Wootz Steel: Πρώτη ύλη για χαλύβδινες λεπίδες της Δαμασκού

Χάλυβας Wootz είναι το όνομα που δίνεται σε μια εξαιρετική ποιότητα σιδηρομεταλλεύματος που κατασκευάστηκε αρχικά στη νότια και νότια κεντρική Ινδία και τη Σρι Λάνκα ίσως ήδη 400 π.Χ. Οι μαυροπυρηνικοί της Μέσης Ανατολής χρησιμοποίησαν πλινθώματα wootz από την ινδική υποήπειρο για να παράγουν εξαιρετικά χαλυβουργεία σε όλη τη διάρκεια του μεσαίωνα, γνωστά ως Χάλυβα της Δαμασκού.

Wootz (ονομάζεται υπερθυρετοειδές από τους σύγχρονους μεταλλουργούς) δεν είναι συγκεκριμένη για μια συγκεκριμένη προεξοχή σιδηρομεταλλεύματος αλλά είναι αντίθετα α κατασκευασμένο προϊόν με τη χρήση σφραγισμένου, θερμαινόμενου χωνευτηρίου για την εισαγωγή υψηλών επιπέδων άνθρακα οποιοδήποτε σιδηρομετάλλευμα. Η προκύπτουσα περιεκτικότητα άνθρακα για το wootz αναφέρεται διαφορετικά, αλλά μειώνεται μεταξύ 1,3-2% του συνολικού βάρους.

Ο όρος «wootz» εμφανίζεται για πρώτη φορά στα αγγλικά στα τέλη του 18ου αιώνα, από μεταλλουργούς που πραγματοποίησαν τα πρώτα πειράματα που προσπαθούσαν να σπάσουν τη στοιχειακή του φύση. Η λέξη wootz μπορεί να είναι μια σιωπηρή μεταγραφή από την επιστήμονα Helenus Scott της "utsa", η λέξη για ένα σιντριβάνι στο Sanscrit. "ukku", η λέξη για χάλυβα στην ινδική γλώσσα Kannada, και / ή "uruku", για να γίνει λιωμένο στο παλιό Ταμίλ. Ωστόσο, αυτό που λέει σήμερα ο wootz δεν είναι αυτό που σκέφτηκαν οι ευρωπαίοι μεταλλουργοί του 18ου αιώνα.

Ο χάλυβας Wootz έγινε γνωστός στους Ευρωπαίους κατά την πρώιμη μεσαιωνική περίοδο, όταν επισκέπτονταν τα παζάρια της Μέσης Ανατολής και την βρήκαν σιδεράδες κάνοντας εκπληκτικές λεπίδες, άξονες, ξίφη και προστατευτική θωράκιση με πανέμορφες επιφάνειες με νερό. Αυτοί οι λεγόμενοι "Δαμασκός" χάλυβες μπορεί να ονομαστούν για το περίφημο παζάρι του Δαμάσκο ή το μοτίβο που μοιάζει με δαμασκηνό που σχηματίστηκε πάνω στη λεπίδα. Τα πτερύγια ήταν σκληρά, αιχμηρά και ήταν ικανά να λυγίσουν μέχρι γωνία 90 μοιρών χωρίς να σπάσουν, όπως το Σταυροφόροι βρήκαν την απογοήτευσή τους.

Αλλά οι Έλληνες και οι Ρωμαίοι γνώριζαν ότι η διαδικασία του χωνευτηρίου προέρχεται από την Ινδία. Τον πρώτο αιώνα μ.Χ. ο Ρωμαίος λόγιος Πλίνιος ο γέροντας Φυσική ιστορία αναφέρει την εισαγωγή σιδήρου από την Seres, η οποία πιθανότατα αναφέρεται στο βασίλειο του Cheras. Η έκθεση του 1ου αιώνα CE κάλεσε Περίπλους της Θάλασσας Ερυθραίας περιλαμβάνει ρητή αναφορά στον σίδηρο και τον χάλυβα από την Ινδία. Τον 3ο αιώνα μ.Χ. ο Έλληνας αλχημιστής Ζωσίμος ανέφερε ότι οι Ινδοί έφτιαξαν χάλυβα για σπαθιά υψηλής ποιότητας με "τήξη" του χάλυβα.

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι προ-σύγχρονης κατασκευής σιδήρου: ανθοφορία, υψικαμίνους και χωνευτήριο. Bloomery, γνωστό για πρώτη φορά στο Ευρώπη περίπου 900 π.Χ., περιλαμβάνει τη θέρμανση του σιδηρομεταλλεύματος με ξυλάνθρακα και στη συνέχεια τη μείωσή του για να σχηματίσει ένα στερεό προϊόν, το οποίο ονομάζεται «ανθοφορία» σιδήρου και σκωρίας. Ο σφυρήλατος σίδηρος έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα (0,04% κατά βάρος) και παράγει σφυρήλατο σίδερο. Η τεχνολογία υψικαμίνου, που επινοήθηκε στην Κίνα τον 11ο αιώνα CE, συνδυάζει υψηλότερες θερμοκρασίες και μεγαλύτερη διαδικασία μείωσης, με αποτέλεσμα το χυτοσίδηρο, το οποίο έχει περιεκτικότητα σε άνθρακα 2-4% αλλά είναι πολύ εύθραυστο λεπίδες.

Με τον χωνευτήρα σιδήρου, οι σιδεράδες τοποθετούν κομμάτια σιδερένιου υλικού μαζί με πλούσιο σε άνθρακα υλικό σε χωνευτήρια. Τα χωνευτήρια στη συνέχεια σφραγίζονται και θερμαίνονται σε διάστημα ημερών σε θερμοκρασίες μεταξύ 1300-1400 βαθμούς Κελσίου. Σε αυτή τη διαδικασία, ο σίδηρος απορροφά τον άνθρακα και υγροποιείται από αυτόν, επιτρέποντας τον πλήρη διαχωρισμό της σκωρίας. Τα παραγόμενα κέικ wootz αφέθηκαν στη συνέχεια να κρυώσουν πολύ αργά. Αυτά τα κέικ στη συνέχεια εξήχθησαν σε κατασκευαστές όπλων στη Μέση Ανατολή, οι οποίοι σφυρηλατούσαν προσεκτικά τις φριχτές χαλύβδινες λεπίδες της Δαμασκού, σε μια διαδικασία που δημιούργησε τα μοτίβα που έρχονται σε επαφή με το μετάξι ή τα δάφνια.

Ο χαλυβουργός, που επινοήθηκε στην ινδική υποήπειρο τουλάχιστον από 400 π.Χ., περιέχει ένα ενδιάμεσο επίπεδο άνθρακα, 1-2%, και συγκρίνεται με τα άλλα προϊόντα είναι ένας εξαιρετικά υψηλός άνθρακας χάλυβα με υψηλή ολκιμότητα για σφυρηλάτηση και υψηλή αντοχή σε κρούση και μειωμένη ευθραυστότητα κατάλληλη για κατασκευή λεπίδες.

Η κατασκευή σιδήρου ήταν μέρος της ινδικής κουλτούρας ήδη από το 1100 π.Χ., σε τοποθεσίες όπως Hallur. Οι πρώτες ενδείξεις για την επεξεργασία του σιδήρου τύπου wootz περιλαμβάνουν τα θραύσματα των χωνευτηρίων και των μεταλλικών σωματιδίων που αναγνωρίστηκαν στις τοποθεσίες του 5ου αιώνα π.Χ. Kodumanal και Mel-siruvalur, και στο Ταμίλ Ναντού. Μοριακές έρευνες για ένα κέικ σιδήρου και εργαλεία από το Junnar στην επαρχία Deccan και χρονολογούνται από το Η δυναστεία των Satavahana (350 π.Χ. -136 μ.Χ.) είναι σαφής απόδειξη ότι η τεχνολογία χωνευτηρίου ήταν ευρέως διαδεδομένη στην Ινδία από αυτη την περιοδο.

Τα αντικείμενα χαλύβδινων χαλύβων που βρέθηκαν στο Junnar δεν ήταν σπαθιά ή λεπίδες, αλλά μάλλον αγκάθια και σμίλες, εργαλεία για καθημερινούς σκοπούς εργασίας όπως η σκάλισμα βράχων και η κατασκευή σφαιριδίων. Τα εργαλεία αυτά πρέπει να είναι ισχυρά χωρίς να γίνονται εύθραυστα. Η διαδικασία του χαλύβδινου χάλυβα προάγει αυτά τα χαρακτηριστικά επιτυγχάνοντας διαρθρωτικές συνθήκες ομοιογένειας και απαλλαγμένες από συμπερίληψη ευρείας κλίμακας.

Μερικά στοιχεία δείχνουν ότι η διαδικασία wootz είναι ακόμα μεγαλύτερη. Σε δεκαέξι εκατοντάδες χιλιόμετρα βόρεια του Junnar, στο Taxila στο σημερινό Πακιστάν, βρέθηκε ο αρχαιολόγος John Marshall τρεις λεπίδες ξίφους με ανθρακούχο χάλυβα 1,2-1,7%, που χρονολογούνται κάπου μεταξύ του 5ου αιώνα π.Χ. και 1ου αιώνα CE. Ένας δακτύλιος σιδήρου από ένα πλαίσιο στο Kadebakele στο Karnataka που χρονολογείται μεταξύ 800-440 π.Χ. έχει μια σύνθεση κοντά στο 0,8% άνθρακα και μπορεί πολύ καλά να είναι χωνευτήρι χάλυβα.

Πηγές

• Dube, R. Κ. "Wootz: λανθασμένη μεταγραφή του Sanskrit "Utsa" που χρησιμοποιείται για το Ινδικό χαλυβουργείο." JOM 66.11 (2014): 2390–96. Τυπώνω.
• Durand-Charre, Μ., F. Roussel-Dherbey και S. Coindeau. "Les Aciers Damassés Décryptés." Revue de Métallurgie 107.04 (2010): 131–43. Τυπώνω.
• Οι Grazzi, F., et αϊ. "Προσδιορισμός των μεθόδων παραγωγής ινδικών ξίγγων μέσω της διάθλασης των νετρονίων." Microchemical Journal 125 (2016): 273–78. Τυπώνω.
• Kumar, Vinod, R. Balasubramaniam, και Ρ. Kumar. "Εξέλιξη μικροδομής σε παραμορφωμένο χάλυβα χαμηλού κράματος υπερύθρου άνθρακα (Wootz)." Φόρουμ Επιστήμης Υλικών 702–703.802–805 (2012). Τυπώνω.
• Park, Jang-Sik και Vasant Shinde. "Τεχνολογία, χρονολογία και ο ρόλος του χαλύβδινου χαλύβδινου όπως απορροφάται από τα σιδερένια αντικείμενα του αρχαίου χώρου στο Junnar της Ινδίας."Εφημερίδα της Αρχαιολογικής Επιστήμης 40.11 (2013): 3991-98. Τυπώνω.
• Reibold, Μ., Et αϊ. "Δομή διαφόρων ιστορικών λεπίδων στη νανοκλίμακα." Crystal Research and Technology 44.10 (2009): 1139–46. Τυπώνω.
• Sukhanov, D.A., et αϊ. "Μορφολογία των υπερβολικών καρβιδίων Damascus Steel." Εφημερίδα της Επιστήμης των Υλικών 5.3 (2016). Τυπώνω.