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神奇的“大马士革钢铁”的起源

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在互联网上粗略搜索一下“大马士革钢铁”,就会发现数百把可以购买的剑,这些剑声称是由这种神秘金属制成的。几乎每一块都将通过“图案焊接”制成——这是欧洲铁器时代发明的一种锻造技术,涉及将不同等级的钢折叠和扭曲在一起,以形成高碳钢和低碳钢的对比图案。真正的大马士革钢是完全不同的——尽管表面上看起来与图案焊接钢相似,但它有漩涡图案,通常被描述为“水丝”。用这种金属制成的剑具有传奇般的效果,其近乎超自然的品质孕育了一个世纪的神话。它的起源不是在黑暗时期的欧洲,而是在南亚,一种被称为utsa的精湛钢材,在今天则被称为“wootz”。


IP属地:河北1楼2023-01-12 14:22回复
    提普苏丹(公元1799年)的一把剑,是英国殖民统治的强烈反对者。该刀片被描述为由“浇水钢”制成,可能是wootz。
    尽管我们对西欧生产钢铁的方法有丰富的考古、文本和实验证据,但在重建大马士革钢铁的制造方法和起源时,我们面临着缺乏来源、零散的考古证据和稀少的实验证实。这不仅仅是因为西方帝国在南亚留下的遗产,在那里,传统的方法和文本证据被西方殖民主义贬低(在某些情况下被完全抹去)。但现代分析——通常由南亚学者主导——试图重新认识印度和斯里兰卡冶金历史的重要性。事实上,正如“大马士革钢铁”的传说所表明的那样,它的意义遍及全球。


    IP属地:河北2楼2023-01-13 08:37
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      乌兹钢铁:真正的大马士革
      随着启蒙运动期间系统科学研究和冶金科学的出现,18世纪末,科学家开始研究印度次大陆和斯里兰卡的一种独特的钢铁。1794年,一位名叫海伦斯·斯科特(Helenus Scott)的英国医生在孟买(现孟买)为英国东印度公司服务,他写信给伦敦皇家学会主席约瑟夫·班克斯爵士(Sir Joseph Banks),描述了一种令人印象深刻的当地制造的钢铁,他称之为“wootz”。这个词很可能是他对梵语单词“utsa”的误译,后者指的是一种特殊精制的坩埚钢(“ukku”)。最终,斯科特将超过200磅的这种金属送到班克斯研究,皇家学会对此印象深刻。医疗器械制造商詹姆斯·斯托达特(James Stodart)用“wootz”进行了许多实验,用它制造出了精美的仪器和工具。他甚至把天成文书中的“utsa”一词放在了他的个人名片上——但不幸的是,斯科特的拙劣翻译在西方世界中一直存在。


      IP属地:河北3楼2023-01-13 08:37
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        我们对大马士革钢铁的现代迷恋,与东印度公司对印度的开发密不可分。


        IP属地:河北4楼2023-01-13 08:37
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          德里几乎没有腐蚀的铁柱,位于后来的库瓦特伊斯兰清真寺内。
          印度钢铁在整个古典时代都保持着自己的威望。罗马人将其称为“绢铁”,并在整个罗马时代向西欧进口少量绢铁。到公元前400年,南亚炼钢已经是一门精细的艺术:著名的德里铁柱就是在这一时期制造的,这是中世纪印度铁匠冶金技术的一个壮观证明。它的制造者清楚地知道,铁中的高磷含量赋予了它极为有效的防腐性能,而将超过三吨的铁坯锻造在一起,则是公开展示。


          IP属地:河北6楼2023-01-13 08:38
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            阿拉伯的边缘
            西欧人会遇到大马士革钢铁公司的主要地方——以及其传奇地位的来源——是在中东。“大马士革”一词显然与叙利亚城市大马士士革联系在一起:学者们争论这是该名称的直接输入,还是来自阿拉伯锦缎丝绸,其波纹图案与乌兹钢的图案非常相似。从一位熟练的铁匠手中看,一把由乌兹钢制成的剑在质量上比现代早期之前用西欧技术生产的任何剑都要好:它们可以刻痕、开裂甚至折断劣质剑,而且据说只需将丝绸铺在剑上就能切割开来。


            IP属地:河北7楼2023-01-13 08:39
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              叙利亚大马士革的一位剑匠,约公元前1900年。Wootz剑在1000多年来几乎完全是在这样的商店里制造的。
              早期的阿拉伯语诗歌谈到了用进口印度钢铁制造的剑的价值和威力,伊朗博学家Al Biruni等伊斯兰学者广泛报道了大马士革钢铁金属制品。9世纪的北欧文化,更为人所知的是维京人,是第一个与穆斯林世界建立地中海和东欧贸易的国家,超锋利的坚不可摧之剑的传奇故事很有可能受到他们与大马士革钢铁对抗的影响。


              IP属地:河北8楼2023-01-13 08:39
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                重金属:大马士革钢铁是如何生产的?
                为了了解大马士革钢铁的独特特性和起源,我们必须了解中世纪世界的钢铁生产流程,以及印度次大陆和欧洲之间的差异。


                IP属地:河北9楼2023-01-13 08:40
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                  初轧和高炉

                  在13世纪高炉炉问世之前,大多数中世纪西欧钢都是在钢厂生产的。这些是三到六英尺高的锥形粘土炉,里面装满了木炭,上面放着碎铁矿石。它们的温度不够高,无法熔化铁,而是将氧气从氧化铁中排出,以留下一块固体铁和熔渣(废品)混在一起,称为“水华”,通常有足球大小。通过重新加热并用锤子敲出炉渣,将其精炼成相当纯净的铁。尽管可以直接从钢坯厂生产“天然”钢,但这需要非常困难的精确条件——因此钢坯厂的铁通常必须渗碳才能炼钢:碳被添加到钢中,要么简单地在炭火炉中长时间加工,要么通过表面硬化等技术。
                  大约在公元1250年后,钢坯生产逐渐被喷砂炉所取代——我们在“中世纪晚期钢铁革命”的博客中对此进行了更详细的描述。高炉是按比例扩大的初轧厂,通常有几层楼高,用水力波纹管向炉内鼓风。这可能会产生更高的温度——足以使铁液化。这意味着铁可以被铸造到加农炮的模具中,但由此产生的“生铁”又脆又硬。对于装甲或武器来说,它的碳含量太高,因此必须通过一系列新的工业工艺进行脱碳。


                  IP属地:河北10楼2023-01-13 08:44
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                    东方坩埚
                    现代学者一致认为,南亚炼钢可能使用了一种截然不同的渗碳方法:坩埚法。这项技术包括用铁和碳源填充一个称为坩埚的密封容器,然后将其升高到极高的温度。当热到足以完全液化铁时,密封的缺氧(无氧)环境意味着碳不会简单地以二氧化碳和一氧化碳的形式逸出,而是分散在整个铁中,形成一种极高温度的铁碳合金。英国钟表匠本杰明·洪博培(Benjamin Huntsman)将于公元前1740年在英国谢菲尔德发明一种制造高碳钢的坩埚技术——但现代考古学是南亚大马士革钢铁制造的起源,早在公元前一千年。


                    IP属地:河北11楼2023-01-13 08:45
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                      这张来自11世纪波斯考古遗址的钢坩埚横截面图显示了钢饼顶部硅渣中形成的气泡和漩涡。
                      (注意:并非所有坩埚钢都是“大马士革”或乌兹钢。许多南亚和中东的坩埚钢铁技术生产的钢中没有明显的“水丝”图案——许多钢在肉眼检查下与初轧钢无法区分(尽管它们的性能和微观特征完全不同)。因此,印度生产的坩埚钢运往西欧的数量似乎至少被大大低估了。)
                      关于南亚坩埚技术是否产生了更接近白口铸铁的材料(3-7%的碳;极硬但脆,不适用于装甲和武器),或者该产品是否类似于高碳超共析钢(1.5-2%的碳;可延展性,超弹性,非常适合锻造成武器和装甲),人们一直争论不休。然而,1997年在印度现代泰米尔纳德邦梅尔·西鲁瓦鲁尔村进行的一次考古调查,在印度国家高级研究院的莎拉达·斯里尼瓦桑博士的带领下,发现了坩埚和金属加工渣的碎片,这些碎片中含有高质量的超共析碳钢的微滴,正是我们可能认为的“大马士革钢”材料。


                      IP属地:河北12楼2023-01-13 08:48
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                        弗朗西斯·布坎南(Francis Buchanan)在1807年南印度之行期间绘制的印度坩埚钢炉的罕见草图。


                        IP属地:河北13楼2023-01-13 08:50
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                          坩埚法
                          我们可以从这些来源推断出的一般技术,以及科纳萨穆德拉姆(Konasamudram)和加蒂霍萨哈利(Gatihosahalli)已知金属加工遗址的考古证据,包括制作锥形陶瓷坩埚,然后在仍然潮湿和未烧制的情况下,用交替的铁和植物物质(茎和叶一起,通常总共约1磅材料)填充。根据布坎南1807年的草图,其中大约15个将被放置在一个坑中,并用灰烬覆盖,形成一个熔炉。炉子由手动风箱驱动(布坎南草图中的风箱由水牛皮制成,并通过穿孔防火墙巧妙地与炉子隔开)。这些熔炉的结构使得它们可以达到使铁完全液化所需的>1300°C/2400°F,同时保持极低的氧气含量,从而将碳以正确的比例保存在密封坩埚中。幸存的坩埚碎片显示,玻璃渣在容器内部约三分之一处呈“鳍状”凸出——这是乌兹钢中液化二氧化硅杂质的“高水位标记”,当坩埚破裂时,这些杂质从顶部脱落并丢弃。


                          IP属地:河北14楼2023-01-13 08:50
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                            一位试图复制乌兹钢的爱好者制作的现代坩埚钢“钢锭”。


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                              使其冷却
                              wootz的生产过程非常缓慢。虽然像J.D.Verhoeven这样的现代科学家在一个下午就成功地复制出了在金相上与古代乌兹相同的超共析高碳坩埚钢,但他们是在实验室条件下使用现代冶金方法完成的。布坎南所描绘的乌兹坩埚炉可能需要保持在1300°C/2400°F左右五到七天。重要的是,金属工人知道要让含有wootz的坩埚在几天内冷却得非常慢,而不仅仅是将其暴露并冷却几个小时。


                              IP属地:河北16楼2023-01-13 08:51
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