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Metallicam gladii
Este post está destinado a hablar sobre la metalurgia de las armas, más precisamente, de las espadas de acero. En esta ocasión hablaré sin entrar en mucho detalle, terminaríamos con un libro si nos ponemos a hablar de las estructuras del acero como cementita, ferrita, et cætera, y de todos modos, siento que hay mejores personas que yo para hablar de eso. Así que este post sólo pretende dar un esbozo general de cómo funcionan las cosas de forma simplificada.
Vale la pena notar que en este post se hablan de ciertos porcentajes de la composición química del metal, pero están dados más que todo de forma ilustrativa. La razón de esto es que estos valores pueden variar según ámbitos, piezas, métodos de producción, et cætera, sobretodo cuando hablamos en el ámbito de la producción por medios artesanales (que es a lo que me dedico principalmente).
Lo primero que debemos hacer es definir a qué nos referimos con acero y con hierro. Primero hablaremos del hierro puro o elemental. Este es un elemento químico que junto a determinadas cantidades de otros elementos conforma los materiales conocidos como ferrometales. Entre los ferrometales, los más conocidos son el acero y lo que coloquialmente es llamado hierro lo cual, curiosamente no es un pedazo de hierro elemental.
Para hablar más de los ferrometales tenemos que hablar de los otros elementos. Estos pueden tener diversos efectos, por ejemplo, un contenido del 12% de cromo hace que el metal se vuelva inoxidable y resistente a la corrosión, aunque también lo debilita en algunos aspectos mecánicos.
Por otro lado, cuando hablamos de ferrometales, por lo general el elemento más importante es el carbono. Dependiendo de su concentración, la dureza y resistencia del metal se puede ver afectada, al igual que los efectos del tratamiento de temperatura. Y es aquí donde podemos hablar de diferencias entre el acero y lo que suele llamarse hierro.
Cuando el contenido de carbono se encuentra en un porcentaje bajo (menor al 0,4%) y agrupado en ciertas áreas, sin interactuar con los átomos de hierro, estamos hablando de algo llamado hierro de forja (o dulce). Debido al aislamiento del carbono, este metal se comporta de forma similar a la del hierro elemental puro. Este metal es bastante fácil para forjar y es relativamente blando en comparación con los otros ferrometales, lo cual lo hace muy resistente. Esto en referencia a que, si bien es cierto que no se requiere mucha fuerza para deformarlo, su tendencia es a deformarse sin generar fallas. Es necesario ponerlo bajo muchas tensiones para hacer que se parta.
En el extremo opuesto tenemos el hierro colado. Este es un ferrometal que contiene una cantidad de carbono muy alta, por lo general se considera que es del 2% en adelante, aunque en algunos ámbitos se considera que empieza al 1% o 1,2% (sobretodo en lo que respecta a la forja manual). Esta cantidad de carbono lo hace extremadamente duro y dificulta su forja. Por este motivo, al usarse para crear objetos metálicos lo más común es derretirlo para luego darle forma vertiéndolo (o colándolo) en moldes mientras está en su estado líquido (de ahí su nombre). Este metal, al ser tan duro es extremadamente rígido y se resiste a ser deformado, por lo que al ser sometido a una fuerza notable su tendencia es a resistir o quebrarse por completo.
Finalmente, está el acero. El término acero por lo general se utiliza para definir a los ferrometales que tienen un contenido de carbono inferior al del hierro colado, pero que dicho carbono está entremezclado con los átomos de hierro, en lugar de estar aislado en «bolsillos» como sucede en el hierro de forja. De acuerdo a la cantidad de carbono, el acero se clasifica entre aceros de bajo (menos de 0.3%), medio (0.3% a 0,8%) y alto carbono (0,8% en adelante). Los aceros con un contenido de carbono de 0.4% o más pueden recibir ciertos tratamientos de temperatura que afectan enormemente las propiedades del metal.
Producción del acero
El acero se produce usando las fuentes naturales que contienen hierro, como por ejemplo, arena negra o ciertas rocas con un cierto contenido de hierro elemental, estas fuentes son llamadas mineral de hierro. Una vez se recolecta suficiente mineral de hierro, este se introduce en un horno y se agrega combustible (por lo general carbón, en hornos tradicionales). Vale la pena notar que los primeros hornos no lograban llegar a la temperatura necesaria para derretir el hierro dentro del mineral. Sin embargo, basta con derretir todo lo demás (la arena o la roca en que se encuentra), con esto es suficiente para que la escoria (“lo demás”) fluya mientras que las partículas de hierro empiezan a agruparse. Cuando el hierro se encuentra a altas temperaturas, tiene la tendencia a quedarse pegado, es decir, genera una soldadura con otros cuerpos de hierro, esto hace que las partículas se agrupen en una bola de metal (llamada esponja de hierro), y atrapan el carbono liberado por el combustible.
Esto es lo que sucedía en los hornos de forja más antiguos que debido a las dificultades tecnológicas no producían una temperatura alta. El problema es que el resultado de este proceso incluye muchas impurezas del mineral original (principalmente el silicio de la arena o las rocas) y la distribución del carbono es muy desigual.
Por otro lado, los hornos más avanzados lograban una temperatura suficientemente alta para que el metal se derritiera completamente. Esto hacía que la distribución del carbono fuera más homogénea y que la escoria pudiera retirarse con mayor facilidad.
En cualquiera de los dos casos, se obtenía una u otra forma de acero. Sin embargo, en el caso de los hornos que no lograban fundir por completo el acero, era necesario realizar ciertos procesos para reducir las impurezas y hacer que el carbono se distribuya de uniformemente. Uno de los más famosos es el laminado, el cual consiste en usar calor y un martillo para extender y doblar sobre sí mismo varias veces el metal. Por lo general esto se realizaba poniendo trozos de acero de diferente contenido de carbono de acuerdo al contenido y dureza deseados. Este proceso, a la vez que ayudaba a hacer uniforme la distribución de carbono, extraía parte de las impurezas a los golpes (literalmente). Lastimosamente, este proceso no elimina del todo las impurezas y tiene ciertos problemas, como por ejemplo, se corre el riesgo de atrapar burbujas de aire las cuales empezarían a oxidar el metal desde el interior y a la vez, deshacer la unión entre las capas de metal.
Este método fue el avance que permitió hacer el acero suficientemente viable como para desplazar al bronce, sin embargo eventualmente se volvió casi obsoleto con la aparición de los hornos altos, los cuales lograban la fundición completa del mineral de hierro. Estos hornos permitían obtener de forma eficiente un metal de alta pureza (para la época), aunque era común hacerle algo de laminado, ya que por un buen tiempo el proceso no era perfecto.
Tratamiento por temperatura
Estos son una serie de procesos en que se pasa el material trabajado por distintas temperaturas para obtener diversas propiedades, a continuación explicaré los tres procesos más usados.
Endurecimiento
Este es el proceso por el cual el acero es llevado a su temperatura crítica (por lo general esto es cuando alcanza un color naranja brillante) y posteriormente es enfriado súbitamente, comúnmente dándole un baño en agua o aceite. El resultado de este proceso es un acero que posee una alta dureza y rigidez, lo cual a su vez resulta en una tendencia a ser quebradizo.
Recocido
Este proceso consiste en calentar el metal a temperatura crítica y luego enfriarlo lentamente, comúnmente dejándolo en el horno de forja y dejar de alimentar el fuego para tener un proceso de enfriado más lento y controlado. El resultado es un acero que carece de las tensiones internas causadas por el trabajo mecánico o térmico realizado. Esto resulta en un metal relativamente blando y fácil de trabajar.
Revenido
Este proceso se realiza en una pieza de acero que ha sido endurecida. Consiste en calentar nuevamente la pieza de metal, pero esta vez sin llegar a temperatura crítica, y luego dejarlo enfriar lentamente, como si se estuviera haciendo un recocido. Este proceso produce un acero flexible, el cual al ser puesto bajo fuerzas notables, se deforma pero trata de volver a su forma original, a diferencia de los otros dos que se fracturan o se deforman permanentemente.
Templado
Este término es una molestia porque es definido de forma distinta por diferentes profesionales. En algunas ocasiones se utiliza el término “templado” para referirse al endurecimiento, en otras, al revenido, otros para referirse a cualquier tratamiento térmico, y en ocasiones para la combinación de endurecimiento y revenido. A mí en lo personal, me parece que usar el término para referirse al el proceso conjunto del endurecido y revenido es lo más adecuado, ya que en mi opinión, se acerca más a la intención original con que se creó el término… SIN EMBARGO, prefiero simplemente utilizar los términos que están bien definidos y evitar confusiones.
