Камасите и Тэнит

Камасит и тэнит — это сплавы железа и никеля, встречающиеся (на Земле) только в метеоритах. Состав камасита находится в диапазоне от 90:10 до 95:5 Fe:Ni. Состав тэнита составляет от 20% до 65% никеля.

Камасит, в частности, может образовывать массивные кристаллы. Кристалл камасита, приведенный здесь в таблице 1, имел размеры 0,92x0,54x0,23 метра и массу 303 кг; много материала, чтобы сделать целую партию мечей. Нахождение этих кристаллов означает, что вы нашли предварительно смешанный сплав. Больше нет необходимости плавить, чтобы смешать сплав. Кристалл можно напрямую превратить в меч обычными методами. Температура плавления как камасита, так и тэнита существенно не отличается от температуры железа, поэтому обычные методы изготовления мечей, соответствующие периоду времени, будут действительны.

твердость

Твердость – это сопротивление лезвия деформациям . То есть при приложении силы насколько устойчив материал к деформации. Более твердое лезвие прорежет более мягкое (дерево или кость), не затупившись.

Оба этих сплава имеют преимущество в твердости по сравнению с обычным железом. Исследование 22 сидеритов (железо-никелевых метеоритов) показало их твердость в Таблице 1 здесь . Для сравнения мы можем использовать это исследование кованого железа, взятого с 10 мостов, построенных в Массачусетсе в 1800-х годах.

Средняя твердость по Роквеллу B 24 образцов метеорита составляет 81; в то время как среднее значение для 53 компонентов моста составляет 58. Верхний предел 95% для мостового железа составляет 72; 92% образцов метеорита имели твердость выше этой. Для сравнения с более современными материалами в базе данных matweb.com содержится информация о 176 типах высокоуглеродистой стали . Средняя твердость по Роквеллу B составляет 95,7 в диапазоне 43-100.

Rockwell B — это тест на твердость для более мягких материалов, поэтому он не подходит для более твердых материалов. Например, разница в теоретической твердости между 95 и 100 намного больше, чем разница между 40 и 50 по шкале Роквелла. Для лучшего теста на высокую твердость исследование метеорита также включает шкалу Бринелля .

Средняя твердость по Бринеллю составляет 169, но с верхним пределом 330. 9% образцов имеют твердость выше 230. Эта разница в твердости может быть результатом того, что кристаллы находились в ударном и неударном состоянии. Кристаллы без ударов, очевидно, имеют твердость примерно на 50% выше, согласно утверждению Википедии, которое я не могу проверить.

Необработанное железо имеет твердость по Бринеллю 110-120. Это основной материал, из которого изготавливается меч, поэтому сплав камасита может начинаться в два-три раза тверже чистого железа.

Стандартной мерой для лезвий является тест Rockwell C. Твердость по Роквеллу C для трех лезвий из дамасской стали примерно 1750 года дана как 23, 32 и 37. На этой диаграмме эти значения преобразованы как 240, 300 и 340 по шкале Бринелля. Сводная диаграмма ( График 1 здесь ) показывает примерную среднюю твердость лезвия 8 мечей, которая преобразуется в 130, 170, 180, 190, 210, 260, 400 и 440 по шкале Бринелля.

Для современных материалов чугун имеет твердость по Бринеллю от 183 до 234, а высокоуглеродистые стали от 163 до 600, в среднем 262 (более 207 различных типов). Таким образом, можно найти метеоритный сплав, который тверже некоторых современных высокоуглеродистых сталей и столь же тверд, как лезвия из высококачественной дамасской стали. Возможно, 10% железо-никелевых метеоритов, которые вы найдете, будут иметь высокую твердость без ударов. Современная инструментальная сталь, выкованная для лезвия типа Дамаск, имела твердость более 700.

Прочность

Прочность – это способность противостоять деформации. Интеграл прочности по расстоянию деформации представляет собой ударную вязкость. Хотя твердый клинок может не деформироваться при ударе о каменную стену, он может сломаться. Прочное лезвие деформируется (получая надрезы или слегка изгибаясь), но не ломается. Данные для кривых напряжение-деформация для образцов метеорита недоступны (по крайней мере, для меня), поэтому вместо ударной вязкости я использую прочность при сопоставимых деформациях.

Железо - никелевый метеорит Гибеон был вытянут в стержень с пределом прочности на растяжение 392 МПа и пределом прочности на сжатие 373 МПа. Для лезвия меча прочность на сжатие и растяжение будет одинаковой. Для необработанного метеоритного сплава камаситовый метеорит, найденный в каньоне Диабло , имел предел текучести при сжатии 424 МПа при сжатии 0,2% (это означает, что он деформировался только на 0,2% своего первоначального размера); прочность на растяжение должна быть одинаковой.

Сравнение здесь проводится с современным чугуном с пределом прочности на растяжение менее 276 МПа. Высокоуглеродистые стали имеют предел прочности при растяжении от 161 до 3200 МПа, в среднем 1010 МПа по 219 типам. Отношение прочности на растяжение к прочности на сжатие может варьироваться в зависимости от применения.

Кованое железо , сваренное вручную , изготовленное и зарегистрированное в 1920-х годах, имело предел прочности на растяжение около 165 МПа при растяжении 0,2%. Образцы мостов имели средний предел текучести 230 МПа; все образцы показали растяжение ниже 0,2%. Исследование изделий из железа, изготовленных в копии кузницы 10 века, имело предел текучести от 300 до 500 МПа с относительным удлинением от 0,05% до 0,4%. Было обнаружено, что древние стальные мечи Wootz имеют предел текучести в диапазоне 800-1500 МПа. Было обнаружено, что современные стали, выкованные в многослойные дамасские стали, имеют предел текучести около 1200 МПа при удлинении 1,3%.

В целом, мы можем видеть, что прочность на сжатие метеоритного железа недостаточна по сравнению с современными материалами или лучшей дамасской сталью, но конкурентоспособна со средневековыми кузнечными изделиями.

Вывод

Сплавы, найденные в железно-никелевых метеоритах, обладали свойствами, которые сделали бы их конкурентоспособными в качестве материалов для изготовления лезвий. Что касается твердости, необработанные метеоритные кристаллы имели твердость, равную лучшим лезвиям из дамасской стали, близкую к лучшим из любых лезвий и значительно выше, чем у кованого железа или чугуна. Этот материал необработан; сырой сплав имеет преимущество в твердости в два или три раза по сравнению с необработанным железом. Предположительно существует процесс закалки и отпуска, который может увеличить твердость сырья еще в два или три раза, так же как древние стальные лезвия в четыре раза тверже необработанного железа.

Прочность выше, чем у изделий из железа, которые обычно используются в повседневном использовании, но не так высока, как у лучших доступных сталей. Прочность эквивалентна изделиям из железного меча, изготовленным по технологии 10 века.

В целом, я думаю, что вы могли бы разумно ожидать, что «правильный» метеор из сплава железа и никеля будет содержать большие предварительно сплавленные кристаллы, из которых можно выковать мечи. Этот сплав, если его правильно отжечь (благодаря удаче, помощи богов или тому, как кузнец приобрел нужные знания), сделал бы клинок достаточно прочным, чтобы его можно было использовать, но тверже, чем все, что было доступно до 19 века.

Не делайте космическое железо лучше. Сделать все остальное железо хуже.

Почитайте о низкофоновой стали . Неужели все земное железо чем-то заражено и менее полезно, чем мы думаем о железе?

Когда-то в прошлом произошло катастрофическое событие, которое чем-то заразило все железо. Возможно, проснулись Старшие Боги, и их присутствие вызвало распад или порчу всей стали или железа.

Только метеориты, приземлившиеся с тех пор, остаются свободными от этого несовершенства.

Как и в случае со сталью с низким фоном, вы можете утверждать, что предметы, уже перекованные в сталь, были защищены от этой порчи, что делает метеориты и реликтовые мечи предков жизнеспособными, но все, что выковано новое, плохо.

Из метеоритного железа можно сделать очень хорошее оружие, вы можете купить его прямо сейчас. В средневековый период в большинстве мест не производили хорошую оружейную сталь. Многие мечи (где качество стали и стиль изготовления важнее, чем в острие топора или наконечника копья) были получены всего из нескольких мест/кузниц, или, по крайней мере, металл был получен из нескольких областей, которые могли производить качество. сталь меча. Таким образом, ни один старый кузнец не смог бы выковать качественный меч, даже если бы у него был правильный основной металл.

Так что для вас область, в которой находятся герои, просто не имеет запасов железной руды хорошего качества, и никто на самом деле не знает, как рафинировать то, что у них есть (посмотрите на тигельную сталь, японскую сварку по шаблону и дамасскую сталь для примеров очень техники). производство стального меча в конкретном месте/месте). Таким образом, метеоритное железо из нескольких метеоров с правильными металлическими компонентами вполне может быть единственным источником качественной стали для меча.

Получить большую часть вашего железа из метеоров было бы проблематично, это означало бы, что тектоническая активность самой планеты, а также ее конструкция существенно отличаются от земных, и множество падающих метеоров, отлагающих металлы, имеют тенденцию не благоприятствовать окружающей среде. подходит для развитой цивилизации (или любой цивилизации, на самом деле). Очевидно, что вы можете управлять этим с помощью магии (может быть, луна с высоким содержанием металлов была разрушена в древней войне и обрушилась на планету дождем?) или просто полностью проигнорировать это. В вашем мире, или, по крайней мере, в той области, в которой происходит история, наземные залежи железа очень скудны, поэтому метеоритные залежи активно разыскиваются и за них борются.

Конечно, в этой области мечи, вероятно, не были бы особенно популярны, и другое оружие было бы более распространенным (что в целом было верно для большей части исторического средневекового периода в любом случае), мечи, которые были вокруг, были бы лелеемыми семейными реликвиями, а приемы боя на мечах были бы заветными. ограничено теми дворянами, у которых есть доступ к мечам в первую очередь.

Стоит также отметить, что истоки сверхъестественных свойств «холодного железа», вероятно, начинаются задолго до железного века, когда метеоритное железо, даже плохого качества, вероятно, превосходило бронзовый металл, используемый всеми остальными. Мало что говорит о том, что метеоритное железо превосходит то, что мог изготовить средневековый кузнец в хорошей мастерской, у которой был доступ к хорошему земному железу.

Иридиевое железо: Чэндэит.

http://www.galleries.com/Chengdeite

На самом деле чэндэит уступает только минералам, более обогащенным иридием и/или осмием; в частности, минералы иридий, осмий и иридосмин, сплав иридий/осмий. Иридий с расчетной плотностью 22,65 грамма на кубический сантиметр, вероятно, является самым плотным элементом, известным человеку.

Иридий чаще встречается в метеоритах, чем в земной коре, вероятно, потому, что он настолько чертовски плотный, что любой иридий на планете находится в комке в центре ядра. Высокое содержание иридия в геологическом слое в конце мелового периода намекнуло на возможное падение метеорита. Иридий в три раза плотнее железа и в три раза твёрже . Он настолько твердый, что его очень трудно обрабатывать; насколько я понимаю, иридиевые сплавы в основном используются для штампов, которые не изнашиваются при обработке огромного количества стальной проволоки.

Ваш меч из иридиевого железа будет подобен луку Одиссея или молоту Тора — в три раза тяжелее, чем кажется, и поэтому для владения им потребуется сверхъестественная сила. Чрезвычайная твердость означала бы чрезвычайную остроту, и я подозреваю, что точильные камни, подходящие для земного оружия, не смогут заточить этот небесный меч — вам понадобится гранат или, может быть, сапфир.

Ваш метеоритный меч будет очень тяжелым, очень острым и почти не затупляемым.

У @kingledion лучший базовый ответ на реальность. Я видел фантастический кроссовер Беовульфа. Где разбившийся космический путешественник выковал часть корпуса своего корабля, чтобы уничтожить инопланетного монстра (Грендала), сбежавшего с разбившегося корабля. Разбившийся космический корабль можно легко представить как падающую звезду. И в зависимости от конструкции космического корабля его корпус может превосходить стандартное железо/сталь.

http://www.imdb.com/title/tt0462465/

Примечание . Это, скорее всего, алюминиевый сплав или титан на основе современных земных космических технологий. Однако мне не удалось найти конкретные сплавы, используемые в космическом челноке.

Основное преимущество метеоритного железа в том, что оно намного чище, чем подавляющее большинство земных источников, а удаление примесей является единственным самым большим ограничением прочности ранней стали. Действительно трудно производить качественную сталь, когда вы не знаете, что содержится в железе, особенно такие вещи, как кремнезем, оксиды и углерод, которых очень мало в метеоритах, богатых железом. Ковка все та же (может быть, немного проще, так как вам не нужно делать чрезмерную складывание), но гораздо проще превратить руду в пригодный для использования металл. Лучшее сырье часто приводит к лучшему готовому продукту, сталь имеет одинаковые свойства во всем, а не смешанный беспорядок, полный слабых мест.

По сравнению с современной сталью метеоритное железо — дерьмо, но для производства современной стали нужна индустриализация и передовая химия. По сравнению с болотным железом и блюмовой сталью того времени это прекрасно, и до тех пор, пока не будут обнаружены передовые методы плавки (тигельная сталь, ~ 8 век) и высококачественные руды, это лучшее доступное сырье. Таким образом, примерно до 6-8 века метеоритное железо было бы лучше всего и оставалось бы лучше, чем большинство других в течение некоторого времени после этого.

Металлургия и биология спешат на помощь: у обычных врагов ваших персонажей сильная аллергия на никель (или какая-то другая очень плохая биологическая реакция на него).

Метеоритный железо, несмотря на название, на самом деле представляет собой сплав железа с никелем. Даже в реальном мире люди с аллергией на никель часто испытывают проблемы с ношением никелевых сплавов. Если у ваших врагов особенно ужасная реакция на никель, то метеоритное железо (не говоря уже о чистом никеле) будет для них по существу ядовитым. Более реалистичная кожная аллергия может все еще присутствовать у некоторых людей и даже вызывать подозрения.

Если ваша культура отражает средневековую Европу, то у них, вероятно, нет технологии для плавки или выплавки никеля: требуемые температуры просто слишком высоки. Они могут даже не понимать, что никель — это отдельный металл. Но влияние метеоритного железа на врага, отравленного никелем, было бы слишком очевидным и могло создать репутацию метеоритного железа как могущественного убийцы врагов, даже несмотря на то, что относительно низкий уровень технического прогресса не позволяет им создавать свои собственные.

Перенесите свою цивилизацию в бронзовый век. Железа (или стали) не существует, кроме того, что падает с неба.

Никто даже не знает, что такое "железо", что оно может быть из земли или как его добывать из земли (гематит и магнетит)

Металлические метеориты состоят из сплавов железа и никеля. Железо производят из земных руд уже несколько тысяч лет, но никель достать довольно сложно. Мы не изолировали его здесь до 1750-х годов. В метеоритном железе содержится в среднем 10% никеля, но в некоторых случаях может быть 25% и более. Кобальт является основным другим компонентом в количестве около 0,5%.

Никелевые стали обладают несколькими желательными свойствами. Вы можете производить низкоуглеродистую сталь с содержанием никеля в несколько процентов, которая имеет значительно более высокую упругую деформацию и деформацию разрушения, чем нелегированная сталь. При этом модуль Юнга не меняется, поэтому материал в конечном итоге обладает более высокой прочностью и ударной вязкостью. Это также будет несколько противостоять коррозии. Крайний пример, если это называется мартенситностареющей сталью, содержащей 15-25% никеля (но больше кобальта, чем почти все метеориты), которая может иметь замечательную прочность при высокой ударной вязкости для аэрокосмических применений. Фольга для спортивного фехтования также изготавливается из соответствующей стали по устойчивости к излому.

Если вы используете сталь с очень высоким содержанием никеля, ее можно сделать из нержавеющей стали. Он будет достаточно мягким, поэтому не является материалом для лезвия, но вы можете покрыть им меч и сделать его в основном устойчивым к коррозии. Он останется ярким и четким даже во влажной среде. Это было бы довольно удивительно для средневековых людей.

Если вы хотите немного расширить астрофизику, то несколько более высокое содержание Co в метеоритах вполне вероятно. С помощью достаточно мудрого волшебника (металлурга) производство этого материала может быть правдоподобно со средневековой инфраструктурой. Термическая обработка и контроль примесей будут важными знаниями. Вы можете создавать метеориты в качестве исходного материала для мартенситностареющей стали.

Это будет превосходная сталь для сердечника меча с замечательной прочностью и ударной вязкостью. В нем мало углерода, поэтому он не очень закален, поэтому кромка должна быть приварена кузнечной сваркой из высокоуглеродистой стали. Это было бы особенно ценно в контексте, когда трудно производить высокоуглеродистую сталь (что справедливо для большинства средневековых обществ).

Этот материал хорош для мечей, но он был бы великолепен для доспехов. Особенно пластинчатые доспехи, где требуется устойчивость к изгибу. Именно для этого он используется в ракетах и ​​самолетах.

Я думаю, что крутая концепция — применить людей с современными знаниями (волшебников) к низкотехнологичному средневековому обществу и посмотреть, на что они способны.

Здесь уже есть несколько хороших ответов, но как насчет этого:

Другого железа на планете нет.

Таким образом, метеоритное железо — это единственное железо, из которого опытные кузнецы могут сделать сталь, которая, очевидно, превосходит бронзовое оружие, доступное в противном случае. В мире, где не существует стали, ее прочность, твердость и устойчивость казались бы чем-то волшебным.

Большая часть метеоритного железа также содержит различное количество никеля. Железо-никелевые сплавы представляют собой нержавеющие стали с разным уровнем коррозионной стойкости и, как правило, менее хрупкие, чем обычная сталь.

Можно добавить несколько других микроэлементов для дальнейшего повышения различных степеней коррозионной стойкости, защиты от ржавчины или ударной вязкости.

Одним из способов сделать такое оружие желанным было бы использование ваших мечей. У врагов есть едкая кровь? Возможно, метеоритные лезвия не превращаются в ничто после смертельного (кровавого) удара.