Testo nascosto - clicca qui
La lavorazione del ferro è stata introdotto in Grecia alla fine del secolo 11 ° sec. a.C. I primi segni dell'età del ferro in Europa centrale sono artefatti della cultura di Hallstatt C (8 ° secolo a.C.). In tutto il settimo ed il sesto secolo a.C., i manufatti in ferro rimasto articoli di lusso riservato a una élite. Questo cambia drasticamente poco dopo il 500 a.C. con l'ascesa della cultura di La Tène, da cui la metallurgia del ferro il tempo diventa comune anche in Nord Europa e Gran Bretagna. La diffusione della lavorazione del ferro in Europa centrale e occidentale è associato con l'espansione celtica. Con il 1 ° secolo a.C., l'acciaio del Norico era famoso per la sua qualità e ricercato dai militari romani.
In Europa la principale tecnica utilizzata fino al X° secolo fu quella del creare strati alternati di ferro dolce e ghisa, fatti rammollire e poi martellati insieme per saldarli.
È un processo la cui riuscita dipende moltissimo dalla capacità e dall'esperienza del fabbro: è molto difficile ottenere due volte lo stesso risultato con questo metodo in quanto la lunghezza della lavorazione alla forgia, la sua complessità, così come il calore a cui viene riscaldato il pezzo in lavorazione, influenzano il tenore in carbonio dell'acciaio e le caratteristiche meccaniche del pezzo finito.
Il processo è noto in Europa fin dalla tarda epoca dei Celti (dopo che l'uso dei perfezionati bassoforni greci si era diffuso nell'Europa Occidentale), dei quali sono rimaste alcune spade che mostrano una stratificazione di questo genere (per quanto limitata a poche decine di strati). Alla fine dell'età romana era sicuramente noto ai barbari di stirpe germanica, ed è stato per secoli l'unico modo noto in occidente, per ottenere metallo buona qualità.
Per secoli l'unico modo di ottenere del buon acciaio in Europa fu quindi quello di usare "ferro di palude" (limonite), siderite di origine alpina o ematite dell'Isola d'Elba. Era un processo molto lento ed estremamente costoso: per un chilogrammo di lega erano necessari circa 100 kg di combustibile. Per questo non era conveniente creare pezzi più grandi di una lama di spada. In genere si questo acciaio per creare piccoli manufatti, come punte di freccia, bisturi, coltelli ed altri oggetti di piccole dimensioni.
Per questo motivo durante il basso Medioevo in Europa, all'incirca a partire dal IX secolo, con l'aumentata disponibilità di acciaio mediorientale, che riduceva i tempi di lavorazione, questa tecnica fu progressivamente abbandonata.
L'Acciaio al Crogiolo, prodotto con un lento riscaldamento ed il raffreddamento del ferro e carbonio puro (in genere sotto forma di carbone di legna) in un crogiolo, è stato prodotto a Merv dal nono al decimo secolo d.C. Nel 11 ° secolo, ci sono prove del produzione di acciaio in Cina dei Song utilizzando due tecniche: un metodo "'berganesque" che dà un prodotto inferiore, un acciaio disomogeneo, ed un precursore del moderno processo Bessemer che utilizzava una decarburazione parziale attraverso ripetute forgia sotto un getto freddo.
Vari metodi sono stati utilizzati per produrre acciaio al crogiolo. Secondo i testi islamici come al-Tarsusi e Abu Rayhan Biruni, tre metodi sono descritti per la produzione indiretta di acciaio. Lo storico islamico medievale Abu Rayhan Biruni (c. 973-1.050) ci fornisce il primo riferimento della produzione di acciaio di Damasco. Egli descrive solo tre metodi per la produzione di acciaio. I primi due metodi hanno una lunga storia in Asia centrale e nel subcontinente indiano. Il primo metodo e il metodo più comune è tradizionale carburazione a stato solido di ferro battuto. Si tratta di un processo di diffusione in cui è confezionato in ferro battuto in crogioli o in un focolare con carbone di legna, poi riscaldato a promuovere la diffusione del carbonio in ferro per produrre acciaio.
La carburazione è la base per il processo Wootz. Il secondo metodo è la decarburazione della ghisa, eliminando carbonio dalla ghisa. Un altro metodo indiretto usa ferro battuto e ghisa. In questo processo, il ferro battuto e la ghisa possono essere riscaldati insieme in un crogiolo per la produzione di acciaio da fusione. In merito a tale metodo di Abu Rayhan Biruni afferma: "Questo è stato il metodo utilizzato nel cuore [dell'Asia]". Si ritiene che il metodo indiano si riferisca al metodo Wootz vale a dire i processi di carburazione o Mysore Tamil. Variazioni del processo di co-fusione sono stati trovati in Persia e in Asia centrale, ma sono stati trovati anche a Hyderabad, in India, in un processo chiamato Deccani Hyderabad. Per il carbone, una varietà di materiali organici sono specificati dalle autorità islamiche contemporanee, tra cui scorze di melograno, ghiande, bucce di frutta come la buccia d'arancia, foglie, così come il bianco d'uovo e conchiglie. Schegge di legno sono menzionati in alcune delle fonti indiane, ma significativamente nessuna delle fonti menziona il carbone.
L'acciaio al Crogiolo è generalmente attribuito ai centri di produzione in India e Sri Lanka, dove è stato prodotto utilizzando il cosiddetto processo di "Wootz" e si presume che la sua comparsa in altri luoghi è dovuto al commercio a lunga distanza. Solo di recente è emerso che in avanposti in Asia centrale come Merv, in Turkmenistan ed Akhsiket in Uzbekistan erano importanti centri di produzione di acciaio al crogiolo. I reperti dell'Asia centrale sono tutti provenienti da scavi e sono datati dall'8 ° al 12 ° secolo d.C., mentre il materiale indiano/Sri Lanka è molto più recente e non datato.
Di conseguenza i metodi utilizzati finora per studiare i crogioli e le tecnologie collegate sono diverse: un approccio archeologico domina in Asia centrale, mentre i metodi etnografici sono impiegati prevalentemente in India / Sri Lanka.
L'Asia centrale ha una ricca storia di produzione crogiolo in acciaio, che inizia nel tardo primo millennio d.C. Dai siti nel moderno Uzbekistan ed in Turkmenistan, a Merv, esistono buone evidenze archeologiche per la produzione su larga scala di acciaio al crogiolo. Essi appartengono tutti a grandi linee allo stesso periodo altomedievale tra il tardo ottavo e la fine del 12 ° secolo d.C. anticipando l'ipotesi indiana di diversi secoli.
I due più importanti siti di acciaio al crogiolo nella parte orientale dell'Uzbekistan sono Akhsiket e Pap nella Valle di Ferghana, la cui posizione all'interno della Grande Via della Seta è stata storicamente ed archeologicamente provata. La prova materiale dei siti consiste di un gran numero di reperti archeologici relativi alla fabbricazione dell'acciaio da secoli dal 9° al 12° d.C., sotto forma di centinaia di migliaia di frammenti di crogioli spesso con massiccie scorie dolci. Lo scavo archeologico di Akhsiket ha individuato che il processo d'acciaio crogiolo era di carburazione del minerale di ferro. Questo processo sembra essere tipico e limitato alla Valle di Ferghana in Uzbekistan orientale, ed è perciò chiamato il processo di Ferghana. Questo processo dura in quella regione per circa quattro secoli.
Testimonianze della produzione di acciaio al crogiolo sono stati trovati in Merv, Turkmenistan, una grande città sulla Via della Seta. Lo studioso islamico, al-Kindi (801-866 dC) riferisce che nel corso del IX secolo la regione del Khorasan, l'area a cui appartengono le città di Nishapur, Merv, Herat e Balkh, è un centro di produzione di acciaio. Prove da un laboratorio metallurgico a Merv, datato al IX° secolo d.C. e gli inizi del decimo, illustrano il metodo di co-fusione della produzione di acciaio in crogioli, circa 1000 anni prima del processo Wootz e nettamente diverso. L'acciaio al crogiolo di Merv potrebbe essere visto come tecnologicamente legato a ciò che Bronson (1986, 43) chiama processo Heyderabad, una variazione del processo di Wootz, dopo lillustrazione del processo documentato da Voysey nel 1820.
Nonostante il vasto numero di rapporti che sostengono l'importanza dell'India nella produzione di grandi quantità di Wootz, alcuni siti archeologici sono stati indagati. Ci sono molti resoconti etnografici della produzione indiana di acciaio al crogiolo, tuttavia, le indagini scientifiche di acciaio al crogiolo rimane solo sono stati pubblicati da quattro regioni: tre in India e uno in Sri Lanka.
L'acciaio al crogiolo Indiano/Sri Lanka viene comunemente indicato come Wootz. E 'generalmente accettato che Wootz sia una corruzione in inglese della parola o Ukko hookoo.
A partire dal 17 ° secolo è stato fatto riferimento come "Wootz" ad un acciaio al crogiolo tradizionale fatto specialmente in alcune zone dell'India meridionale nelle province ex Golconda, Mysore e Salem. Per quanto ancora il numero di scavi e ricognizioni di superficie sia troppo limitato per collegare i ritrovamenti alla prova letteraria archeometallurgica.
I siti conosciuti di produzione di acciaio al crogiolo nel sud dell'India, vale a dire Konasamudram e Gatihosahalli, risalgono almeno al periodo tardo medievale, 16 ° secolo.
Uno dei primi siti conosciuti, che mostra alcune prove promettenti che possono essere collegate ai processi al crogiolo in Kodumanal, nei pressi di Coimbatore, nel Tamil Nadu, è datato tra il III secolo a.C. e il III secolo d.C. tramite radiocarbonio.
Con il XVII secolo il principale centro di produzione di acciaio al crogiolo sembra essere stato a Hyderabad. Il processo è stato apparentemente molto diverso da quello registrato altrove. Il Wootz da Hyderabad o il processo di Decanni per fare lame sono una co-fusione di due diversi tipi di ferro a basso contenuto di carbonio, mentre l'altro era un acciaio ad alto tenore di carbonio o ghisa. L'acciaio Wootz è stato ampiamente esportato e commercializzato in Cina e nel mondo arabo (dal quale ha raggiunto l'Europa), ed è diventato particolarmente famoso in Medio Oriente, dove divenne noto come l'acciaio di Damasco.
Recenti indagini archeologiche hanno suggerito che lo Sri Lanka abbia sviluppato tecnologie innovative per la produzione di ferro e acciaio nell'antichità. Il sistema dello Sri Lanka di acciaio al crogiolo è stato parzialmente indipendente dai sistemi indiano e mediorientale. Il loro metodo era qualcosa di simile al metodo di carburazione del ferro battuto. I primi sito confermati di acciaio al crogiolo si trovano nel range della zona settentrionale degli Altopiani Centrali dello Sri Lanka, datati dal sesto al decimo secolo d.C. Nel XII secolo la terra di Serendib (Sri Lanka) sembra essere stato il principale fornitore di acciaio al crogiolo, ma nel corso dei secoli, e dal XIX secolo, solo una piccola industria è sopravvissuta nella regione di Balangoda degli altopiani centrali del sud.
Una serie di scavi a Samanalawewa hanno rivelato una tecnologia inaspettata e sconosciuta di produzione dell'acciaio in altoforni. Questi altoforni sono stati usati per la fusione diretta di acciaio. A causa della loro posizione, sui fianchi delle colline a ovest affinché i venti monsoni occidentali creassero una turbolenza di aspirazione ed un tiraggio forzato nel forno aumentando il calore disponibile, prendono il nome di "Occidentale". In Sri Lanka acciai d'altoforno erano conosciuti e scambiati tra i secoli 9 ° e 11 ° e forse precedenti, ma a quanto pare non dopo. Questi siti sono stati datati ai secoli 7 ° ed 11 °. La coincidenza di questa datazione con il riferimento al 9 ° secolo dello storico islamico Sarandib è di grande importanza.
Il processo al crogiolo esisteva in India in epoca coeva alla tecnologia "occidentale" in Sri Lanka.
La tecnica ha raggiunto il Turkmenistan e l'Uzbekistan intorno al 900 d.C., e poi il Medio Oriente circa nel 1000 d.C.
Nei primi secoli del periodo islamico, appaiono alcuni studi scientifici sulle spade d'acciaio. I più noti di questi sono di Jabir ibn Hayyan nel secolo ottavo, al-Kindi nel nono secolo, Abu Rayhan Biruni agli inizi del secolo 11 °, al Murda Tarsusi alla fine del secolo 12 °, e Fakhr-i-Mudabbir nel 13 ° secolo. Ognuna di queste contiene molte più informazioni di acciai indiani e Damasceni di quanto non appaia in tutta la letteratura della Grecia classica e di Roma.
La tecnologia dell'acciaio è stata ulteriormente sviluppata da numerose invenzioni nell'islam medievale, durante il cosiddetto Rinascimento islamico.
Tra queste una serie di mulini ad acqua e ad energia eolica per la produzione di metalli, che mettevano in moto altoforni e fucine. Con l'11 ° secolo, ogni provincia in tutto il mondo musulmano aveva questi mulini industriali in esercizio, dalla Spagna islamica e del Nord Africa a ovest verso il Medio Oriente e in Asia centrale a est. Ci sono anche i riferimenti del 10 ° secolo alla ghisa, così come testimonianze archeologiche di altoforni usati dagli imperi ayyubide e mamelucco dall' 11 ° secolo, suggerendo così una diffusione della tecnologia dei metalli cinese per il mondo islamico.
La prima fucina ad essere azionato da un mulino ad acqua piuttosto che dal lavoro manuale è stata inventata nel 12 ° secolo, nella Spagna islamica.
Uno degli acciai più famoso prodotto nel Vicino Oriente medievale era l'acciaio Damasco utilizzato per le spade, in gran parte prodotte a Damasco, in Siria, nel periodo 900-1750.
La qualità di queste armi era tanto alta che si diceva che una spada fatta di acciaio Damasco potesse tagliare la roccia, e venire arrotolata attorno a un uomo per poi tornare dritta come prima, e non perdesse mai il filo.
Esperimenti metallurgici sulla base di studi microscopici di lame in acciaio Damasco ben conservate, hanno permesso di riprodurre un simile acciaio tramite ricostruzioni possibili del processo storico.
Quando si crea una lega di acciaio, le impurità sono aggiunte per controllare le proprietà della lega risultante. In generale, in particolare durante l'era dell'acciaio di Damasco, si potrebbe andare da una lega dura ma fragile con l'aggiunta di carbonio fino al 2%, o con un più elevato livello di tenacità ma ancora duttile e malleabile con circa il 0,5% di carbonio.
I fabbri di India e Sri Lanka hanno sviluppato una tecnica nota come acciaio Wootz che ha prodotto un acciaio ad alto tenore di carbonio, con una purezza insolitamente elevata per l'acciaio dell'epoca. Il vetro veniva aggiunto ad una miscela di ferro e di carbone di legna poi riscaldata. Il vetro agirebbe come un fluido cui si legano le impurità nella miscela, consentendo loro di raggiungere la superficie e lasciare un acciaio più puro una volta raffreddato. Tali leghe contenevano tracce di tungsteno e/o di vanadio non riscontrabili in altre.
La tradizione orale in India sostiene che un piccolo pezzo di ematite bianca o nera (o di Wootz vecchio) doveva essere incluso in ogni fusione, ed un minimo di questi elementi devono essere presenti nella lega d'acciaio per la corretta microdisposizione dei carburi.
Questo processo è stato ulteriormente perfezionato in Medio Oriente con acciai di produzione locale. Il processo esatto non è noto, ma consentiva ai carburi di precipitare come micro particelle disposte in strati o gruppi all'interno del corpo di una lama. I carburi sono più duri dell'acciaio circostante a basso tenore di carbonio, e consentono al fabbro di fare un bordo tagliente con il precipitato di carburi, mentre le fasce di acciaio morbido all'interno avrebbero permesso alla spada nel suo insieme di mantenere una certa flessibilità. L'acciaio di Damasco è famoso anche per la sua resistenza e la capacità di mantenere il filo.
Un team di ricercatori presso l'Università Tecnica di Dresda ha utilizzato raggi X e microscopi elettronici per esaminare l'acciaio Damasco, ed ha scoperto la presenza di nanofili di cementite e nanotubi di carbonio. Peter Paufler, un membro del team di Dresda, spiega che queste nanostrutture e le sue caratteristiche distintive sono il risultato del processo di forgiatura.
Riederer, Josef; Wartke, Ralf-B.: "Iron", Cancik, Hubert; Schneider, Helmuth (eds.): Brill's New Pauly, Brill 2009
Craddock, Paul T. (2008): "Mining and Metallurgy", in: Oleson, John Peter (ed.): The Oxford Handbook of Engineering and Technology in the Classical World, Oxford University Press
Adam Robert Lucas (2005), "Industrial Milling in the Ancient and Medieval Worlds: A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval Europe", Technology and Culture 46
R. L. Miller (October 1988). "Ahmad Y. Al-Hassan and Donald R. Hill, Islamic technology: an illustrated history". Medical History 32
Donald Routledge Hill, "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific American, May 1991
Kochmann, W.; Reibold M., Goldberg R., Hauffe W., Levin A. A., Meyer D. C., Stephan T., Müller H., Belger A., Paufler P. (2004). "Nanowires in ancient Damascus steel". Journal of Alloys and Compounds 372
Levin, A. A.; Meyer D. C., Reibold M., Kochmann W., Pätzke N., Paufler P. (2005). "Microstructure of a genuine Damascus sabre". Crystal Research and Technology 40
Reibold, M.; Levin A. A., Kochmann W., Pätzke N., Meyer D. C.:"Materials:Carbon nanotubes in an ancient Damascus sabre".
Sanderson, Katharine (2006-11-15). "Sharpest cut from nanotube sword: Carbon nanotech may have given swords of Damascus their edge". Nature (journal). Retrieved 2006-11-17.
John D. Verhoeven. 2001. The Mystery of Damascus Blades. Scientific American
Reibold, M.; Paufler, P; Levin, AA; Kochmann, W; Pätzke, N; Meyer, DC (November 16, 2006). "Materials:Carbon nanotubes in an ancient Damascus sabre". Nature 444
Ann Feuerbach, "An investigation of the varied technology found in swords, sabres and blades from the Russian Northern Caucasus" IAMS 25 for 2005, 27-43 at 29, from the writings of Zosimos of Panopolis.
Robert Hartwell (1966). "Markets, Technology and the Structure of Enterprise in the Development of the Eleventh Century Chinese Iron and Steel Industry". Journal of Economic History 26
Bronson, B., 1986. The Making and Selling of Wootz, a Crucible Steel of India. Archeomaterials 1.1, 13-51.
Craddock, P.T., 1995. Early Metal Mining and Production. Cambridge: Edinburgh university press.
Craddock, P.T, 2003. Cast Iron, Fined Iron, Crucible Steel: Liquid Iron in the Ancient World. In: P.T., Craddock, and J., Lang. (eds) Mining and Metal Production through the ages. London: The British Museum Press,231-257.
Feuerbach, A.M., 2002. Crucible Steel in Central Asia: Production, Use, and Origins: a dissertation presented to the University of London.
Feuerbach, A., Griffiths, D. R. and Merkel, J.F., 1997. Production of crucible steel by co-fusion: Archaeometallurgical evidence from the ninth- early tenth century at the site of Merv, Turkmenistan. In: J.R., Druzik, J.F., Merkel, J., Stewart and P.B., Vandiver (eds) Materials issues in art and archaeology V: symposium held December 3–5, 1996, Boston, Massachusetts, U.S.A. Pittsburgh, Pa: Materials Research Society.
Feuerbach, A., Griffiths, D., and Merkel, J.F., 1995. Analytical Investigation of Crucible Steel Production at Merv, Turkmenistan. IAMS 19.
Feuerbach, A.M., Griffiths, D.R. and Merkel, J.F., 1998. An examination of crucible steel in the manufacture of Damascus steel, including evidence from Merv, Turkmenistan. Metallurgica Antiqua 8.
Feuerbach, A.M., Griffiths, D.R., and Merkel, J.F., 2003. Early Islamic Crucible Steel Production at Merv, Turkmenistan, In: P.T., Craddock, J., Lang (eds). Mining and Metal Production through the ages. London: The British Museum Press.
Freestone, I.C. and Tite, M. S. (eds) 1986. Refractories in the Ancient and Preindustrial World, In: W.D., Kingery (ed.) and E., Lense (associated editor) High technology ceramics : past, present, and future ; the nature of innovation and change in ceramic technology. Westerville, OH: American Ceramic Society.
Juleff, G., 1998. Early Iron and Steel in Sri Lanka: a study of the Samanalawewa area. Mainz am Rhein: von Zabern.
Moshtagh Khorasani, M., 2006. Arms and Armor from Iran, the Bronze Age to the End of the Qajar Period. Tübingen: Legat.
Needham, J. 1958. The development of iron and steel technology in China: second biennial Dickinson Memorial Lecture to the Newcomen Society, 1900-1995. Newcomen Society.
Papakhristu, O. and Rehren, TH. (eds) 2000. Cutting Edge Technology- the Fraghana Process of medieval crucible steel smelting. Metalla 7.2
Papakhristu, O.A., and Rehren, TH., 2002. Techniques and Technology of Ceramic Vessel Manufacture Crucibles for Wootz Smelting in Centural Asia. In: V., Kilikoglou, A., Hein, and Y., Maniatis (eds) Modern Trends in Scientific Studies on Ancient Ceramics, papers presented at the 5th European Meeting on Ancient Ceramics, Athens 1999/ Oxford : Archaeopress.
Papachristu, O., Rehran, TH., 2003. Similar like White and Black: a Comparison of Steel-making Crucibles from Central Asia and the Indian subcontinent. In: Th., Stöllner et al. (eds) Man and mining : Mensch und Bergbau : studies in honour of Gerd Weisgerber on occasion of his 65thbirthday. Bochum : Deutsches Bergbau-Museum.
Ranganathan, S. and Srinivasan, Sh., 2004. India`s Legendary Wootz steel, and advanced material of the ancient world. Bangalore: National Institute of Advanced Studies: Indian Institute of Science.
Srinivasan, Sh., 1994. woots crucible steel: a newly discovered production site in south India. Institute of Archaeology, University College London, 5.
Srinivasan, Sh., and Griffiths, D., 1997. Crucible Steel in South India-Preliminary Investigations on Crucibles from some newly identified sites. In: J.R., Druzik, J.F., Merkel, J., Stewart and P.B., Vandiver (eds) Materials issues in art and archaeology V: symposium held December 3–5, 1996, Boston, Massachusetts, U.S.A. Pittsburgh, Pa: Materials Research Society.
Srinivasan, S. and Griffiths, D. South Indian wootz: evidence for high-carbon steel from crucibles from a newly identified site and preliminary comparisons with related finds. Material Issues in Art and Archaeology-V, Materials Research Society Symposium Proceedings Series Vol. 462.
Srinivasan, S. & Ranganathan, S. Wootz Steel: An Advanced Material of the Ancient World. Bangalore: Indian Institute of Science.
Wayman Michael L. The Ferrous Metallurgy of Early Clocks and Watches. The British Museum 2000