Wootz Steel: Damascus stalen bladen maken

2.400 jaar oud smeltkroesproces van ijzerproductie

Elektronenmicrofoto van een diep geëtst wootz-monster dat de fijne neerslag illustreert die waarschijnlijk wordt gevormd door zelftempering van martensiet tijdens de laatste afkoeling. Gepubliceerd in Durand-Charre et al. 2010. Met dank aan Institut National Polytechnique

Wootz staal is de naam die wordt gegeven aan een uitzonderlijke kwaliteit ijzerertsstaal, voor het eerst gemaakt in Zuid- en Zuid-centraal India en Sri Lanka, misschien al in 400 BCE. Midden-Oosterse smeden gebruikten wootz-staven van het Indiase subcontinent om gedurende de middeleeuwen buitengewone stalen wapens te produceren, bekend als Damascus staal .

Wootz (genaamd hypereutectisch door moderne metallurgen) is niet specifiek voor een bepaalde ontsluiting van ijzererts, maar is in plaats daarvan een vervaardigd product dat is gemaakt door een verzegelde, verwarmde smeltkroes te gebruiken om hoge niveaus van koolstof in ijzererts te introduceren. Het resulterende koolstofgehalte voor wootz wordt op verschillende manieren gerapporteerd, maar valt tussen 1,3-2 procent van het totale gewicht.

Waarom Wootz Steel beroemd is

De term 'wootz' verschijnt voor het eerst in het Engels aan het einde van de 18e eeuw, door metallurgen die de eerste experimenten uitvoerden om de elementaire aard ervan af te breken. Het woord wootz kan een verkeerde transcriptie zijn geweest door de geleerde Helenus Scott van 'utsa', het woord voor een fontein in het Sanskriet; 'ukku', het woord voor staal in de Indiase taal Kannada, en/of 'uruku', om gesmolten te maken in het oude Tamil. Wat wootz vandaag de dag noemt, is echter niet wat de 18e-eeuwse Europese metaalbewerkers dachten dat het was.

Wootz-staal werd bekend bij Europeanen in de vroege middeleeuwen toen ze bazaars in het Midden-Oosten bezochten en smeden vonden die verbazingwekkende bladen, bijlen, zwaarden en beschermende harnassen maakten met prachtige met water gemarkeerde oppervlakken. Deze zogenaamde 'Damascus'-staalsoorten zijn mogelijk vernoemd naar de beroemde bazaar in Damascus of het damastachtige patroon dat op het blad werd gevormd. De bladen waren hard, scherp en in staat om tot een hoek van 90 graden te buigen zonder te breken, omdat de kruisvaarders tot hun ontsteltenis gevonden.

Maar de Grieken en Romeinen wisten dat het smeltkroesproces uit India kwam. In de eerste eeuw GT schreef de Romeinse geleerde Plinius de Oudere Natuurlijke geschiedenis vermeldt de invoer van ijzer uit Seres, wat waarschijnlijk verwijst naar het Zuid-Indiase koninkrijk Cheras. Het rapport van de 1e eeuw CE genaamd: Periplus van de Erythraenzee bevat een expliciete verwijzing naar ijzer en staal uit India. In de 3e eeuw CE vermeldde de Griekse alchemist Zosimos dat de Indianen staal maakten voor zwaarden van hoge kwaliteit door het staal te 'smelten'.

IJzer productieproces

Er zijn drie hoofdtypen van premoderne ijzerproductie: bloei, hoogoven en smeltkroes. Bloomery, voor het eerst bekend in Europa ongeveer 900 BCE, omvat het verhitten van ijzererts met houtskool en het vervolgens reduceren tot een vast product, een zogenaamde 'bloei' van ijzer en slakken. Bloomery ijzer heeft een laag koolstofgehalte (0,04 gewichtsprocent) en produceert smeedijzer. Hoogoventechnologie, uitgevonden in China in de 11e eeuw CE, combineert hogere temperaturen en een groter reductieproces, wat resulteert in gietijzer, dat een koolstofgehalte van 2-4 procent heeft, maar te broos is voor messen.

Met kroesijzer plaatsen smeden stukjes bloeiijzer samen met koolstofrijk materiaal in kroezen. De kroezen worden vervolgens verzegeld en gedurende een periode van dagen verwarmd tot temperaturen tussen 1300-1400 graden Celsius. Daarbij neemt het ijzer de koolstof op en wordt er vloeibaar door, waardoor de slak volledig wordt afgescheiden. De geproduceerde wootz-koeken werden vervolgens uiterst langzaam afgekoeld. Die taarten werden vervolgens geëxporteerd naar wapenfabrikanten in het Midden-Oosten die zorgvuldig de angstaanjagende stalen bladen van Damascus smeedden, in een proces dat de patronen van waterige zijde of damast creëerde.

Smeltkroesstaal, uitgevonden in het Indiase subcontinent ten minste al in 400 v.Chr., bevat een gemiddeld koolstofgehalte, 1-2 procent, en vergeleken met de andere producten is het een ultrahoog koolstofstaal met een hoge ductiliteit voor smeden en een hoge slagvastheid en verminderde broosheid geschikt voor het maken van messen.

Age of Wootz Steel

Het maken van ijzer maakte al in 1100 vGT deel uit van de Indiase cultuur, op locaties zoals Hal . Het vroegste bewijs voor de verwerking van ijzer van het wootz-type omvat de fragmenten van smeltkroezen en metaaldeeltjes die zijn geïdentificeerd op de 5e eeuw v.Chr. Thuis en Mel-siruvalur, beide in Tamil Nadu. Moleculair onderzoek van een ijzeren cake en gereedschappen uit Junnar in de provincie Deccan en daterend uit de Satavahana-dynastie (350 BCE-136 CE) is een duidelijk bewijs dat smeltkroestechnologie in deze periode wijdverbreid was in India.

De artefacten van smeltkroesstaal die in Junnar werden gevonden, waren geen zwaarden of bladen, maar eerder priemen en beitels, gereedschappen voor dagelijkse werkdoeleinden zoals rotstekeningen en het maken van kralen. Dergelijke gereedschappen moeten sterk zijn zonder broos te worden. Het smeltkroesstaalproces bevordert die eigenschappen door structurele homogeniteit op lange termijn en insluitingsvrije omstandigheden te bereiken.

Er zijn aanwijzingen dat het wootz-proces nog ouder is. Zestienhonderd kilometer ten noorden van Junnar, bij Taxila in het huidige Pakistan, vond archeoloog John Marshall drie zwaardbladen met 1,2-1,7 procent koolstofstaal, gedateerd ergens tussen de 5e eeuw v.Chr. en de 1e eeuw na Christus. Een ijzeren ring uit een context bij Kadebakele in Karnataka gedateerd tussen 800-440 BCE heeft een samenstelling van bijna 0,8 procent koolstof en het kan heel goed smeltkroesstaal zijn.

bronnen

• Dube, R.K.' Wootz: foutieve transcriptie van Sanskriet Utsa gebruikt voor Indian Crucible Steel. ' KOM OP 66,11 (2014): 2390-96. Afdrukken.
• Durand-Charre, M., F. Roussel-Dherbey en S. Coindeau. ' Ontcijferd Damascus Staal. ' Metallurgie beoordeling 107,04 (2010): 131-143. Afdrukken.
• Grazzi, F., et al. ' Bepaling van de fabricagemethoden van Indiase zwaarden door middel van neutronendiffractie .' Microchemisch tijdschrift 125 (2016): 273-78. Afdrukken.
• Kumar, Vinod, R. Balasubramaniam en P. Kumar. , Microstructuur-evolutie in vervormd ultrahoog koolstoflaag gelegeerd (Wootz) staal .' Materiaalwetenschapsforum 702-703.802-805 (2012). Afdrukken.
• Park, Jang-Sik en Vasant Shinde. ' Technologie, chronologie en de rol van Crucible Steel zoals afgeleid uit ijzeren voorwerpen van de oude site in Junnar, India. ' Journal of Archeologische Wetenschap 40.11 (2013): 3991-98. Afdrukken.
• Reibold, M., et al. ' Structuur van verschillende historische bladen op nanoschaal .' Kristalonderzoek en -technologie 44.10 (2009): 1139-1146. Afdrukken.
• Sukhanov, DA, et al. ' Morfologie van overtollige carbiden Damascus staal. ' Journal of Materials Science Research 5.3 (2016). Afdrukken.