摺疊鍛造

將現代伍茲鋼7J的化學性質和顯微特徵與其古代類似物加以比較的計劃，長期以來受到一種令人難以理解的障礙的阻撓。博物館館藏的大馬士革鋼刀是珍貴的藝術品，很少會捐獻給科學家對其內部結構進行檢驗。然而。1924年歐洲收藏家Henri Moser將四把寶劍捐贈給了冶金學家B．Zschokke。他將它們切斷後進行化學和顯微結構分析。

總體成分大體如下：

TableIV. Chemical Analysis ofSevenWootz Damascus Blades*

Element7 9 10 Old B Figiel Voigt Kard

C 1.71 1.41 1.79 1.51 1.64 1.00 1.49

Mn 150 ＜100 300 100 200 500 100

P 1,010 980 1,330 950 1,620 260 1,440

S 95 60 160 53 85 115 90

Si 350 500 500 470 460 975 500

Ni 600 400 700 ＜100 180 ＜100 200

Cr ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100

Mo ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100

Cu 1,750 900 1,830 330 780 300 900

Al ＜10 ＜10 10 12 8 25 30

V 145 50 270 40 40 ＜10 60

Nb ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100

Pb ＜10 ＜10 ＜10 ＜10 10 10 40

Sn ＜10 10 ＜10 ＜10 ＜10 15 ＜10

Ti 9 11 6 13 16 7 19

Zr ＜10 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10

B ＜1 ＜1 ＜1 ＜1 2 ＜1 ＜1

Ca 19 17 15 11 2 13 ＜1

*All analyses are in parts per million by weight, except C, which is in weight percent

當然，決定這種花紋鋼硬度和韌性的原因不是簡單的化學元素配比，其微觀結構才是我們最關心的。當年得到的一些剩餘斷片後來被送到瑞士伯爾尼博物館，而我有幸得到該博物館捐贈的一部分斷片進行研究。當我對這些珍貴的樣品進行檢驗時，我發現它們含有稱之為滲碳體的碳化三鐵(Fe3C)顆粒帶。這些顆粒直徑通常為6—9微米。它們呈完美圓球形並緊密地羣集為間隔30—70微米的帶狀物，這些帶狀物與鋼刀表面平行排列，像木板內的紋理一樣。當用酸腐蝕鋼刀時，這些碳化物在深色鋼基體中表現為一些白色線條。正如樹木的年輪在鋸斷的木頭上產生出特徵性渦旋花紋圖案—樣，碳化物帶中的波紋正是在鋼刀表面上產生出複雜精細波形花紋圖案的原因。這些碳化物顆粒極其堅硬。據認為鋼中有較有彈性的軟基體和堅硬的帶狀物，使大馬士革鋼刀既有堅硬的刀刃又有柔韌的刀身。

我首先試圖徵大學實驗室內重現伍茲大馬士革鋼的顯微結構，可是我不久就意識到我必須與精通兵刃武器鍛造工藝的人一道工作。技藝高超的刀匠A1fred H．Pendray一直在獨自研究大馬士革鋼這一難題,他在一個燒煤氣的爐子中煉製小塊鋼錠並把它們鍛造成刀的形狀，他經常獲得驚人地接近精良的古代刀劍的顯微結構。

我們於1988年開始合作。Pendray年輕時從父親那裏學習到一種馬掌鐵技藝，並且對鍛造鋼的技藝有深入而長期的瞭解。但是為了再現一種技藝，我們還必須用準確的科學數據支持我們的理論並密切地關注我們的實驗細節。1993年，我的一位衣阿華州立大學學生和我一起去了佛羅里達州蓋恩斯維爾附近的Pendray鍛工車間、在那裏我們安裝了計算機監控的熱電偶和紅外線高温計，以便記錄下我們所嘗試的熔鍊與鍛造過程的温度。

首先我們設法採用WadsWorth和Sherby提出的方法制作鋼幾但是我們未能重現出大馬土革鋼刀的內部結構或者表面波形花紋圖案。後來經過長達7年的探索，我們研製出一種工藝，Pendray能夠經常用它製出再現的伍茲大馬土革鋼刀，還能複製出被稱之為穆罕默德梯子的花紋圖案【見51頁圖】、人們曾在一些最精美的古代穆斯林實物樣品中發現過這種花紋圖案。在這種花紋圖案中，波紋沿着刀的長度方向排列在一種梯狀結構中；這種梯狀花紋被認為是穆斯林忠實信徒昇天之路的象徵。我們的工藝類似於早期研究人員所介紹過的一般方法、但是具有關鍵性的差異。我們在一個封閉坩堝中製作出一小塊具有精確組分的鋼錠，然後將它鍛造成刀的形狀。我們的成功——並且這種成功使我們能夠比我們的前輩們前行得更遠—一一主要取決於鋼中的鐵、碳和其他元素(例如釩和鉬，它們被我們稱之為雜質元素)的混合情況、坩堝焙燒的温度和時間，以及反覆鍛造作業中所使用的温度和技巧。