فولاذ البوتقة

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

نمط "كيرك ناردبان" لنصل سيف مصنوع من فولاذ البوتقة، فترة الزند: 1750-1794، إيران . (مشتاق خراساني، 2006، 506)

الفولاذ البوتقي هو فولاذ يُصنع عن طريق صهر الحديد الزهر ، والحديد الخام ، والحديد ، وأحيانًا الفولاذ ، غالبًا مع الرمل والزجاج والرماد ومواد أخرى صهرية ، في بوتقة . طُوّر الفولاذ البوتقي لأول مرة في منتصف الألفية الأولى قبل الميلاد في جنوب الهند وسريلانكا باستخدام عملية ووتز . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

في العصور القديمة، لم يكن من الممكن توليد درجات حرارة عالية جدًا باستخدام الفحم أو نيران الفحم الحجري، وهي درجات الحرارة اللازمة لصهر الحديد أو الفولاذ. مع ذلك، كان من الممكن صهر الحديد الزهر، الذي يتميز بمحتوى كربوني أعلى وبالتالي درجة انصهار أقل، ومن خلال نقع الحديد المطاوع أو الفولاذ في الحديد الزهر السائل لفترة طويلة، يمكن تقليل محتوى الكربون في الحديد الزهر تدريجيًا مع انتشاره في الحديد، مما يحولهما معًا إلى فولاذ. وقد تم إنتاج هذا النوع من الفولاذ في جنوب ووسط آسيا خلال العصور الوسطى .

ينتج عن هذه العملية عادةً فولاذ شديد الصلابة، ولكنه ينتج أيضًا فولاذًا مركبًا غير متجانس، يتكون من فولاذ عالي الكربون (كان يُعرف سابقًا بالحديد الزهر) وفولاذ منخفض الكربون (كان يُعرف سابقًا بالحديد المطاوع). غالبًا ما ينتج عن ذلك نمط معقد عند تشكيل الفولاذ أو برده أو صقله، ولعل أشهر الأمثلة على ذلك هي فولاذ ووتز المستخدم في سيوف دمشق . كان محتوى الكربون في هذا الفولاذ أعلى بكثير (يتراوح عادةً بين 1.5 و2.0%)، وكذلك محتوى الفوسفور [ 5 ] ، مما ساهم في ظهور نمط الماء المميز. عادةً ما كان يتم تشكيل الفولاذ بشكل طفيف جدًا وفي درجات حرارة منخفضة نسبيًا لتجنب أي إزالة للكربون ، أو تفتت سريع عند التسخين ، أو انتشار زائد للكربون.

نظرًا لاحتوائه على نسبة كربون قريبة من نسبة الكربون في الحديد الزهر، فإنه عادةً لا يحتاج إلى معالجة حرارية بعد التشكيل سوى التبريد بالهواء لتحقيق الصلابة المطلوبة، معتمدًا على تركيبه الكيميائي فقط. يوفر الفولاذ عالي الكربون حافة شديدة الصلابة، بينما يساعد الفولاذ منخفض الكربون على زيادة المتانة، مما يقلل من احتمالية التكسر أو التشقق أو الكسر. [ 6 ]

في أوروبا، طُوِّرَ فولاذ البوتقة خلال أربعينيات القرن الثامن عشر الميلادي على يد بنيامين هانتسمان من مدينة شيفيلد بإنجلترا. [ 7 ] استخدم هانتسمان فحم الكوك بدلاً من الفحم الحجري أو الفحم النباتي، محققًا درجات حرارة عالية كافية لصهر الفولاذ وإذابة الحديد، بالإضافة إلى استخدام شظايا الزجاج كمادة صهر لتقليل الشوائب. [ 7 ] اختلفت عملية هانتسمان عن بعض عمليات ووتز في أنها استخدمت الحديد والفولاذ كمواد خام، على شكل فولاذ مُفَتَّت ، بدلاً من التحويل المباشر من الحديد الزهر كما في عملية التلبيد أو عملية بسمر اللاحقة ، واستخدام مادة صهر زجاجية لتقليل الشوائب، وارتفاع درجات الحرارة ومحتوى الكربون في فحم الكوك، إلى جانب وقت أطول لصهر الفولاذ وتبريده، مما أتاح مزيدًا من الوقت لانتشار الكربون. [ 8 ]

أتاحت القدرة على صهر الفولاذ بالكامل إزالة أي شوائب فيه، مما سمح للكربون بالذوبان بالتساوي في الفولاذ السائل، وألغى الحاجة السابقة إلى عمليات الحدادة المكثفة لتحقيق النتيجة نفسها. وبالمثل، سمحت هذه التقنية بصب الفولاذ في قوالب. كما سمح استخدام المواد المساعدة على الصهر باستخلاص الشوائب من الفولاذ السائل بشكل شبه كامل، والتي كانت تطفو ببساطة إلى السطح لإزالتها. وقد أنتج هذا أول فولاذ بجودة حديثة، موفرًا وسيلة فعالة لتحويل فائض الحديد المطاوع إلى فولاذ مفيد. وقد ساهمت عملية هانتسمان بشكل كبير في زيادة الإنتاج الأوروبي للفولاذ عالي الجودة المناسب للاستخدام في صناعة أدوات مثل السكاكين والأدوات والآلات، مما مهد الطريق للثورة الصناعية .

أساليب الإنتاج

تُصنّف سبائك الحديد عمومًا حسب محتواها من الكربون : يحتوي الحديد الزهر على شوائب كربونية بنسبة 2-4%، بينما يتأكسد الحديد المطاوع مُزيلًا معظم الكربون منه، ليصل إلى أقل من 0.1%. أما الفولاذ، وهو ذو قيمة أعلى بكثير ، فيحتوي على نسبة كربون متوسطة، وتتفاوت خصائصه المادية تبعًا لنسبة الكربون: فالفولاذ عالي الكربون أقوى ولكنه أكثر هشاشة من الفولاذ منخفض الكربون . يعمل الفولاذ المُستخدم في البوتقة على عزل المواد الخام عن مصدر الحرارة، مما يسمح بالتحكم الدقيق في عملية الكربنة (رفع نسبة الكربون) أو إزالة الكربنة (خفض نسبة الكربون). ويمكن إضافة مواد صهر ، مثل الحجر الجيري ، إلى البوتقة لإزالة أو تعزيز الكبريت والسيليكون والشوائب الأخرى، مما يُغيّر خصائصها المادية بشكل أكبر.

استُخدمت طرقٌ مُتعددة لإنتاج فولاذ البوتقة. ووفقًا لنصوصٍ إسلاميةٍ كالطرسوسي وأبي الريحان البيروني ، وُصفت ثلاث طرقٍ للإنتاج غير المباشر للفولاذ. [ 9 ] ويُقدّم المؤرخ الإسلامي أبو الريحان البيروني (حوالي 973-1050) أقدم إشارةٍ إلى إنتاج فولاذ دمشق . [ 10 ] الطريقة الأولى، والأكثر شيوعًا، هي الكربنة في الحالة الصلبة للحديد المطاوع . وهي عملية انتشارٍ يُعبأ فيها الحديد المطاوع في بوتقاتٍ أو موقدٍ مع الفحم، ثم يُسخّن لتعزيز انتشار الكربون في الحديد لإنتاج الفولاذ. [ 11 ] وتُعدّ الكربنة أساس عملية ووتز لإنتاج الفولاذ. أما الطريقة الثانية فهي إزالة الكربون من الحديد الزهر. [ 10 ] وتستخدم الطريقة الثالثة الحديد المطاوع والحديد الزهر. في هذه العملية، يُسخّن الحديد المطاوع والحديد الزهر معًا في بوتقةٍ لإنتاج الفولاذ عن طريق الصهر. [ 11 ] وفيما يتعلق بهذه الطريقة، يقول أبو الريحان البيروني: "هذه هي الطريقة المستخدمة في الموقد". ويُقترح أن الطريقة الهندية تشير إلى طريقة ووتز للكربنة؛ [ 10 ] أي عمليات ميسور أو التاميل . [ 12 ]

نمط "الحبيبات الخشبية" لنصل سيف مصنوع من الفولاذ البوتقة، فترة الزند أو القاجار المبكر: (زند) 1750-1794 م؛ (قاجار) 1794 – 1952 م، إيران. (مشتاق الخراساني 2006، 516)

وُجدت أشكال مختلفة من عملية الصهر المشترك بشكل أساسي في بلاد فارس وآسيا الوسطى، ولكنها وُجدت أيضًا في حيدر آباد بالهند [ 13 ]، وتُعرف باسم عملية الدكن أو حيدر آباد. [ 12 ] بالنسبة للكربون، حددت المراجع الإسلامية المعاصرة مجموعة متنوعة من المواد العضوية، بما في ذلك قشور الرمان، وثمار البلوط، وقشور الفواكه مثل قشر البرتقال، والأوراق، بالإضافة إلى بياض البيض وقشوره. ذُكرت شرائح الخشب في بعض المصادر الهندية، ولكن من اللافت للنظر أن أياً من المصادر لم يذكر الفحم النباتي. [ 14 ]

التاريخ المبكر

يُنسب فولاذ البوتقة عمومًا إلى مراكز الإنتاج في الهند وسريلانكا ، حيث كان يُصنع باستخدام ما يُعرف بعملية " ووتز "، ويُفترض أن ظهوره في مواقع أخرى كان نتيجة للتجارة لمسافات طويلة. [ 15 ] وقد اتضح مؤخرًا أن مناطق في آسيا الوسطى، مثل مرو في تركمانستان وأخسيكيت في أوزبكستان، كانت مراكز مهمة لإنتاج فولاذ البوتقة. [ 16 ] جميع الاكتشافات في آسيا الوسطى ناتجة عن حفريات وتعود إلى الفترة ما بين القرنين الثامن والثاني عشر الميلاديين، بينما يعود تاريخ المواد الهندية/السريلانكية إلى عام 300 قبل الميلاد. احتوى خام الحديد الهندي على آثار من الفاناديوم وعناصر أخرى مُضافة، مما أدى إلى زيادة صلابة فولاذ البوتقة الهندي، الذي اشتهر في جميع أنحاء الشرق الأوسط بقدرته على الحفاظ على حدته.

على الرغم من أن الفولاذ المُصنّع بتقنية البوتقة يُنسب في الغالب إلى الشرق الأوسط في العصور القديمة، فقد تم اكتشاف سيوف ملحومة بنمط معين ، مصنوعة من فولاذ عالي الكربون، وربما من الفولاذ المُصنّع بتقنية البوتقة، في أوروبا منذ القرن الثالث الميلادي، [ 17 ] [ 18 ] وخاصة في الدول الاسكندنافية . وتُعد السيوف التي تحمل العلامة التجارية "أولفبرت" ، والتي يعود تاريخها إلى فترة 200 عام من القرن التاسع إلى أوائل القرن الحادي عشر، أمثلة بارزة على هذه التقنية. ويُعتقد على نطاق واسع أن عملية صنع هذه الشفرات نشأت في الشرق الأوسط، ثم انتشرت تجارتها خلال فترة طريق تجارة الفولغا . [ 19 ]

في القرون الأولى من العصر الإسلامي، ظهرت بعض الدراسات العلمية حول السيوف والفولاذ. ومن أشهرها دراسات جابر بن حيان (القرن الثامن)، والكندي ( القرن التاسع)، والبيروني ( أوائل القرن الحادي عشر)، والطرسوسي ( أواخر القرن الثاني عشر)، وفخر المدبر ( القرن الثالث عشر). وتحتوي أيٌّ من هذه الدراسات على معلوماتٍ عن الفولاذ الهندي والدمشقي تفوق بكثير ما ورد في مجمل الأدبيات الباقية من اليونان وروما الكلاسيكيتين . [ 20 ]

جنوب الهند وسريلانكا

توجد العديد من الروايات الإثنوغرافية عن إنتاج الصلب في البوتقة في الهند؛ إلا أن الدراسات العلمية التي تناولت بقايا إنتاج هذا الصلب لم تُنشر إلا في أربع مناطق: ثلاث في الهند وواحدة في سريلانكا. [ 21 ] يُشار إلى الصلب الهندي/السريلانكي في البوتقة عادةً باسم "ووتز" ، وهو مصطلح يُعتقد عمومًا أنه تحريف إنجليزي لكلمة "أوكو" (في لغة الكاناريس ) أو "هوكو" (في لغة التيلجو ). [ 22 ] [ 23 ]

أشارت الروايات الأوروبية منذ القرن السابع عشر فصاعدًا إلى شهرة وتصنيع "الووتز"، وهو نوع تقليدي من الفولاذ المستخدم في صناعة البوتقات، والذي كان يُصنع خصيصًا في أجزاء من جنوب الهند، وتحديدًا في مقاطعات غولكوندا وميسور وسالم السابقة. وحتى الآن، لا يزال نطاق الحفريات والمسوحات السطحية محدودًا للغاية بحيث لا يسمح بربط الروايات الأدبية بالأدلة الأثرية المعدنية. [ 24 ]

تعود المواقع المؤكدة لإنتاج فولاذ البوتقة في جنوب الهند، مثل كوناسامودرام وجاتي هوساهالي، إلى أواخر العصور الوسطى على الأقل، أي القرن السادس عشر. [ 25 ] يُعدّ موقع كودومانال ، بالقرب من كويمباتور في تاميل نادو ، أحد أقدم المواقع المحتملة المعروفة، ويُظهر بعض الأدلة الأولية الواعدة التي قد تكون مرتبطة بعمليات بوتقة الحديد . [ 26 ] يعود تاريخ الموقع إلى ما بين القرن الثالث قبل الميلاد والقرن الثالث الميلادي. [ 27 ] وبحلول القرن السابع عشر، يبدو أن المركز الرئيسي لإنتاج فولاذ البوتقة كان في حيدر آباد. ويبدو أن العملية كانت مختلفة تمامًا عن تلك المسجلة في أماكن أخرى. [ 28 ] تضمنت عملية ووتز من حيدر آباد، أو عملية ديكاني لصنع الشفرات المائية، صهر نوعين مختلفين من الحديد: أحدهما منخفض الكربون والآخر فولاذ عالي الكربون أو حديد زهر. [ 29 ] تم تصدير فولاذ ووتز وتداوله على نطاق واسع في جميع أنحاء أوروبا القديمة والصين والعالم العربي ، واكتسب شهرة خاصة في الشرق الأوسط، حيث عُرف باسم فولاذ دمشق. [ 30 ] [ 31 ]

أشارت الدراسات الأثرية الحديثة إلى أن سريلانكا دعمت أيضًا تقنيات مبتكرة لإنتاج الحديد والصلب في العصور القديمة. [ 32 ] كان نظام صناعة الصلب في البوتقة في سريلانكا مستقلًا جزئيًا عن الأنظمة الهندية والشرق أوسطية المختلفة. [ 33 ] كانت طريقتهم مشابهة لطريقة كربنة الحديد المطاوع. [ 32 ] يقع أقدم موقع مؤكد لصناعة الصلب في البوتقة في سلسلة جبال ناكلز في المنطقة الشمالية من المرتفعات الوسطى في سريلانكا، ويعود تاريخه إلى القرنين السادس والعاشر الميلاديين. [ 34 ] في القرن الثاني عشر، يبدو أن أرض سيرينديب (سريلانكا) كانت المورد الرئيسي للصلب في البوتقة، ولكن على مر القرون تراجع الإنتاج، وبحلول القرن التاسع عشر لم يتبق سوى صناعة صغيرة في مقاطعة بالانغودا في المرتفعات الجنوبية الوسطى. [ 35 ]

كشفت سلسلة من الحفريات في سامانالاويوا عن تقنية غير متوقعة وغير معروفة سابقًا لمواقع صهر الصلب المواجهة للغرب ، وهي نوع مختلف من أنواع إنتاج الصلب. [ 32 ] [ 36 ] استُخدمت هذه الأفران للصهر المباشر للصلب. [ 37 ] سُميت هذه الأفران "مواجهة للغرب" لأنها كانت تقع على الجوانب الغربية لقمم التلال للاستفادة من الرياح السائدة في عملية الصهر. [ 38 ] عُرفت أفران الصلب السريلانكية وتم تداولها بين القرنين التاسع والحادي عشر الميلاديين، وربما قبل ذلك، ولكن يبدو أنها لم تُستخدم بعد ذلك. [ 39 ] يعود تاريخ هذه المواقع إلى القرنين السابع والحادي عشر الميلاديين. يُعد تزامن هذا التاريخ مع الإشارة الإسلامية إلى سرنديب في القرن التاسع الميلادي [ 38 ] ذا أهمية بالغة. كانت عملية الصهر باستخدام البوتقة موجودة في الهند في نفس الوقت الذي كانت فيه تقنية الصهر المواجه للغرب تُستخدم في سريلانكا. [ 40 ] كشفت الحفريات في موقع يودهاويوا (بالقرب من مانار) (عام 2018) عن النصف السفلي من فرن كروي سفلي وشظايا بوتقات كانت تُستخدم لصنع فولاذ البوتقة في سريلانكا خلال القرنين السابع والثامن الميلاديين. وكانت شظايا البوتقات المكتشفة في الموقع مشابهة للبوتقات الأنبوبية الشكل المطولة في سامانالاويوا. [ 2 ]

آسيا الوسطى

تتمتع آسيا الوسطى بتاريخ عريق في إنتاج الفولاذ البوتقي، بدأ في أواخر الألفية الأولى الميلادية. [ 41 ] وتشير الأدلة الأثرية القوية من المواقع في أوزبكستان الحالية ومرو في تركمانستان إلى إنتاج واسع النطاق للفولاذ البوتقي. [ 42 ] وتنتمي جميعها، بشكل عام، إلى نفس الفترة من العصور الوسطى المبكرة ، بين أواخر القرن الثامن أو أوائل القرن التاسع وأواخر القرن الثاني عشر الميلادي، [ 43 ] وهي فترة معاصرة للحروب الصليبية الأولى . [ 42 ]

يُعدّ موقعا أخسيكيت وباب في وادي فرغانة ، الواقعين على طريق الحرير العظيم، من أبرز مواقع صناعة الصلب في شرق أوزبكستان، حيث ثبت تاريخيًا وأثريًا موقعهما على هذا الطريق. [ 44 ] وتتمثل الأدلة المادية في عدد كبير من اللقى الأثرية المتعلقة بصناعة الصلب، والتي تعود إلى الفترة ما بين القرنين التاسع والثاني عشر الميلاديين، وتتمثل في مئات الآلاف من شظايا البواتق، غالبًا مع كتل ضخمة من الخبث . [ 41 ] وقد كشفت الأعمال الأثرية في أخسيكيت أن عملية صناعة الصلب في بوتقة كانت تعتمد على كربنة الحديد. [ 14 ] ويبدو أن هذه العملية كانت نموذجية ومقتصرة على وادي فرغانة في شرق أوزبكستان، ولذلك تُسمى عملية فرغانة. [ 45 ] وقد استمرت هذه العملية في تلك المنطقة لما يقرب من أربعة قرون.

عُثر على أدلة على إنتاج الفولاذ البوتقي في مرو، تركمانستان، وهي مدينة رئيسية على طريق الحرير. يذكر العالم الإسلامي الكندي (801-866 م) أن منطقة خراسان، التي تضم مدن نيسابور ومرو وهيرات وبلخ ، كانت مركزًا لصناعة الفولاذ خلال القرن التاسع الميلادي. [ 46 ] وتُقدم الأدلة من ورشة تعدين في مرو، يعود تاريخها إلى أوائل القرن العاشر الميلادي، مثالًا على طريقة الصهر المشترك لإنتاج الفولاذ في البوتقات، أي قبل حوالي ألف عام من عملية ووتز المختلفة تمامًا. [ 47 ] ويمكن اعتبار عملية إنتاج الفولاذ البوتقي في مرو مرتبطة تقنيًا بما يسميه برونسون (1986، 43) عملية حيدر آباد، وهي شكل من أشكال عملية ووتز، نسبةً إلى موقع العملية التي وثّقها فويسي في عشرينيات القرن التاسع عشر. [ 48 ]

الصين

بدأ إنتاج الفولاذ المُقوّى في الصين حوالي القرن الأول قبل الميلاد، أو ربما قبل ذلك. طوّر الصينيون طريقةً لإنتاج الحديد الزهر حوالي عام 1200 قبل الميلاد، والذي استخدموه في صناعة الحديد الزهر . وبحلول القرن الأول قبل الميلاد، كانوا قد طوّروا عملية التكوير لإنتاج الفولاذ الطري ، وعمليةً أخرى لإزالة الكربون بسرعة من الحديد الزهر المنصهر لصنع الحديد المطاوع عن طريق تقليبه فوق طبقات من نترات البوتاسيوم (تُعرف بعملية هيتون ، نسبةً إلى جون هيتون الذي اكتشفها بشكل مستقل في ستينيات القرن التاسع عشر). في ذلك الوقت تقريبًا، بدأ الصينيون بإنتاج الفولاذ المُقوّى لتحويل الكميات الزائدة من الحديد الزهر والحديد المطاوع إلى فولاذ مناسب لصناعة السيوف والأسلحة. [ 49 ] [ 50 ]

في عام 1064، قدم شين كو ، في كتابه " مقالات بركة الأحلام" ، أقدم وصف مكتوب للأنماط الموجودة في الفولاذ، وطرق إنتاج السيوف، وبعض الأسباب الكامنة وراء ذلك:

استخدم القدماء الفولاذ المركب ( تشي كانغ ) للحافة، والحديد المطاوع ( جو ثييه ) للظهر، وإلا لكانت السيوف تنكسر بسهولة. فالسلاح القوي جدًا قد يقطع حافته ويدمرها، ولذلك يُنصح باستخدام الفولاذ المركب فقط. أما بالنسبة لتأثير "يو تشانغ" (أمعاء السمك)، فهو ما يُعرف اليوم بسيف الفولاذ "الملفوف كالثعبان"، أو ما يُسمى أيضًا "تصميم شجرة الصنوبر". فإذا طُهيت سمكة بالكامل وأُزيلت عظامها، سيبدو شكل أحشائها كخطوط سيف "الملفوف كالثعبان". [ 51 ]

التاريخ الحديث

بوتقات مجاورة لغرفة الفرن في آبيديل، شيفيلد

بدأ بنيامين هانتسمان ، صانع الساعات الذي كان يعمل في هاندسوورث بالقرب من شيفيلد بإنجلترا ، بحثًا عن فولاذ أفضل لزنبركات الساعات، بإنتاج فولاذ خاص به عام 1740، بعد سنوات من التجارب. [ 7 ] [ 52 ] استخدم نظام هانتسمان فرنًا يعمل بفحم الكوك ، قادرًا على الوصول إلى درجة حرارة 1600  درجة مئوية، حيث وُضعت فيه ما يصل إلى اثنتي عشرة بوتقة طينية، تتسع كل منها لحوالي 15  كيلوغرامًا من الحديد. عندما أصبحت البواتق أو "الأواني" شديدة السخونة، كانت تُملأ بقطع من فولاذ الفقاعات ، وهو سبيكة من الحديد والكربون تُنتج بعملية التصلب ، بالإضافة إلى مادة صهر من شظايا الزجاج للمساعدة في إزالة الشوائب. أُخرجت الأواني بعد حوالي ثلاث ساعات في الفرن، وكُشطت الشوائب على شكل خبث ، ثم صُب الفولاذ المنصهر في قوالب ليُصبح سبائك مصبوبة . [ 53 ] [ 54 ] أدى الانصهار الكامل للفولاذ إلى إنتاج بنية بلورية موحدة للغاية عند التبريد، مما أعطى المعدن قوة شد وصلابة متزايدة مقارنة بأنواع الفولاذ الأخرى التي كانت تُصنع في ذلك الوقت.

قبل تطبيق تقنية هانتسمان، كانت شيفيلد تنتج حوالي 200 طن من الصلب سنويًا من الحديد المطاوع السويدي (انظر: حديد خام الأرض ). أحدث تطبيق تقنية هانتسمان تغييرًا جذريًا في هذا الوضع: فبعد مئة عام، ارتفع الإنتاج إلى أكثر من 80,000 طن سنويًا، أي ما يقارب نصف إجمالي إنتاج أوروبا. تطورت شيفيلد من بلدة صغيرة إلى واحدة من أهم المدن الصناعية في أوروبا.

كان يُنتج الفولاذ في ورش عمل متخصصة تُسمى "أفران البوتقة"، تتألف من ورشة عمل في الطابق الأرضي وقبو تحت الأرض. تفاوتت مباني الأفران في الحجم والطراز المعماري، وازداد حجمها مع حلول النصف الثاني من القرن التاسع عشر، إذ مكّنت التطورات التكنولوجية من "حرق" عدة أوانٍ في آنٍ واحد، باستخدام الغاز كوقود للتدفئة. احتوت كل ورشة عمل على مجموعة من الميزات القياسية، مثل صفوف من فتحات الصهر، وحفر التجميع، وفتحات تهوية في السقف، وصفوف من الرفوف لأواني البوتقة، وأفران التلدين لتحضير كل إناء قبل حرقه. كانت الغرف الملحقة بوزن كل شحنة ولتصنيع بوتقات الطين إما متصلة بورشة العمل أو تقع داخل مجمع القبو. استُخدم الفولاذ، الذي كان يُستخدم في الأصل لصنع نوابض الساعات، لاحقًا في تطبيقات أخرى مثل المقصات والفؤوس والسيوف.

تدير قرية آبيديل الصناعية في شيفيلد للجمهور مصنعًا لصنع المناجل ، يعود تاريخه إلى زمن الصيادين ويعمل بواسطة عجلة مائية ، باستخدام فولاذ البوتقة المصنوع في الموقع.

خصائص المواد

قبل هانتسمان، كانت الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج الفولاذ هي تصنيع فولاذ القص . في هذه الطريقة، كان يُستخدم فولاذ الفقاعات المُنتَج بالتصليد، والذي يتكون من قلب من الحديد المطاوع مُحاط بغلاف من الفولاذ عالي الكربون، تتراوح نسبة الكربون فيه عادةً بين 1.5 و2.0%. وللمساعدة في تجانس الفولاذ، كان يُطرق إلى صفائح مسطحة، تُكدس وتُلحم معًا بالحدادة . ينتج عن ذلك فولاذ ذو طبقات متناوبة من الفولاذ والحديد. بعد ذلك، يمكن طرق السبيكة الناتجة لتصبح مسطحة، ثم تقطيعها إلى صفائح، تُكدس وتُلحم مرة أخرى، مما يُقلل من سُمك الطبقات ويُحسّن توزيع الكربون، حيث ينتشر ببطء من الفولاذ عالي الكربون إلى الحديد منخفض الكربون. مع ذلك، كلما زادت حرارة الفولاذ وتشكيله، زادت احتمالية فقدان الكربون منه ، ويحدث هذا الانتشار الخارجي أسرع بكثير من الانتشار الداخلي بين الطبقات. وهكذا، أسفرت المحاولات اللاحقة لتجانس الفولاذ عن محتوى كربوني منخفض للغاية لا يسمح باستخدامه في منتجات مثل النوابض وأدوات المائدة والسيوف والأدوات. ولذلك، ظل الفولاذ المخصص للاستخدام في هذه المنتجات، وخاصة الأدوات، يُصنع بشكل أساسي من خلال عملية الصهر البطيئة والشاقة بكميات قليلة جدًا وبتكلفة عالية، والتي، على الرغم من كونها أفضل، كان لا بد من فصلها يدويًا عن الحديد المطاوع، وكان من المستحيل تجانسها تمامًا في الحالة الصلبة.

كانت عملية هانتسمان الأولى من نوعها التي تُنتج فولاذًا متجانسًا تمامًا. على عكس طرق إنتاج الفولاذ السابقة، كانت عملية هانتسمان الأولى التي تُذيب الفولاذ بالكامل، مما يسمح بانتشار الكربون بشكل كامل في جميع أنحاء الفولاذ المنصهر. وباستخدام المواد المساعدة على الصهر، سمحت أيضًا بإزالة معظم الشوائب، مما أنتج أول فولاذ بجودة حديثة. نظرًا لارتفاع درجة انصهار الكربون (ما يقرب من ثلاثة أضعاف درجة انصهار الفولاذ) وميله للأكسدة (الاحتراق) عند درجات الحرارة العالية، لا يمكن عادةً إضافته مباشرةً إلى الفولاذ المنصهر. ومع ذلك، بإضافة الحديد المطاوع أو الحديد الزهر، والسماح له بالذوبان في الفولاذ المنصهر، أمكن تنظيم محتوى الكربون بدقة (بطريقة مشابهة لفولاذ البوتقة الآسيوي ولكن دون عدم التجانس الواضح الذي يميز تلك الأنواع من الفولاذ). ومن الفوائد الأخرى أنها سمحت بخلط عناصر أخرى مع الفولاذ. كان هانتسمان من أوائل من بدأوا تجربة إضافة عوامل السبائك مثل المنغنيز للمساعدة في إزالة الشوائب مثل الأكسجين من الفولاذ. وقد استخدم العديد من العلماء الآخرين، مثل روبرت هادفيلد وروبرت فورستر موشيت ، طريقته لاحقًا لإنتاج أولى سبائك الصلب مثل المنغالوي والصلب عالي السرعة والصلب المقاوم للصدأ .

نظراً لاختلاف محتوى الكربون في فولاذ الفقاعات، قد يختلف محتوى الكربون في الفولاذ الكربوني المُنتَج بين البواتق بنسبة تصل إلى 0.18%، ولكنه في المتوسط ​​ينتج فولاذاً يوتكتويدياً يحتوي على حوالي 0.79% كربون. ونظراً لجودة الفولاذ وقابليته العالية للتصليد، فقد تم اعتماده سريعاً في صناعة فولاذ الأدوات، وآلات التشغيل، وأدوات المائدة، والعديد من المنتجات الأخرى. ولأنه لم يتم نفخ الأكسجين عبر الفولاذ، فقد تفوق على فولاذ بسمر في كل من الجودة وقابلية التصليد، لذلك استُخدمت عملية هانتسمان في تصنيع فولاذ الأدوات حتى تم تطوير طرق أفضل، باستخدام القوس الكهربائي ، في أوائل القرن العشرين. [ 55 ] [ 56 ]

القرن التاسع عشر والقرن العشرين

قام المهندس الاسكتلندي ديفيد موشيت بدراسة وتوصل إلى استنتاج مفاده أن الووتز الهندي يُصنع عن طريق الصهر، فقام بتطوير عملية محاكاة لتصنيعه من الحديد وحصل على براءة اختراع لها. [ 57 ] باع ديفيد موشيت حقوق عمليته لمسابك شيفيلد عام 1800. [ 58 ] وقدّم تقريره عام 1805. [ 59 ]

وفي طريقة أخرى، طُوّرت في الولايات المتحدة في ثمانينيات القرن التاسع عشر، كان يتم صهر الحديد والكربون معًا مباشرة لإنتاج فولاذ البوتقة. [ 60 ] وعلى مدار القرن التاسع عشر وحتى عشرينيات القرن العشرين، وُجّهت كمية كبيرة من فولاذ البوتقة إلى إنتاج أدوات القطع ، حيث كان يُطلق عليه اسم فولاذ الأدوات .

استمر استخدام عملية البوتقة في إنتاج أنواع الفولاذ المتخصصة، لكنها أصبحت اليوم تقنية قديمة. ويتم إنتاج أنواع فولاذ مماثلة الجودة باستخدام فرن القوس الكهربائي . وقد تم استبدال بعض استخدامات فولاذ الأدوات ، أولاً بالفولاذ عالي السرعة [ 60 ] ، ثم لاحقاً بمواد مثل كربيد التنجستن .

في أماكن أخرى

تمكن عالم المعادن الروسي بافيل بيتروفيتش أنوسوف (انظر: فولاذ بولات ) من إعادة إنتاج فولاذ ووتز القديم مع الحفاظ على جميع خصائصه تقريبًا، وكان الفولاذ الذي صنعه مشابهًا جدًا لفولاذ ووتز التقليدي. وقد وثّق أربع طرق مختلفة لإنتاج فولاذ ووتز تُظهر أنماطًا تقليدية. نُشر عمله بعنوان "حول فولاذ بولات" في مجلة التعدين ( بالروسية: Горный журнал ). [ 61 ]

في الولايات المتحدة، كان ويليام ميتكالف رائدًا في صناعة الفولاذ البوتقي .

بحث أكاديمي من ووتز ستيل

يبدو أن أولى الإشارات الأوروبية إلى فولاذ البوتقة لا تعود إلى ما قبل العصور الوسطى المتأخرة . [ 62 ] تعود التجارب الأوروبية على فولاذ " دمشق " إلى القرن السادس عشر على الأقل، ولكن لم يبدأ الباحثون في المختبرات العمل على أنواع الفولاذ المعروفة تحديدًا بأنها هندية/ووتز إلا في تسعينيات القرن الثامن عشر. [ 63 ] في ذلك الوقت، كان الأوروبيون على دراية بقدرة الهند على صناعة فولاذ البوتقة من خلال تقارير جلبها الرحالة الذين شاهدوا هذه العملية في عدة أماكن في جنوب الهند.

منذ منتصف القرن السابع عشر فصاعدًا، دوّن الرحالة الأوروبيون الذين زاروا شبه القارة الهندية العديد من الروايات الحية التي توثق إنتاج الصلب هناك. ومن بين هذه الروايات، روايات جان باتيست تافيرنييه عام 1679، وفرانسيس بوكانان عام 1807، وإتش دبليو فويسي عام 1832. [ 64 ] شهدت القرون الثامن عشر والتاسع عشر وأوائل القرن العشرين فترةً حافلةً بالاهتمام الأوروبي بمحاولة فهم طبيعة وخصائص فولاذ ووتز. وقد استقطب فولاذ ووتز الهندي اهتمام بعضٍ من أشهر العلماء. [ 65 ] وكان من بينهم مايكل فاراداي الذي فُتن بفولاذ ووتز. ولعلّ أبحاث جورج بيرسون، التي نُشرت في الجمعية الملكية عام 1795، كان لها الأثر الأكبر في إثارة اهتمام العلماء الأوروبيين بفولاذ ووتز. [ 66 ] كان أول هؤلاء العلماء الذين نشروا نتائجهم، وبالمناسبة، كان أول من استخدم كلمة "wootz" في المطبوعات. [ 59 ]

في عام 1998، نشر جون فيرهوفن وألفريد بيندراي بحثهما حول التقنيات التاريخية المستخدمة في إنتاج فولاذ ووتز. [ 67 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ سرينيفاسان، شارادا (15 نوفمبر 1994). "فولاذ بوتقة ووتز: موقع إنتاج مكتشف حديثًا في الهند" . أوراق من معهد الآثار . 5 : 49-59 . doi : 10.5334/pia.60 .
  2. 1 2 ويجيبالا، دبليو إم تي بي؛ يونغ، سانسفيكا إم؛ إيشيغا، هيروآكي (1 أبريل 2022). "قراءة النتائج الأثرية المعدنية لموقع يودهاويوا، سريلانكا: وضعها في سياق تاريخ المعادن في جنوب آسيا" . علم الآثار الآسيوي . 5 (1): 21-39 . doi : 10.1007/s41826-022-00046-0 . ISSN 2520-8101 . S2CID 247355036 .  
  3. ↑ كوجلان، هربرت هنري (1977). ملاحظات حول الحديد في عصور ما قبل التاريخ والعصر الحديدي المبكر في العالم القديم ( الطبعة الثانية). متحف بيت ريفرز . الصفحات 99-100 .  
  4. ↑ ساسيسيكاران، ب. (1999). "تكنولوجيا الحديد والصلب في كودومانال" (ملف PDF) . المجلة الهندية لتاريخ العلوم . 34 (4). مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 24 يوليو 2015.
  5. ↑ بارنيت، إم آر؛ بالاسوبرامانيام، رافيفارما؛ كومار، فينود؛ ماكراي، سي. (مايو 2008). "العلاقة بين البنية المجهرية وفصل الفوسفور في فولاذ ووتز فوق اليوتكتويد" . مجلة علوم المواد . 44 (9): 2192-2197 .
  6. ↑ تاريخ علم المعادن، بقلم سيريل ستانلي سميث. مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، 1960. الصفحات 16-24
  7. 1 2 3 فابيان، عمر (1 أغسطس 2018). "أسطورة بنيامين هانتسمان وبدايات صناعة الصلب الحديثة" . نشرة جمعية أبحاث المواد . 43 (8): 637-637 . doi : 10.1557/mrs.2018.195 . ISSN 1938-1425 . 
  8. ↑ تايلكوت، آر إف (1992). تاريخ علم المعادن، الطبعة الثانية . لندن: دار ماني للنشر، لصالح معهد المواد. ص 146. ISBN  978-0901462886.
  9. ^ فيورباخ وآخرون. 1997، 105
  10. 1 2 3 فيورباخ وآخرون. 1998، 38
  11. 1 2 فيورباخ وآخرون 1995، 12
  12. 1 2 سرينيفاسان 1994، 56
  13. ↑ فيورباخ وآخرون 1998، 39
  14. 1 2 ريرين وباباخريستو 2000
  15. ↑ فيورباخ 2002، 13
  16. ^ رانجاناثان وسرينيفاسان 2004، 126
  17. ↑ ويليامز 2012 ، ص 75 . 
  18. ↑ غودفري، إيفلين؛ فان ني، ماتيس (1 أغسطس 2004). "مثقب جرماني من الفولاذ الكربوني فائق النقاء من أواخر العصر الروماني - العصر الحديدي" . مجلة العلوم الأثرية . 31 (8): 1117-1125 . Bibcode : 2004JArSc..31.1117G . doi : 10.1016/j.jas.2004.02.002 . ISSN 0305-4403 . 
  19. ↑ انظر:
  20. ↑ برونسون 1986، 19
  21. ↑ فيورباخ 2002، 164
  22. ↑ فيورباخ 2002، 163
  23. ↑ ديماركو، مايكل (2018). فنون الدفاع عن النفس في الفنون: تقدير القطع الأثرية . لندن: دار نشر فيا ميديا. ص 123. ISBN  978-1983850738.
  24. ↑ غريفيث وسرينيفاسان 1997، 111
  25. ↑ سرينيفاسان 1994، 52
  26. ^ رانجاناثان وسرينيفاسان 2004، 117
  27. ↑ كرادوك 2003، 245
  28. ↑ كرادوك 1995، 281
  29. ↑ مشتاق الخراساني 2006، 108
  30. ↑ سرينيفاسان 1994
  31. ↑ سرينيفاسان وغريفيث
  32. 1 2 3 رانجاناثان وسرينيفاسان 2004، 125
  33. ↑ برونسون 1986، 43
  34. ↑ فيورباخ 2002، 168
  35. ↑ كرادوك 1995، 279
  36. ↑ جوليف 1998، 51
  37. ↑ جوليف 1998، 222
  38. 1 2 يوليو 1998، 80
  39. ↑ جوليف 1998، 221
  40. ↑ جوليف 1998، 220
  41. 1 2 باباخريستو ورين 2002، 69
  42. 1 2 ريرين وباباخريستو 2000، 55
  43. ↑ ريهرن وباباخريستو 2003، 396
  44. ^ ريرين وباباخريستو 2000، 58
  45. ^ ريرين وباباخريستو 2000، 67
  46. ↑ فيورباخ 2003، 258
  47. ↑ فيورباخ 1997، 109
  48. ↑ فيورباخ 2003، 264
  49. ↑ صناعة الحديد الصينية التقليدية ومصيرها الحديث بقلم دونالد ب. واغنر
  50. ↑ العلم والحضارة في الصين: المجلد 5، بقلم جوزيف نيدهام، صفحة 345
  51. ↑ تاريخ علم المعادن بقلم سيريل سميث (1960)، صفحة 45
  52. ↑ كرادوك 1995، 283
  53. ↑ ماكنيل، إيان (1990). موسوعة تاريخ التكنولوجيا . لندن: روتليدج. ص 159-160 . ISBN  0-415-14792-1.
  54. ↑ جوليف 1998، 11
  55. ↑ شيفيلد ستيل وأمريكا: قرن من الاستقلال التجاري والتكنولوجي، بقلم جيفري تويديل. مطبعة جامعة كامبريدج، 1987
  56. ↑ فولاذ الأدوات، الطبعة الخامسة، بقلم جورج آدم روبرتس، وريتشارد كينيدي، وجي. كراوس. الجمعية الأمريكية للمعادن الدولية، 1998، ص 4
  57. ↑ برونسون 1986، 31
  58. ↑ نيدهام 1958، 132
  59. 1 2 برونسون 1986، 30
  60. 1 2 ميسا، توماس ج. (1995). أمة من فولاذ: صناعة أمريكا الحديثة 1865-1925 . بالتيمور ولندن: مطبعة جامعة جونز هوبكنز. ISBN 978-0-8018-6052-2.
  61. ↑ "بولات" . قادة بيغاسوس . 26 أغسطس 2019. مؤرشف من الأصل في 9 ديسمبر 2019. تم الاسترجاع في 16 ديسمبر 2019 .
  62. ↑ كرادوك 2003، 251
  63. ↑ نيدهام 1958، 128
  64. ^ رانجاناثان وسرينيفاسان 2004، 60
  65. ^ رانجاناثان وسرينيفاسان 2004، 78
  66. ^ رانجاناثان وسرينيفاسان 2004، 79
  67. ↑ فيرهوفن، جون؛ ألفريد، بيندراي (أبريل 1998). "لغز سيف دمشق" (ملف PDF) . MUSE . 2 (2): 35– 43.

مراجع

  • برونسون، ب.، 1986. "صناعة وبيع ووتز، وهو فولاذ بوتقة من الهند". المواد الأثرية 1.1، 13-51.
  • كرادوك، بي تي، 1995. التعدين والإنتاج المعدني المبكر . كامبريدج: مطبعة جامعة إدنبرة.
  • كرادوك، بي تي، 2003. "الحديد الزهر، والحديد المكرر، والفولاذ المصهور: الحديد السائل في العالم القديم". في: بي تي، كرادوك، وجيه، لانغ (محرران) التعدين وإنتاج المعادن عبر العصور . لندن: مطبعة المتحف البريطاني، 231-257.
  • Feuerbach, AM, 2002. "الفولاذ البوتقي في آسيا الوسطى: الإنتاج والاستخدام والأصول": أطروحة مقدمة إلى جامعة لندن.
  • فيورباخ، أ.، غريفيثس، د. ر.، وميركل، ج. ف.، 1997. "إنتاج فولاذ البوتقة بالصهر المشترك: أدلة أثرية معدنية من القرن التاسع إلى أوائل القرن العاشر في موقع مرو، تركمانستان". في: ج. ر.، دروزيك، ج. ف.، ميركل، ج.، ستيوارت، وفانديفر، ب. ب. (محررون) قضايا المواد في الفن وعلم الآثار الخامس: ندوة عُقدت في الفترة من 3 إلى 5 ديسمبر 1996 ، بوسطن، ماساتشوستس؛ بيتسبرغ، بنسلفانيا: جمعية أبحاث المواد، 105-109.
  • Feuerbach, A., Griffiths, D., and Merkel, JF, 1995. Analytical Investigation of Crucible Steel Production at Merv, Turkmenistan . IAMS 19, 12–14.
  • فيورباخ، أ.م.، غريفيثس، د.ر.، وميركل، ج.ف.، 1998. "دراسة للفولاذ المستخدم في صناعة الفولاذ الدمشقي، بما في ذلك أدلة من مرو"، تركمانستان. ميتالورجيكا أنتيكا 8، 37-44.
  • فيورباخ، أ.م.، غريفيثس، د.ر.، وميركل، ج.ف.، 2003. "إنتاج الصلب في البوتقة الإسلامية المبكرة في مرو، تركمانستان"، في: ب.ت.، كرادوك، ج.، لانغ (محررون). التعدين وإنتاج المعادن عبر العصور . لندن: مطبعة المتحف البريطاني، 258-266.
  • فريستون، آي سي وتيت، إم إس (محرران) 1986. "المواد المقاومة للحرارة في العالم القديم وما قبل الصناعي"، في: دبليو دي، كينجيري (محرر) وإي، لينس (محرر مشارك) السيراميك عالي التقنية  : الماضي والحاضر والمستقبل؛ طبيعة الابتكار والتغيير في تكنولوجيا السيراميك . ويسترفيل، أوهايو: الجمعية الأمريكية للسيراميك، 35-63.
  • جوليف، ج.، 1998. الحديد والصلب المبكر في سريلانكا: دراسة لمنطقة سامانالاويوا . ماينز آم راين: فون زابيرن.
  • مشتاق خراساني، م.، 2006. الأسلحة والدروع من إيران، من العصر البرونزي إلى نهاية العصر القاجاري . توبنغن: ليغات.
  • نيدهام، ج. 1958. "تطور تكنولوجيا الحديد والصلب في الصين": المحاضرة التذكارية الثانية التي تُعقد كل سنتين لـ "ديكنسون" لجمعية نيوكومن، 1900-1995. جمعية نيوكومن.
  • باباخريستو، أو.أ.، وريهرن، ث.، 2002. "تقنيات وتكنولوجيا صناعة الأواني الخزفية، وبواتق صهر ووتز في آسيا القديمة". في: ف.، كيليكوغلو، أ.، هاين، وي.، مانياتيس (محررون) الاتجاهات الحديثة في الدراسات العلمية حول الخزف القديم، أوراق بحثية قُدِّمت في الاجتماع الأوروبي الخامس حول الخزف القديم ، أثينا 1999/ أكسفورد  : أركيوبريس، 69-74.
  • رانغاناثان، س. وسرينيفاسان، ش.، 2004. فولاذ ووتز الأسطوري في الهند، والمواد المتقدمة للعالم القديم . بنغالور: المعهد الوطني للدراسات المتقدمة: المعهد الهندي للعلوم.
  • ريهرن، ث. وباباخريستو، أ.، 2003. "متشابهان كالأبيض والأسود: مقارنة بين بوتقات صناعة الصلب من آسيا الوسطى وشبه القارة الهندية". في: ث.، ستولنر وآخرون (محررون) الإنسان والتعدين  :  دراسات تكريمًا لجيرد فايسجيربر بمناسبة عيد ميلاده الخامس والستين . بوخوم  : المتحف الألماني للتعدين، 393-404.
  • ريهرن، ث. وباباخريستو، أ. 2000. "التكنولوجيا المتطورة - عملية فرغانة لصهر فولاذ البوتقة في العصور الوسطى". ميتالا 7.2، 55-69. سرينيفاسان، ش.، 1994. "فولاذ البوتقة: موقع إنتاج تم اكتشافه حديثًا في جنوب الهند". معهد الآثار، جامعة كوليدج لندن، 5، 49-61.
  • سرينيفاسان، ش.، وغريفيثس، د.، 1997. فولاذ البوتقة في جنوب الهند - دراسات أولية على البوتقات من بعض المواقع المكتشفة حديثًا. في: جيه آر، دروزيك، جيه إف، ميركل، جيه، ستيوارت، وبي بي، فانديفر (محررون) قضايا المواد في الفن وعلم الآثار الخامس: ندوة عُقدت في الفترة من 3 إلى 5 ديسمبر 1996، بوسطن، ماساتشوستس؛ بيتسبرغ، بنسلفانيا: جمعية أبحاث المواد، 111-125.
  • سرينيفاسان، إس. وغريفيثس، د. فولاذ ووتز جنوب الهند: دليل على وجود فولاذ عالي الكربون من بوتقات من موقع تم تحديده حديثًا ومقارنات أولية مع الاكتشافات ذات الصلة . قضايا المواد في الفن وعلم الآثار-5، سلسلة وقائع ندوة جمعية أبحاث المواد، المجلد 462.
  • سرينيفاسان، إس. ورانغاناثان، إس. ووتز ستيل: مادة متطورة من العالم القديم . بنغالور: المعهد الهندي للعلوم.
  • وايمان مايكل ل. علم المعادن الحديدية في الساعات القديمة . المتحف البريطاني 2000
  • ويليامز، آلان (3 مايو 2012). السيف والبوتقة: تاريخ صناعة المعادن للسيوف الأوروبية حتى القرن السادس عشر . بريل. ISBN 978-90-04-22783-5.