«Я его слепила из того, что было»: чем укрепляли сталь в древности

Люди использовали легирующие элементы задолго до того, как узнали об их существовании (от латинского ligare, что означает «объединять», то есть примеси, улучшающие свойства основного материала). Еще до начала железного века люди использовали метеоритное железо, содержащее до 8,5% никеля. Например, Римская империя использовала металлы, добываемые в определенных регионах, для изготовления определенных видов оружия. Возможно, это связано с наличием в рудах определенных легирующих элементов, характерных для каждого региона.

Более или менее значимое использование легирующих элементов началось в средние века. Между тем, в Европе, пожалуй, единственным достоверным примером широкого и целенаправленного использования естественным образом легированного железа древними мастерами были ножи из фосфористого железа.

Сырьем для древнеевропейской металлургии служили болотные и луговые руды. Они часто содержат фосфор, который в процессе плавки превращается в железо. Богатство археологических данных свидетельствует о том, что мастера Восточной Европы долгое время избегали использования руд с высоким содержанием фосфора, так как получаемое из них железо было трудно поддаваться ковке. В Западной и Северной Европе имеются упоминания о изделиях из фосфористого железа еще с позднеримских времен. Затем кузнецы начали практиковать искусство сварки стали, чему способствовало повышенное содержание фосфора. Кроме того, фосфористое железо менее подвержено выветриванию.

Фосфат железа стал особенно распространенным в эпоху викингов (восьмой-одиннадцатый века), когда в производстве ножей появились такие методы, как «тройная упаковка». Метод предполагает сварку трех полос металла: двух кусков железа и одного куска стали между ними, причем последний доходит до режущей кромки. Отличительной особенностью версии Nordic является использование фосфористого железа для боковых полос и высокоуглеродистой стали для центральной полосы. В редких случаях она может достигать пяти полос.

способ формирования трехслойной заготовки: а — трехслойная заготовка (по А. Эспеланду, б — технический чертеж

японские оружейники также воспользовались свойствами природных сплавных руд. Проведённый в 20 веке. Химический анализ стали, из которой изготавливали оружие с 11 по 13 века, выявил наличие молибдена. Оружейное железо производится в традиционной японской сыродувной печи «татаре», где изготавливают крицу. Железистый песок россыпей, из которого японские мастера получали красное железо, может содержать легирующие элементы.

Ближневосточные металлурги владели искусством работы с легирующими элементами, овладев искусством производства жидкой стали в тиглях, нагретых до температуры плавления металла в специальных печах. В результате этого метода получается достаточно однородная сталь с минимальными шлаковыми включениями и вредными примесями. Развитие этого метода также позволило мастерам контролировать структуру стального слитка, получая таким образом булат и булат.

Текстура дамасской стали

Использование тиглей для производства литой стали дает широкие возможности для экспериментов с различными видами добавок. В 2021 году международная исследовательская группа впервые достоверно подтвердила, что хром намеренно добавляют в тигельную сталь для улучшения ее свойств при производстве Боспрада/Флоада (того, что мы называем булатной сталью.

Анализ археологических находок XI века. Исследователи из иранской деревни Чахак продемонстрировали преднамеренное и регулярное добавление хромосодержащего минерала в шихту для выплавки тигельной стали, в результате чего содержание хрома составило примерно 1.

Верхняя и нижняя части тигля, найденного в селе Чахак (слева), и реконструкция способа его изготовления (справа)

Эти исследования также показали, что загадочным ингредиентом «русахтадж», упомянутым персидским ученым Абу-Райханом Бируни (20-11 века) в его рецепте изготовления тигельной стали, был минеральный хромит. Исследование также показало, что сталь содержала значительное количество фосфора (1-2%), что эксперты связали с исключительной хрупкостью, позже упомянутой в источниках стали Чахарка. Многие образцы древнего Дамаска характеризуются высоким содержанием фосфора и меди. Некоторые исследователи отмечают, что оружейники под Дамаском использовали местное вольфрамсодержащее сырье.

В следующей статье мы расскажем, как люди научились легировать сталь не случайно, а согласно науке.

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: «Я его слепила из того, что было»: чем укрепляли сталь в древности.