Jakość mieczy barbarzyńskich w epoce żelaza - od okresu lateńskiego do okresu wędrówek ludów

[Sędzimir]

Dawno nie przeczytałem tylu dziwnych rzeczy

Jako że z wykształcenia jestem inżynierem technologi metali (nie zajmuję się wytopem metali, niemniej liznąłem tematu i mam pojęcie wyższe niż przeciętne) a o historii metalurgii na studiach co nieco miałem.

Żelazo rodzime występuje w przyrodzie, ale rzadko (musi być odcięte od środowiska zewnętrznego, żeby nie skorodowało) więc nie ma ono znaczenia w historii metalurgi.

W epoce żelaza, jak i do późnego średniowiecza nie wytapiano ani żelaza ani stali. Ruda żelaza to różnego rodzaju tlenki i wodorotlenki żelaza. Redukowano ją poprzez wypalanie tj. wodorotlenki rozpadają się na tlenki, a te są redukowane przez CO (tlenek węgla) albo C przy bezpośrednim styku. Węgiel lub tlenek węgla zabierały atomy tlenu ze sobą już pod postacią CO2. W wyniku tego procesu powstawało żelazo gąbczaste, taka bryła o strukturze gąbki. Zaraz po wyciągnięciu z pieca przekuwano je po to, żeby poszczególne ściany tejże gąbki zgrzały się ze sobą (takiemu połączeniu ciągle jest daleko do jednolitej materii)

Tak otrzymane żelazo miało słabe właściwości mechaniczne (taki brąz jest o niebo lepszy) było miękkie, miało niską wytrzymałość, ale było również bardzo plastyczne (na zimno - wystarczy przypomnieć sobie dary grobowe w postaci zawiniętych mieczy)

Jakby ktoś chciał jeszcze coś wiedzieć to postaram się odpowiedzieć

Istnieje ciekawy projekt z dziedziny archeologi eksperymentalnej przedstawiający nowe spojrzenie na hutnictwo żelaza na terenach Polski http://hutnia.pl/pl/

Wątek wydzieliłem, bo kwestia mieczy jest nieco inną kwestią - Furiusz

Edytowane 11 Luty 2015 przez Furiusz

[Furiusz]

Tak otrzymane żelazo miało słabe właściwości mechaniczne (taki brąz jest o niebo lepszy) było miękkie, miało niską wytrzymałość, ale było również bardzo plastyczne (na zimno - wystarczy przypomnieć sobie dary grobowe w postaci zawiniętych mieczy)

Z tymi mieczami to niestety pojechałeś. Niszczenie broni to zwyczaj pogrzebowy kultury lateńskiej, który przejęła m.in. kultura przeworska. Owe pozwijane miecze nijak nie świadczą o słabej jakości stali a jedynie o tym, że przebywały one w ogniu stosu pogrzebowego który to doprowadził do ich rozhartowania. najlepiej zresztą świadczy o tym to, że w ten sam sposób traktowane były miecze rzymskie o ile wpadły w ręce ludności kultury przeworskiej - a wszak Rzymianom technologii wytwarzania odpowiedniej jakości stali nie brakowało.

W epoce żelaza, jak i do późnego średniowiecza nie wytapiano ani żelaza ani stali.

To co wytapiano?

[Sędzimir]

Owe pozwijane miecze nijak nie świadczą o słabej jakości stali a jedynie o tym, że przebywały one w ogniu stosu pogrzebowego który to doprowadził do ich rozhartowania.

Żeby cokolwiek zahartować potrzebujesz do węgla w składzie, a tego nie było zbyt wiele w żelazie (gdyby był to byśmy mówili o stali) z tamtych czasów.

To co wytapiano?

Co najwyżej żużel, żelazo wypalano w piecu.

[Furiusz]

Żeby cokolwiek zahartować potrzebujesz do węgla w składzie, a tego nie było zbyt wiele w żelazie (gdyby był to byśmy mówili o stali) z tamtych czasów.

Dobra to konkretnie ile węgla potrzebujesz? 5% przecież to żeliwo.

Pytam poważnie - badania metaloznawcze, prowadzone głównie przez AGH wykonywane są w Polsce od lat 60tych na zabytkach archeologicznych. Mogę Ci parę przykładów podać plus wartość twardości w różnych skalach etc - tylko podaj konkretne dane wedle których zaliczyłbyś dany wyrób do stali. Głównie będą to badania wykonane przez AGH bo i pod ręką mam prace Biborskiego.

[Sędzimir]

Dobra to konkretnie ile węgla potrzebujesz? 5% przecież to żeliwo.

Pytam poważnie - badania metaloznawcze, prowadzone głównie przez AGH wykonywane są w Polsce od lat 60tych na zabytkach archeologicznych. Mogę Ci parę przykładów podać plus wartość twardości w różnych skalach etc - tylko podaj konkretne dane wedle których zaliczyłbyś dany wyrób do stali. Głownie będa to badania wykonane przez AGH bo i pod reką mam prace Biborskiego

Żeby coś uznać za stal musisz mieć prócz ferrytu jeszcze perlit. W żelazie gąbczastym go raczej nie znajdziesz. Będziesz go miał w nawęglonych fragmentach, o ile dana kultura opanowała ten proces. Wyobrażasz sobie współczesny miecz nawet przepalone które jesteś w stanie nawinąć jak nić na kłębek.

[Furiusz]

Konkretnie

- ile węgla potrzebujesz by uznać coś za stal?

- ile w skali Vicersa wynosi minimum twardości dla stali?

Żeby coś uznać za stal musisz mieć prócz ferrytu jeszcze perlit

A. Mazur, E. Nosek, Metaloznawcze badania starożytnej łupki żelaza, "Materiały starożytne" t.6 (1965), s.109-116, rozpoznają w analizowanej przez siebie łupce perlit.

[Tomasz N]

Furiuszu, Sędzimir pisząc, że żelazo gąbczaste nie było stalą i było miękkie, ma rację. Ale nie oznacza to, że wyrób końcowy nią nie był, bo jest jeszcze proces nawęglania, pozwalający ją uzyskać, o którym Sędzimir nie wspomina, sugerując, że wyroby końcowe to skute żelazo gąbczaste.

wystarczy przypomnieć sobie dary grobowe w postaci zawiniętych mieczy

Czy one nie zaliczyły wcześniej pobytu w stosie pogrzebowym ?

[Furiusz]

Furiuszu, Sędzimir pisząc, że żelazo gąbczaste nie było stalą i było miękkie, ma rację. Ale nie oznacza to, że wyrób końcowy nią nie był, bo jest jeszcze proces nawęglania, pozwalający ją uzyskać, o którym Sędzimir nie wspomina, sugerując, że wyroby końcowe to skute żelazo gąbczaste

Tomaszu N - ja to rozumiem, może jedynie brak precyzyjnej wiedzy technicznej nie pozwala mi wyrażać swoich myśli odpowiednio ściśle. Niemniej próbuje udowodnić, ze pradziejowi kowale byli w stanie wykonać odpowiedniej jakości stal.

Widzisz piszesz później o mieczach, ze były w stosie pogrzebowym, co je rozhartowało - pisałem dokładnie to samo.

Jak już jesteś mam pytanie czy zapis 55–120HV5 jaki znalazłem na angielskiej wiki dla stali nawęglonej, odpowiada wartości 141.5 kG/mm kw. twardości skali Vickersa? Jak to się ma do siebie?

[Furiusz]

Ok poczytałem i chyba wiem o co chodzi 140 w 140HV30 to wynik pomiaru taki co odpowiada 140 kG/mm kw natomiast to 30 to siła z jaką działał próbnik na badany materiał - im mniejsza siła tym mniejsze pole powierzchni odkształcenia i wynik pozostaje taki sam. Im mniejsza siła i mniejsze ziarna tym mniejsza dokładność pomiaru.

Zatem współczesna norma twardości stali wedle skali Vickersa (za angielską wikipedią) wynosi do 120 kG/mm kw.

Porównajmy to do materiałów archeologicznych z Brzeźców pod Białobrzegami:

półkosek 176 kG/mm kw

nóż 163 kG/mm kw

miecz 141.4 kG/mm kw

zapinka 96 kG/ mm kw

/za: J. Piaskowski, Z. Hensel, Metaloznawcze badania przedmiotów żelaznych z cmentarzysk ciałopalnych w Brzeźcach pod Białobrzegami, woj. Radom, "Sprawozdania Archeologiczne" t.31 (1979), s.144

Składniki struktury za każdym razem to ferryt i perlit. Wielkość ziarna od 2 (miecz) do 6(nóż i zapinka).

Zatem niemożność uzyskania odpowiedniej jakości (twardości) stali przez pradziejowych kowali jest nieprawdą.

[Sędzimir]

Tomaszu N - ja to rozumiem, może jedynie brak precyzyjnej wiedzy technicznej nie pozwala mi wyrażać swoich myśli odpowiednio ściśle. Niemniej próbuje udowodnić, ze pradziejowi kowale byli w stanie wykonać odpowiedniej jakości stal.

Widzisz piszesz później o mieczach, ze były w stosie pogrzebowym, co je rozhartowało - pisałem dokładnie to samo.

Jak już jesteś mam pytanie czy zapis 55–120HV5 jaki znalazłem na angielskiej wiki dla stali nawęglonej, odpowiada wartości 141.5 kG/mm kw. twardości skali Vickersa? Jak to się ma do siebie?

Wszystko zależy od warunków badania (zastosowanej siły i rodzaju materiału)

Twardości powierzchniowa stali po nawęglaniu oscylują wokół 700 HV

141 kg/mm kw. odpowiada jak mniemam (ze wzoru, bo takiego zapisu już się nie stosuje) 141HV

Nie ma żadnej granicznej wartości twardości dla stali. Wartość graniczną węgla można przyjąć za 0,2%. Istnieje wartość graniczna węgla dla której możemy zahartować przedmiot, ale to wszystko zależy od tego na jaką głębokość, jaką metodą i jakim materiałem dysponujemy, bo skute żelazo gąbczaste będzie gorzej przewodziło ciepło.

Trudno jest mówić o takiej klasycznej stali gdy nie mieliśmy przetopu, choć takie rozważania są zupełnie obce współczesnemu przemysłowi stalowniczemu. Warstwy nawęglone będzie można nazwać zasadniczą stalą i podda się obróbce cieplnej, ale tego samego nie powiemy już o warstwie żelaza gąbczastego nie poddanego nawęglaniu. Wyrób skuty z takich warstw będzie kompozytem stalowo-żelaznym.

[Furiusz]

141 kg/mm kw. odpowiada jak mniemam (ze wzoru, bo takiego zapisu już się nie stosuje) 141HV

Dokładnie i ja tak to zrozumiałem. Tekst ma już swoje lata - jest podana też mikrotwardośc ale już mi się nie chciało dochodzić do tego co to jest.

Wartość graniczną węgla można przyjąć za 0,2%. Istnieje wartość graniczna węgla dla której możemy zahartować przedmiot, ale to wszystko zależy od tego na jaką głębokość, jaką metodą i jakim materiałem dysponujemy, bo skute żelazo gąbczaste będzie gorzej przewodziło ciepło.

Miecz miał nawęglenie różne - zależnie od miejsca między 0.2% a 0.8% więc znów łapie się w granicach dość dobrze. Podobnież półkosek. Zapinka różnie - od śladowych ilości do 0.5% ale i jej funkcja użytkowa jest inna więc może być wykonana z gorszej jakości materiału.

Co ciekawe dla autorów te badania dowodzą, że ludność przeworska użytkowała głównie surowiec z tzw świętokrzyskiego ośrodka hutniczego ale to akurat pokłosie ówczesnego stanu badań.

Na koniec ciekawostka - Obecność fosforu we wsadzie do pieca dymarskiego, pod postacią fosforku żelaza Fe3P, prowadzi do miejscowego powstania fazy ciepłej, a tym samym sprzyja lokalnemu wysokiemu nawęgleniu łupki. za: J. Stępiński, Wpływ fosforu na mikrostrukturę starożytnych wyrobów żelaznych, Kraków 2012, s.61 - praca doktorska obroniona na AGH, zresztą dla archeologii rewolucyjna.

Oczywiście to nie to samo co współcześnie - ale sobie radzono

za ewentualne pomyłki lub brak wiedzy przepraszam - jestem prosty szpadlowy.

[Tomasz N]

@Furiusz

Miecz miał nawęglenie różne - zależnie od miejsca między 0.2% a 0.8% więc znów łapie się w granicach dość dobrze.

@Sędzimir

Wartość graniczną węgla można przyjąć za 0,2%.

Chyba że są to stale nadeutektoidalne.

Trudno jest mówić o takiej klasycznej stali gdy nie mieliśmy przetopu, choć takie rozważania są zupełnie obce współczesnemu przemysłowi stalowniczemu. Warstwy nawęglone będzie można nazwać zasadniczą stalą i podda się obróbce cieplnej, ale tego samego nie powiemy już o warstwie żelaza gąbczastego nie poddanego nawęglaniu. Wyrób skuty z takich warstw będzie kompozytem stalowo-żelaznym.

"Klasycznej" w znaczeniu po XIX-wiecznym czy historycznym ? Historycznie to stal klasyczna jako wcześniejsza jest wspomnianym przez Ciebie kompozytem. Nawet to się nazywa obecnie dziwer skuwany.

Edytowane 28 Styczeń 2015 przez Tomasz N

[Sędzimir]

Klasyczna w dzisiejszym powszechnym rozumieniu.

Jestem przekonany (nie mam na to dowodów oczywiście, bo takich badań nie przeprowadzałem, chociaż pewnie ktoś robił) że ówczesne wyroby żelazne ustępowały tym z brązu. Popularyzacja żelaza odbywała się z powodu jego ceny (dostępności). Rudy darniowe np. w Polsce ma każdy w odległości najwyżej kilku dni drogi. Chyba nawet przesadziłem z tymi 0,2% Dzisiaj dobrą stal można zrobić z mniejszą zawartością węgla, ale tu już wchodzą dodatki stopowe. Te zawartości węgla to w całej objętości czy w warstwach?

Brąz jest stopem (efekt umocnienia) chociaż nawęglane żelazo też nim jest, no i brąz jest lity, a zgrzewana i silnie zanieczyszczona struktura żelaza to jednak nie ma oszałamiających właściwości. Swoją drogą czytałem gdzieś, że dawne miecze trzeba było prostować po każdym solidniejszym uderzeniu.

[Tomasz N]

Były miecze i miecze. Jedne trzeba było prostować inne tak znakomite, że miały imiona. Mam gdzieś sagi islandzkie, a tam jest opis w Twój deseń. Facet ma kilka mieczy, na co dzień i od święta i ginie napadnięty podczas orki, bo walcząc z kilkoma przeciwnikami musi ciągle prostować swój miecz na co dzień, bo ten super odświętny (z nazwą własną) zostawił w domu.

[Furiusz]

Ad Tomasz N

Były miecze i miecze. Jedne trzeba było prostować inne tak znakomite, że miały imiona. Mam gdzieś sagi islandzkie, a tam jest opis w Twój deseń. Facet ma kilka mieczy, na co dzień i od święta i ginie napadnięty podczas orki, bo walcząc z kilkoma przeciwnikami musi ciągle prostować swój miecz na co dzień, bo ten super odświętny (z nazwą własną) zostawił w domu.

Oczywiście, że były miecze i miecze - jedno i dwusieczne, długie, krótkie, w formie saex'ów czy gladiusów, z obłym lub ostrołukowym sztychem etc.

Co do owej sagi to jest to zapewne Eyrbyggja saga, tam był bodaj ten motyw, ale mogę się mylić.

Ad Sędzimir

Swoją drogą czytałem gdzieś, że dawne miecze trzeba było prostować po każdym solidniejszym uderzeniu.

Ja zaś czytałem w sagach feniańskich o pewnej włóczni co to bohater miotał nią stopami a ta w locie rozszczepiała się i raziła siedmiu wrogów na raz po czym wracała do nogi/ręki właściciela w jednym kawałku.

To co czytałeś to najprawdopodobniej Polibiusz i jego opis bitwy pod Telamonem. ewentualnie jakiś współczesny autor który opiera się na Polibiuszu nie zastanawiając się nad sensem tego co pisze. Polibiusz najpewniej trafił na jakieś cmentarzysko celtyckie z północnej Italii, które uznał za pobojowisko, gdzie miecze rzeczywiście były poskręcane, powyginane etc co jest wynikiem tego, że przebywały w ogniu stosu pogrzebowego gdzie uległy rozhartowaniu. Po czym celowo je gięto w ramach rytuału pogrzebowego. Inna ciekawostka - wedle Polibiusza miecze rzymskie już się nie gięły.

Ad Tomasz N i Sędzimir

Zastanówcie się jaki jest sens przystępowania do bitwy z takimi mieczami? Takimi które trzeba prostować o kamienień po paru ciosach? Żaden. W bitwie to nie ma sensu w ogóle ale i Twój opis Tomaszu jest absurdalny - oto naszego pana napada inny pan/panowie (bo tam chyba o braci szło). Machają swoimi mieczami po czym pan napadnięty mówi - sorki panowie dajcie sekundkę muszę miecz naprostować? Oni co na to? A nie to spoko idź naprostuj sobie.

Jaki jest sens noszenia miecza który nie nadaje się do walki? Żaden. To przecież takie Trupięgi Leśmiana - nie nadają się do użytkowania ale trupowi można dać bo jemu i tak wszystko jedno. Po co brać miecz na pole? Bo obawiamy się, ze ktoś może nas nagle napaść. Skoro tak to bierzemy pod uwagę, że możemy walczyć a zatem po co brać coś co się do tego nie nadaje? To po prostu zabieg literacki.

Ad Sędzimir

Jestem przekonany (nie mam na to dowodów oczywiście, bo takich badań nie przeprowadzałem, chociaż pewnie ktoś robił) że ówczesne wyroby żelazne ustępowały tym z brązu.

Czyli innymi słowy jeśli rzeczywistość nie zgadza się z Twoją teorią tym gorzej dla rzeczywistości? Wybacz taka sytuacja o której piszesz mogła i miała miejsce w samym początku wprowadzania żelaza. W czasach późniejszych - okres lateński i rzymski technologia ta była już na tyle zaawansowana, że problemów z uzyskaniem odpowiedniej jakości produktu nie było. Zresztą gdyby było inaczej czemu by Rzymianie stosowali broń i uzbrojenie ochronne ze stali a nie z brązu? Stać ich było na wszystko, gdyby brąz był lepszy to wykorzystywaliby do tego brąz. Nie był i dlatego stosowali żelazo.

Te zawartości węgla to w całej objętości czy w warstwach?

Jeśli dobrze zrozumiałem to w całej objętości. Co potwierdza Twoją uwagę o problemach z równomiernym nawęgleniem. Niemniej w przypadku przedmiotów użytkowych typu narzędzia i broń zawartość węgla jest zawsze wystarczająca do tego by ów miecz czy krój pługa zahartować.

Twardości powierzchniowa stali po nawęglaniu oscylują wokół 700 HV

Mówisz chyba o martenzycie. Zdarzają się też zabytki o większej twardości niż te które wskazałem np noże z Bogucina koło Kołobrzegu o twardości ponad 260HV. Nie było aż takiego problemu z uzyskaniem odpowiedniej jakości produkty, jak to się powszechnie przyjmowało jeszcze w latach 70 tych, na bazie opisów literackich.