古代的大马士革刀是如何进行淬火和研磨的?

匠人工坊大马士革钢


古代大马士革刀锻打花纹的形成机制一直都是谜一般的存在,是历史上持续数个世纪的热门研究课题。

关于大马士革刀的可靠记述最早可追溯到公元540年左右,但它的使用据信在公元前323年亚历山大大帝时期就开始,欧洲人在大马士革第一次遇见阿拉伯人所使用的弯刀,该刀是由古印度地区通过坩埚熔炼所得到的超高碳钢锻打而成,这一地区超高碳钢铸锭在历史上被称为“乌兹钢”。它通过贸易形式流通到中东地区,普遍认为大马士革刀锻打技术最好的铁匠在波斯。这种独特的刀类随着伊斯兰民族的迁徙在其居住地均有发现。

大马士革刀的显著特征是刀的表面有着纷繁的水纹状团,早刀面处水纹状图案有时呈玫瑰状,期间贯穿表面的条纹,称为穆罕穆德梯,这些图案通常被称之为大马士革花纹,该刀具有出色的强韧性,在战斗中几乎从不断裂;刀锋锐利无比,可在空中将丝绸一分为二毫不费力,长久以来被认为是冷兵器时代的兵器之王。

很长时间以来,中亚、欧洲的人们普遍相信该刀的出色性能与其表面的大马士革花纹相关,因此欧洲铁匠门曾努力地尝试打造出具有大马士革花纹的刀,但都没有获得成功。这激励着许多欧洲人研究这一神秘领域,其中最出名的就是电磁学之父法拉第,他在1819年详细研究了大马士革刀,并将其出色性能归因于该钢含有少量硅和铝,尽管这位著名的科学家这一结论是错误地,但鼓舞了更多的科学家对大马士革刀进行研究。


乌兹钢的冶炼工艺分析

历史上比较出名的刀具并不仅有大马士革刀,如日本的倭刀和东南亚Kris刀,其表面也具有精美的图案,然而它们与大马士革刀相比,最大的区别是它们的制造工艺,这些都是用熟铁带加热后折叠锻打至焊合的方法制造,因此被考古学家称之为焊接大马士革刀;而波斯锻打的大马士革刀是由干过熔炼的超高碳钢凝固形成的钢锭上锻打而来。

古代文献描述这种钢锭为蛋糕状,直径3-4英寸(76-102mm),高约四分之三英寸(19mm),波斯铁匠在此钢锭上直接锻打成型,只有这种经熔化、凝固形成的高碳坩埚钢锭上锻打出来的、具有水纹状图案的刀具,才能称之为真正的大马士革刀。

乌兹钢通常是在一个小的黏土坩埚中熔炼的,其熔化得到的铸锭在450g左右,坩埚在直径大概50mm,高200mm,壁厚6mm。在坩埚中放入块铁、木片和新鲜输液并用黏土封紧,这些封土一些中间有孔,一些中间没孔,然后将坩埚按一定方式放入鼓风炉中,上面覆盖木炭,通过2个或4个鼓风扣鼓入空气助燃,记载的鼓风助燃时间差别较大,短至2.5个小时,长至24小时都有,在大多数情况下,需要先确定坩埚中已经完全融化为液体铁后,然后再坩埚中缓慢冷却。

乌兹钢冶炼的一个关键就是坩埚必须密封,此时坩埚内气体成分独立于大气,才能保证在更高熔炼温度下炉气气氛有足够的co分压。

查了乌兹钢冶炼所用的坩埚,声称在其中发现了方石英,而这需要将坩埚加热到1470摄氏度以上才能出现这一相。而同时期的中国古代冶铁技术大概可以生产出液态生铁,如据检测辽代冶铁遗址出土的耐火材料的软化温度可达1350摄氏度以上,但几乎没有考古出土过坩埚钢。因此,这似乎说明在当时古印度人所掌握的热工技术居于世界领先水平。

而至于大马士革花纹的形成,至今还是个谜。

大马士革表面的花纹图案,是由铸锭形成的渗碳体颗粒在热锻打时破碎、固溶、再析出并与锻打时材料流变相结合导致的。如果不能将一定体积的1.6%C的钢熔化,就不会重复出大马士革花纹。


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青年折缘


用乌兹钢产地铸造工艺,反复折叠锻炼打造


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