失传钢铁的攻略

尖端
英国埃克塞特大学（University of Exeter）的考古冶金学家吉尔·朱利夫（Gill Juleff）解释道，乌兹钢是伊斯兰世界进口的一种商品材料，用于制造武器。它的性质推动了中世纪贸易的斯里兰卡和印度的特兰加纳地区（Telangana region），这两个地方都是朱利夫研究钢铁生产的地方。她手里拿着一个用来制作珍贵钢材的坩埚。它由粘土和稻壳等材料制成，看起来像一个高高的、模制粗糙的烧杯，但在它被切成两半的地方，它整齐的圆柱形内部是显而易见的。Juleff解释道，它原本应该有一个像胡椒壶一样的盖子。
从20世纪初开始，这是斯里兰卡最后使用的坩埚之一。然而，对于未经训练的眼睛来说，很难将它与朱利夫从7世纪开始的下一个区分开来。她补充道，有微弱的证据表明，坩埚钢的生产最早可以追溯到公元前一千年土库曼斯坦、乌兹别克斯坦甚至伊朗也制造了这种产品。如果你去它的制造地，你会发现成千上万的破碎的坩埚
这些非常耐用的小坩埚与同时使用的大规模铁生产工艺形成了鲜明对比。铁包在坩埚中，并被大量熔化的木炭加热，其中包含了从木炭和树叶中炼钢所需的碳，历史描述表明，这些碳是添加的。“炉渣”杂质可能会从熔化的混合物中浮出，这是其他钢铁生产工艺难以实现的。
朱利夫说，这种精炼过程需要铁，并生产小钢锭从技术上讲，它不容易被纳入正常的铁制曲目。它接近炼金术——这可能是传说中的一种方式。她补充道：“并非所有用这种方式生产的坩埚钢都会有诱人的水表面图案，这使得它的制作成为最神秘的过程。”。

帝国镇压
今天，路边铁匠仍在特兰加纳工作，特兰加纳是负责创造传奇金属制品的工匠的后代。2010年，朱利夫与同事们对该地区进行了调查，其中“Jai”Jaikishan是印度海得拉巴BNS学院的历史学家。他解释说，特兰加纳在16-18世纪生产了大量坩埚钢这个地区的Wootz生产者被称为Kammari。他们的技术专长在制造战争装备方面很受欢迎，但目前村里的铁匠们并没有处理乌兹钢。
Jaikishan将乌兹知识的损失归咎于英国东印度公司对1857年开始的印度起义（Indian Rebellion）或第一次独立战争（First War of Independence）的反应。他说：“他们决定在1858年停止生产乌兹钢。”。与此同时，1862年实施的森林法也阻止了印度社区开采附近的树木，减少了木炭的供应Jaikishan说，这打破了这个国家的钢铁和乌兹工业。
到那时，欧洲化学家已经确定铁对碳的吸收在钢铁生产中至关重要，并确定碳本身是一种元素，从而导致大规模钢铁生产。今天我们知道，如果钢的温度保持在900°C以下，它会以一种称为铁氧体的晶体结构存在，最多含0.022%的碳。超过这个温度，它会转变为奥氏体晶体形式，可以容纳高达2.14%的碳。当它冷却时，多余的碳分离成复合渗碳体，Fe3C，或者单独分离，或者作为层状铁素体/渗碳体混合物，称为珠光体。
1924年，瑞士科学家B Zschoke将wootz大马士革钢鉴定为含有约1.5%碳的珠光体混合物。他拍摄了几片刀片的显微成分，显示了形成水样图案的球形白色渗碳体颗粒带。曾在德国德累斯顿技术大学工作的退休结构物理学家彼得·帕弗勒（Peter Paufler）指出，这些也有助于大马士革剑传奇般的锋利和坚韧。渗碳体本身是硬的，这是形成锋利边缘的理想材料，但很脆。然而，薄渗碳体板避免了脆性问题Paufler解释道：“在柔软的基体中，由坚固材料制成的平行纤维可以显著提高后者的强度。”。
从2003年开始，Paufler的团队用现代光学和电子显微镜研究了各种刀片，包括Zschoke检查过的刀片。他们证实了这种吸引人的外观来自直径至少几十微米的渗碳体颗粒，还发现了线性纳米级富碳相，这有可能提高刀片的锋利度。一些纳米颗粒是渗碳体，但德国科学家得出结论认为，还存在其他更令人惊讶和更现代的结构，即碳纳米管。然而，科学家们无法获得所需的资金来证实他们关于纳米管如何形成的假设。而其他科学家，如威廉姆斯和埃奇，则怀疑它们是否真的存在于乌兹钢中。

在钢铁松树的小径上
为了制造出一个坚固、美观的刀片，锻造工人需要在锻造过程中用锤子将颗粒敲击到位。几乎所有的高碳钢都有银色铁素体中的深色珠光体材料带，前提是钢在奥氏体缓慢冷却后发生了严重变形。在浇水的大马士革钢刀上，记录表明，用弱酸（如果汁）蚀刻使图案更加突出。Paufler说，古代照片也显示了女性在变形，这表明耐力很重要他说，有报道称，对于一个刀片，需要一周的锻造/冷却/加热周期我非常钦佩古代铁匠的专长。他们必须在没有现代测量仪器的情况下控制化学成分、温度和变形速率。
法国钢铁先驱勒内·安托万·费尔肖特·德·雷奥穆尔（RenéAntoine Ferchault de Réaumur）展示了这种锻造技术的重要性。一位18世纪的化学家写道，在获得了印度钢铁的样本后，Réaumur在巴黎找不到可以锻造的人；于是他把责任推到了我们的工人身上，因为东方的居民知道如何制造这种钢。但如果这是唯一的秘密，坎马里人肯定会保留这些知识吗？
20世纪80年代初，美国爱荷华州立大学的约翰·弗霍文（John Verhoeven）开始寻找甚至连坎马里人都不知道的秘密。Verhoeven和他的同事们使用自动化轧机和铁匠锻造刀片，用钢材生产标准的铁素体/珠光体条带。两者都未能产生水样。通过其他大马士革的钢铁爱好者，弗霍文遇到了佛罗里达州的铁匠阿尔弗雷德·彭德雷，他比爱荷华州的科学家多工作了几十个周期Verhoeven回忆道：“他寄给我的东西与我们想要的东西非常接近，但无法很好的复刻。”。
十年后，彭德雷和弗霍文能够定期使用一种叫做索雷尔的铸铁制作正宗的大马士革图案。他们能够通过分析铁的成分，比之前认为的更精确的确定原因。索雷尔非常纯净，但他们发现它含有大约0.04%的钒。他们发现，低至百万分之40的钒含量会形成大马士革的图案，而中世纪的刀片——包括Zschoke研究的刀片——几乎总是含有比这更多的钒。
钒和其他杂质，如铬和钛，促进了硬质渗碳体颗粒的形成，这些颗粒在凝固时由钢的形状定位Verhoeven解释道：“如果你能透过凝固的金属合金液体的表面看到固体，它看起来就像飞机上的松林。”实心树突的枝条从主茎上垂直脱落，就像一棵树当固体形成时，生长的枝晶将钒杂质挤出周围的液体这导致钒排列，进而导致碳化物在平面上排列。
这个木本类比可能回答了让研究人员困惑的问题：为什么大马士革的乌兹刀片突然消失了？Verhoeven和Pendray认为，生产商可能已经耗尽或无法获得他们所依赖的含钒或其他类似杂质的铁矿石。

消除幻想
经验丰富的钢铁专家继续使用这些知识，尽管彭德雷表示，他一年生产的刀片不到20片他解释道：“我几乎无法收回我的费用，因为这是一项劳动密集型的工作，你需要大量的材料和燃料。”。他的大部分工作仍然是实验性的，因为他试图进一步改善外观，例如通过增加渗碳带之间的间距最好的旧材料层间厚度为60-70µm。间距越大，视觉效果越好——你可以从房间的另一边看到它。最近，我已经能够达到100µm以上。
大马士革钢铁比现代钢铁优越的美誉是错误的，但乌兹钢铁比19世纪以前的任何其他钢铁都要好。
尽管彭德雷不能保证他的刀刃与中世纪的刀刃相同，但他拥有的所有证据都是一致的，而且他也说服了其他有眼光的专家。例如，他正在与约旦国王阿卜杜拉二世的铁匠合作，制造水浸的乌兹钢“他们走进商店，”彭德雷回忆道，“我把刀摆好了，他们说，‘我们需要弄清楚你是怎么做的。’”
在Pendray和Verhoeven自己的“围巾掉落”测试中，wootz刀片显然像剪刀一样干净地切割丝绸，而现代刀片的边缘更粗糙。然而，Verhoeven轻描淡写地认为这项测试不可靠、不科学，并表示大马士革钢铁优于现代钢铁的美誉是“完全错误的”他强调说，Zschokke表明，当代德国钢刀片的脆性较小，边缘也同样坚硬但乌兹钢铁通常比19世纪以前的任何东西都要好
威廉姆斯说，尽管这些制造乌兹钢的方法是成功的，但从历史上看，可能还有许多变化有待探索。他很兴奋，因为他和Edge正在使用一种可能揭示这种变化的技术。与以前使用的方法不同，它不会造成物理损伤，这意味着它可以安全地研究甚至珍贵的历史文物。

中子鉴定
该方法包括在英国牛津郡伊西斯设施的INES衍射仪中用中子辐照刀片。仪器科学家安东内拉·谢里洛解释说，虽然x射线只能从刀片表面提供信息，但中子穿透得更深大多数中子在未受干扰的情况下通过，但相互作用的中子提供了有用的信息意大利佛罗伦萨复杂系统研究所的Francesco Grazzi补充道，获得的峰值可以识别铁素体或渗碳体等钢相。他说，相的数量会给你带来碳含量。
华莱士系列的主要应用是解决许多武器构成的难题。几个世纪以来，它们被砖屑等研磨材料抛光，留下一层看起来均匀的应变原子层。泰姬陵建筑商沙贾汗（Shah Jahan）的匕首就是这样，他的纯金、祖母绿、钻石和红宝石镶嵌的剑柄适合于浇水的钢刀埃奇说，我们不知道这是否是坩埚钢没有人会让我们切下一小块来找出答案。
威廉姆斯解释道，非破坏性中子衍射首先揭示了碳含量，从而识别出高质量的东方刀片。然后，由于不规则的渗碳体带，旋转的wootz钢物体通常会产生不同的衍射图案。如果有证据表明刀片最初是浇水的钢，它们会用氯化铁（III）等弱腐蚀剂进行处理，以恢复装饰。
然而，这些研究提出了一个更大的谜团，因为一些可能是乌兹的刀片在所有方向上都显示出相同的衍射图案威廉姆斯说：“我们认为这与锻造温度有关。”我们将在2016年做更多的实验，如果是这样的话，我们可以知道它们是在哪里制造的。
如果这些怀疑被证实，乌兹钢铁公司的非凡故事将进入另一个令人兴奋的新篇章。这些数据将为如何制作这种久负盛名的材料提供宝贵的证据，这些材料是由少数果断而精明的人运用现代技术从默默无闻的边缘夺走的。