 (2016): 159-66. Skriva ut.
• Strobl, Susanne, Roland Haubner och Wolfgang Sche frouner. "Nya stålkombinationer producerade av Damaskus-tekniken. "Advanced Engineering Forum 27 (2018): 14-21. Skriva ut.
• Strobl, Susanne, Roland Haubner och Wolfgang Sche frouner. "Damaskus stålinlägg på ett svärdblad - produktion och karaktärisering. "Key Engineering Materials 742 (2017): 333-40. Skriva ut.
• Verhoeven, John D. och Howard F. Clark. "Koldiffusion mellan lagren i moderna svetsade Damaskusblad."Materialkaraktärisering 41,5 (1998): 183-91. Skriva ut.
• Verhoeven, J. D. och A. H. Pendray. "Ursprunget av Damastmönstret i Damaskus stålblad. "Materialkarakterisering 47.5 (2001): 423-24. Skriva ut.
• Wadsworth, Jeffrey. "Arkeometallurgi relaterat till svärd. "Materialkarakterisering 99 (2015): 1-7. Skriva ut.
• Wadsworth, Jeffrey och Oleg D. Sherby. "Svar på Verhoeven-kommentarer om Damascus Steel."Materialkarakterisering 47.2 (2001): 163-65. Skriva ut.