“大马士革钢”一词可以指两种不同的含铁(含铁)材料,其特点是通过控制铁和钢的混合以及物理操作产生的水波纹图案。西欧人在3 - 4世纪左右首次从位于当今叙利亚的大马士革这一历史贸易中心了解到这种材料。尽管有证据表明这种材料在大马士革本身也有生产,但其技术和物理起源来自印度和中东。大马士革钢不应与damascene混淆,后者是一种将金箔镶嵌到钢表面以用于装饰的工艺。
大马士革钢,古称镔铁[1],是一种高碳钢;3世纪到17世纪间,中东大马士革地区自印度、斯里兰卡进口乌兹钢再配合铸造技术打造出有利于铸造刀剑的钢材。
「木纹」,坩埚钢所制的剑刃花纹,此为伊朗桑德王朝或早卡扎尔王朝之物。(Moshtagh Khorasani 2006, 516)
大马士革钢(现代复制品)
从冶炼到锻造对温度的要求都很苛刻,冶炼时温度不得高于一千度,锻造时必须低温(即「冷锻」);其制成的刀剑刀身会有一种类似于木纹特殊的纹路,被称为穆罕默德纹。
历史
Hobson、Sinopli和Juleff等历史学家宣称,来自印度和斯里兰卡以及稍晚流传至波斯的乌兹钢铸锭就是用来铸造传统的大马士革钢。从3世纪到17世纪,印度运载钢铸锭到中东便是为了制造大马士革钢。17世纪时,荷兰人曾在印度洋上劫掠阿拉伯商船取得这种钢材,但无法利用这种钢材铸造出同样质量的刀剑,显示出这种刀剑还需要特殊的铸造技术才能打造出来,两者缺一不可。
在欧洲研究显示,公元前三世纪由塞尔特人和日耳曼民族拥有多重的纹路烧焊技术制造出所谓「穆罕默德纹」的高强度剑。
技术的失传
这种铸剑技术渐渐地衰微,最后在大约1750年后,工匠们便再也无法传承这项技术了。许多现代理论对这种衰微进行了大胆的解释,包括:提供金属必需品的贸易路线的毁坏、金属中少量他种元素的缺乏、由于藏私或缺乏传承造成铸剑工艺的知识流失,或是以上数点的综合发生。
据信来自印度的乌兹钢是用来生产大马士革钢的生铁材料,由于取得这种材料的贸易路线太长,而过长的贸易路线稍有毁坏,便可能破坏大马士革钢的制造,甚至最终导向技术的失传。同样的,如果来自不同生产地的金属原料,或是熔化后的矿石缺乏制造中所需的关键元素如钨或钒,也可能使得制造失败。用以控制温度的循环使熔炉保持在一定的特定温度的技术也可能失传,因此阻碍了产生出「穆罕默德纹」的出现。
在大马士革钢中发现的奈米碳管结构的证据支持了这项假设:大马士革钢里奈米碳管的沉淀可能起因于特别的制造过程,且由于制造技术和金属原料产生太多改变,使得难以再次复制大马士革钢。过去制造的大马士革剑亦有可能是在经过一连串的测试中选出小部分质量较佳的成品用于贸易。
铸造成型的大马士革钢,被称为乌兹钢wootz,在东方很受欢迎。它通过在还原气氛(缺氧)中熔化铁和钢的碎片以及木炭来生产。在这一过程中,金属从木炭中吸收碳,而产生的合金以非常缓慢的速度冷却。这产生了一种具有不同碳化物含量的可见晶体结构的材料。将这种材料锻造为所需形状(例如剑刃)会改变晶体结构,形成大马士革钢所闻名的波浪形或水波纹图案。这种技术极其劳动密集型,需要高度的技能来在整个过程中保持必要的温度恒定。所产生的材料体积足以供大规模生产厂使用,但对于较小的个体生产件来说则不切实际。
制造的大马士革钢,被称为图案焊接钢,在西方更为流行,与wootz相比,它以较少的劳动量和较低的产量生产了基本相同的产品。将两个或多个铁和钢的线性元素层叠在一起并锻造焊接在一起,就可以生产出图案焊接钢。锻造焊接需要将两块金属叠放在一起,并在高温下将它们锤击在一起。当金属的表面处于接近熔融状态而金属核心仍然坚固时,通过在高温下将表面强制结合在一起(在有通气孔的情况下,以防止氧气进入),结果是形成了焊接接头,实际上将两种金属合而为一。将复合材料的长度拉长并将其锻造焊接回自身,可以产生多层结构,这些层可以被操纵以产生与乌兹钢wootz相同的水波纹图案。
除了它们美观的外观外,乌兹钢wootz和图案焊接钢生产的金属比传统的熟铁更硬、更灵活。这些特性对于制造长刃武器(如剑)至关重要。尽管wootz钢的使用主要与印度和中东有关,但挪威铁匠早在公元6世纪就熟练地生产图案焊接刀片,比日本镰仓时代(约1185 - 1333)期间开发的著名图案焊接刀片早了几个世纪。然而,尽管其以耐用性和质量闻名,但与19世纪贝塞默工艺生产的现代高碳钢相比,大马士革钢是一种相对不均匀(混合不均匀)的材料。在当时,它是一种了不起的材料,生产成本高昂且昂贵,使铁匠能够生产出高质量的长刃武器。