Billetta Damasco Wootz Medusa

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Aldebaran
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Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da Aldebaran »

Buongiorno a Tutti!

questa è una billetta di "Wootz" prodotta da Noi del Duo Medusa.

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Chimicamente non è paragonabile al Wootz originale, perché sfortunatamente la reale tradizione legata alla tecnica per la produzione di lame simili e' andata persa. Inoltre, per rendere fattibile la costruzione di una lama da rasoio realmente funzionante, siamo dovuti scendere a compromessi, attingendo comunque il più possibile dagli studi del Prof.Panseri.

La chimica più o meno precisa del Wootz è esplicitata in questi due testi ( ovviamente con bibliografia ):

1 e 2.

Quindi vi è la presenza in lega di elementi tra i quali annoveriamo C, Fe, Cr, V, Mn, Si, impurità di zolfo e fosforo.

La nostra billetta contiene i medesimi elementi in queste percentuali ( approssimativamente ):

C= 1,2 %
Cr= 0,5 %
V= 0,1 %
Mn= 0,6 %
Si= 0.2%
0,09% di impurità tra zolfo e fosforo.
Ag (Argento appunto) = 0,3% per aumentare la temprabilità dell'acciaio
( vedremo poi cosa significa e perché abbiamo inserito nella chimica della billetta questo elemento). Inoltre, tale aggiunta ci è stata suggerita da Altus, che ha letto e scritto anche degli articoli sul damasco Wootz, presenti sul forum.

Quindi, in definitiva, se si eccettua la presenza di Argento come elemento, la nostra billetta dovrebbe essere molto simile ( il condizionale è d'obbligo in questi casi ), come chimica, al damasco Wootz di secoli fa.

Per forgiarla abbiamo utilizzato la forgia a carbone, ponendo all'interno rottami di "ferraccio" (0,1% di carbonio, quindi materiale identificabile come ferro), e di 52100 ( acciaio da cuscinetti). Infine, pezzi di un'antica cornice in argento. Questo sistema non ha comportato, questa volta, da parte nostra, l'uso dell'ossido ferrico (pasta per coramella rossa) che, unendosi al carbonio ( in eccesso) sviluppa monossido di carbonio che "evapora via", permettendoci di ottenere un acciaio con la giusta quantità di carbonio per avere una lama forgiabile e lavorabile, in generale, ( quindi con non oltre l'1.6% di carbonio).
Il silicio lo abbiamo desunto direttamente dalle sabbie della forgia che permangono li in seguito a lavorazioni passate. Inoltre, abbiamo aggiunto olivina e pirite ferrosa che ho preso io a Timanfaya.
Il 52100 contiene la quantità "giusta" di carbonio e gli elementi in lega ne determinano una sorta di stabilità durante la sistematica aggiunta di rottami e tranciatura di essi durante la continua fucinatura.

La billetta è stata normalizzata tre volte, quindi lasciata raffreddare quasi completamente in forno; l'ultima volta in vermiculite, per 24 ore, fino a competo raffreddamento.

La forma è stata data tramite una nostra pressa idraulica e tramite forgiatura.

La struttura a "chicco di riso" ottenuta è la stessa che si può osservare negli autentici cimeli in Damasco Wootz.

Ma perché, fondamentalmente, non è mai stato realizzato un autentico rasoio a mano libera funzionante in Damasco Wootz :?:

I problemi sono tre; i primi due erano già conosciuti, al terzo abbiamo fatto caso Noi del Medusa.

1. La struttura a "chicchi di riso" prima citata. I chicchi di riso non sono altro che zone decarburate della billetta in acciaio nelle quali, durante i processi di lavorazione del Wootz, il carbonio è andato disperso. Vi è rimasto solo il ferro. E' impossibile stabilire, durante le varie forgiature, se i chicchi di riso finiranno o meno sul filo, compromettendone la tenuta, l'affilatura, l'omogeneità, ovvero tutte le caratteristiche indispensabili che deve possedere una lama di rasoio per essere definita tale.

La statistica in questo caso ci può essere di aiuto... Ma come :?:

Tutto parte dallo studio delle "vacanze" e quindi dalla Diffusione di Atomi ( che compongono anche gli elementi sopra citati ) in un solido. I principi che a Noi interessano per sapere come "riempire" le zone decarburate nei pressi del filo in modo da ottenere una lama omogenea fanno riferimento alla diffusione di tipo interstiziale, che ci permette e ci ha permesso di studiare e ottenere anche la struttura dentritica in un acciaio da "crogiolo". (Esempio).
Capita, statisticamente, che due atomi vicini, indipendentemente dall'atomo interstiziale, durante le loro normali vibrazioni in sede di trattamento termico, ne eseguono una di ampiezza maggiore, tanto da distanziarsi e permettere il passaggio dell'atomo interstiziale ( nel nostro caso, di carbonio ), ovviamente solo se questi si trova a vibrare in quella direzione.
A bordo grano bisogna fare una statistica tra gli atomi di bulk e gli stessi presenti sui bordi di grano appunto(nell'ambito dei fenomeni di trasporto,regolati dalla termodinamica, il bulk indica la parte del fluido (o del solido) abbastanza lontana dalle regioni del fluido stesso in cui avvengono gli scambi di materia, quantità di moto e calore, da non percepirne gli effetti, cosa che rappresentano appunto le parti decarburate del nostro acciaio). L'idea mi è venuta ripensando agli studi di bulk micromachining (lavorazione meccanica del bulk su silicio) durante la costruzione di MEMS (Micro Electrical Mechanical System).* La statistica descritta è stata studiata tramite il software R disponibile anche gratuitamente.
Si parla di bordo di grano invece quando si fa riferimento ai componenti di una struttura policristallina che costituiscono la superficie dei grani (cristallini) del sistema.

2. Temperatura di tempra del Wootz. La temperatura di tempra del Wootz è un processo non particolarmente difficoltoso da attuare, ma richiede attenzione. La temperatura non deve essere troppo elevata (intorno agli 870 gradi centigradi), altrimenti la struttura si sfalda,e neppure troppo bassa; al contempo, si devono portare gli elementi in soluzione affinché questi concorrino ad ottenere buone qualità di taglio e tenuta del filo. In generale, è sempre consigliabile,per le lame da rasoio, fare ricotture, e distensioni e normalizzazioni successive,attuare una tempra ad alta temperatura ( austenitizzazione ), spegnimento drastico e rinvenimento specifico a seconda del tipo di acciaio. L'argento aggiunto alla billetta fa si che si migliori la penetrazione di tempra che, con lo spegnimento drastico, concorrerà ad avere una durezza buona e profonda, e un "cuore" della lama molto tenace. A temperatura più bassa, ma comunque sufficiente per un acciaio bassolegato del genere, per ottenere le migliori prestazioni ci vengono in aiuto gli studi compiuti sull'acciaio M390 temprato in maniera differenziale**.(Vedere anche lo studio del Majorana sul cambiamento del punto di fusione quando una sostanza viene immersa in un campo magnetico,Erasmo Recami,Majorana-Appunti Inediti di Fisica Teorica/Volumetti).
In questo caso ci è venuto in aiuto lo studio dei Ferromagnoni. Essi riescono a temperature più basse, essendo delle vibrazioni, a non alterare la particolare struttura dentritica del Wootz visibile anche ad occhio nudo. Poichè l’energia dei ferromagnoni cresce al crescere del vettore d’onda, alle temperature sufficientemente basse sono eccitati solo i ferromagnoni di grande lunghezza d’onda. Sono questi stati eccitati di bassa energia a determinare le proprietà termodinamiche del cristallo alle basse temperature.

3. Caratteristiche tecniche Le caratteristiche tecniche di una lama in Wootz (resilienza,durezza,tenacità,ecc) possono essere mediocri. Il motivo per cui abbiamo utilizzato l'acciaio 52100 oltre ai motivi sopra citati è perché, conoscendo gli studi compiuti da Lundberg e Palgren sui ciscinetti, abbiamo più probabilità di conferire alla nostra billetta e al nostro rasoio futuro "stabilità" in termini di peculiarità sopra citate, pur rimanendo con una formula chimica il più possibile simile al Wootz Antico.

Non so se riusciremo a fare un rasoio del genere, ma almeno ora sappiamo di più rispetto ad altri studiosi della struttura della materia più "intima" del Wootz.

Grazie e buon proseguimento,
Aldebaran&Co.


*Se mettiamo un sistema policristallino in condizioni di reagire, senza dubbio i componenti del bordo di grano reagiscono per primi perché hanno un’energia libera maggiore.La superficie si comporta come una fase vera e propria: questo approccio ci consente di spiegare i fenomeni di segregazione superficiale: alcuni componenti del bulk vengono richiamati dalla superficie e segregati su di essa. Questo genere di fenomeno può esserci molto utile in talune circostanze e perciò è importante conoscerlo per poterlo sfruttare al meglio. Il primo risultato
storico derivante dall’impiego di questa conoscenza sono gli acciai inox. Gli acciai inox sono dei materiali che portano all’esasperazione sia il concetto di segregazione superficiale che quello di reattività superficiale. Gli atomi di ferro sulla superficie di una normale lega Fe – C reagiscono molto facilmente con l’O2 dell’aria dando diversi ossidi, ma reagiscono anche dando altre specie come i carbonati. La reattività che si osserva in questo caso è anche maggiore di quella che ci si aspetterebbe, e questo si spiega bene con quanto abbiamo detto a proposito dei componenti del bordo di grano.
Quando abbasso la temperatura si inibiscono sia il bulk che la superficie, ma a rallentare di più sono gli atomi del bulk, che hanno un’energia
d’attivazione più elevata. Per cui il contributo degli atomi di superficie si fa sentire di più e addirittura sorpassa quello di bulk, tanto che da quel momento l’andamento è diverso. Lo stesso avviene per la diffusione dei solidi policristallini, nei quali ho superfici a bordo di grano. Tutti gli atomi, al bordo di grano, sono più reattivi e diffondono meglio. Prima di diffondere, un atomo deve
rompere i legami che lo tengono vincolato in quella posizione, ed in seguito formarne altri. La diffusione, quindi, costa energia, ma costa di più nel bulk, perché dobbiamo spostare oggetti che sono più stabili rispetto a quelli sul bordo di grano. Quindi, ad alte temperature, la diffusione corrisponde ad un fenomeno essenzialmente di bulk; quando, invece, la temperatura è bassa, la diffusione preferisce aver luogo lungo i bordi di grano, dove rischia di fare un percorso più lungo, perché il bordo di grano è una superficie estremamente frastagliata. Ciononostante, il processo è più veloce perché l’energia d’attivazione è più bassa. Questo è il motivo per cui gli atomi sulla superficie e quelli sui bordi di grano sono più reattivi; infatti, anche se lo stato attivato è, grosso modo sempre uguale, l’energia di partenza è più elevata per gli atomi in superficie, per cui non si ha la necessità di fornire al sistema una gran quantità d’energia. In termini
di reattività, comunque, a reagire sono più numerosi gli atomi di bulk, ma solo per motivi statistici, essendo quest’ultimi in numero molto maggiore rispetto agli atomi in superficie, i quali, però, reagiscono più velocemente. In conclusione, si può affermare che a temperatura ambiente, non si vede l’effetto di superficie. L’effetto di superficie si nota quando abbassiamo la temperatura, in quanto il termine esponenziale pesa di più. Diminuendo la temperatura, il sistema ha minor energia.


**L'M390 è stato il primo rasoio al mondo in acciaio inossidabile (martensitico da polveri di terza generazione per la coltelleria) ad essere temprato in maniera differenziale. Infatti, il trattamento termico di un acciaio da coltelleria si suddivide in ricottura, tempra e rinvenimento. Un acciaio inossidabile come quello utilizzato per costruire il rasoio in foto necessita di due ricotture, tempra in , rinvenimento,criogenia,rinvenimento,il tutto in atmosfera controllata. L'Hamon,quindi la linea di tempra, si può ottenere solo su acciai "semplici" dal punto di vista chimico, che richiedono temperature "basse" in modo che la creta che si pone sulla lama venga fatta saltare al momento giusto durante lo spegnimento in olii o altro e non prima. Inoltre,gli acciai inossidabili richiedono necessariamente una trattamento uniforme, a differenza dei più "semplici".Questo acciaio è stato ricotto due volte, temprato a laser,e portato a spegnimento con conseguente criogenia in più step (perfezionando una nostra tecnica già utilizzata per altri loro rasoi);criogenia,vista come un proseguo dello spegnimento. Tutto in atmosfera controllata. Poi è stato portato in bottega per fare il rinvenimento. Posto il rasoio in un forno elettrico , con dentro del ferrofluido,che funge anche da isolante e quindi riduce la decarburazione,e acceso il forno,si sono attivati dei magneti.Posto il rasoio in verticale nel forno,immerso nel ferrofluido,i magneti hanno confinato tramite campo magnetico (ovviamente) l'acciaio contenuto nel ferrofluido.Questi si è depositato su una parte della lama,quest'ultima si è riscaldata in un punto in una maniera e in un punto in un'altra e,precipitati i carburi del cromo,si è formata la linea di tempra,poi messa in luce con il cloruro ferrico.Il duo Medusa si è spirato a reattori nucleari di tipo Tokamak per attuare questo artificio.

Bibliografia:

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1. M. Sache, Damascus Steel, Myth, History, Technology Applications (Düsseldorf, Germany: Stahleisen, 1994).
2. B. Bronson, "The Making and Selling of Wootz," Archeomaterials, 1 (1986), pp. 13-51.
3. W. Rostoker and B. Bronson, "Pre-Industrial Iron, Its Technology and Ethnology," Archeomaterial Monograph No. 1 (Philadelphia, PA: Archaeomaterials, 1990), p. 127.
4. L.S. Figiel, On Damascus Steel (Atlantas, FL: Atlantas Arts Press, 1991).
5. C.S. Smith, A History of Metallography, Chapters 3 and 4 (Cambridge, MA: MIT Press, 1988).
6. C.S. Smith, "Damascus Steel," Science, 216 (1983), pp. 242-244.
7. J. Wadsworth and O.D. Sherby, "Damascus Steel-Making," Science, 216 (1983), pp. 328-330.
8. J.D. Verhoeven and D.T. Peterson, "What is Damascus Steel?" Mat. Char., 29 (1992), pp. 355-341.
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10. P. Anossoff and O. Bulatakh, Gornyj Journal (2) (1841), pp. 157-318.
11. N.T. Belaiew, "Uber Damast," Metallurgie, 8 (1911), pp. 449-456; "Damast, seine Struktur und Eigenschaften," Metallurgie, 8 (1911), pp. 699-704; "Damascene Steel," J. Iron and Steel Inst., 97 (1918), pp. 417-439.
12. J. Wadsworth and O.D. Sherby, "On the Bulat-Damascus Steel Revisited," Prog. Mat. Sci., 25 (1980), pp. 35-68.
13. B. Zschokke, "Du Damasse et des Lames de Damas," Rev. Met., 21 (1924), pp. 635-669.
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17. J.D. Verhoeven, A.H. Pendray, and E.D. Gibson, "Wootz Damascus Steel Blades," Mat. Char., 37 (1996), pp. 9-22.
18. J.D. Verhoeven et al., "Microsegregation and Banding in Hypereutectoid Steel: Damascus Steel," ISS Trans., 25 (in press).
19. E.M. Taleff et al., "Pearlite in Ultrahigh Carbon Steels: Heat Treatments and Mechanical Properties," Met. Mat. Trans. A, 27A (1996), pp. 111-118.
20. J.D. Verhoeven and E.D. Gibson, "The Divorced Eutectoid Transformation (DET) in Steel," Met. Mat. Trans. A, 29A (1998), pp. 1181-1189.
21. D.T. Peterson, H.H. Baker, and J.D. Verhoeven, "Damascus Steel, Characterization of One Damascus Steel Sword," Mat. Char., 24 (1990), pp. 355-374.
22. Massalski, "Preparation de l'acier Damasse en Perse," Ann. Du Journal des Mines de Russie (1841), pp. 297-308.
23. H.T.P. J. duc de Luynes, Memoire sur la Fabrication de l'acier Foundu et Damassee (Paris: 1844).
24. C. Panseri, "Damascus Steel in Legend and Reality," Gladius, IV (1965), pp. 5-66.
25. R.A. Grange, "Effect of Microstructural Banding in Steel," Met. Mat. Trans. A, 2 (1971), pp. 417-426.
26. L.E. Samuals, Optical Microscopy of Carbon Steels (Metals Park, OH: ASM, 1980), pp. 154-161.
27. S.W. Thompson and P.R. Howell, "Factors Influencing Ferrite/Pearlite Banding and Origin of Large Pearlite Nodules in a Hypoeutectoid Plate Steel," Mat. Sci. Tech., 8 (1992), pp. 777-784.
28. R. Grossterlinden et al., "Formation of Pearlite Banded Structures in Ferrite-Pearlite Steels," Steel Research, 63 (1992), pp. 331-336.
29. P.T. Craddock, "Cast Iron, Fined Iron, Crucible Steel: Liquid Iron in the Ancient World," Prehistory of Mining and Extractive Metallurgy, ed. P.T. Craddock and J. Lang (London: British Museum, in press).
30. H. Maryon, "Pattern-Welding and Damascening of Sword-Blades-Part 2," J. of Intern. Inst. for Conservation of Hist. and Art Works, 5 (1960), pp. 52-60.
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Aldebaran
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da Aldebaran »

Ciao a tutti!

abbiamo effettuato i test di durezza Rockwell sulla billetta di Damasco Wootz. La durezza varia dai 50 ai 57 HRC.

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Seppur è idonea e corrisponde, convertendo l'unità di misura da Rockwell a Brinell ( quest'ultima si usa per misurare la durezza pre-trattamenti termici ), a quella di una billetta di ottimo inox da coltelleria*, in realtà la durezza è troppo variabile. Dovremo quindi fare due ricotture e ripetere le tre Normalizzazioni. La durezza maggiore si riscontra nei pressi delle imperfezioni. Questo perché è li che si accumula maggior tensione, la struttura si "accavalla" come dei nervi del corpo umano, quelle zone rimangono compatte e più dure, ma più fragili e, come la ghisa, sopportano bene i grossi carichi.

* Come previsto in teoria, ed esplicitato nel post precedente, il Wootz ha peculiarità simili agli acciai inox che sono dei materiali che portano all’esasperazione sia il concetto di segregazione superficiale che quello di reattività superficiale.
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Trepassate
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da Trepassate »

Grazie Andrea di condividere queste vostre esperienze.
Complimenti!
Pasquale

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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da kratos*86* »

Bellissimo post!! Continua ad aggiornarci. La curiosità è la fame di nozioni e notizie è sempre alta :D
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da antower71 »

è molto interessante leggere di sviluppi e progressi in questo campo, bisogna essere determinati e visionari, complimenti!!!
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Aldebaran
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da Aldebaran »

Trattamenti termici di Ricottura e Normalizzazioni della billetta visibili qui (la billetta è diventata a-magnetica a 780 gradi).
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da Aldebaran »

Vorrei ringraziare pubblicamente Gene per avermi fornito molti articoli riguardanti il damasco Wootz, spero di approfondire l'argomento con lui al raduno nazionale perché mi è sembrato molto ferrato in materia, è proprio il caso di dirlo :lol: :lol: .
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da Aldebaran »

Trattamento termico del rasoio Medusa in Damasco Wootz da Noi creato. Il rasoio lo mostrerò meglio la prossima volta!

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Notare che la temperatura di tempra non è alta, onde evitare di rovinare la struttura dell'acciaio.
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da rasoazero »

La latta dell'olio con sonde e ssr è una camera termostatata? A cosa serve? Grazie
Non datemi mai più del coglione, basta complimenti!
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da Aldebaran »

La latta con l'olio ( misto di olii riscaldati a 50 gradi), quella da dove vengono fuori le fiamme, per intenderci, serve per fare lo spegnimento, dopo aver portato il rasoio a temperatura di austenitizzazione ( 800 gradi circa nel caso di un rasoio in damasco Wootz ). Quella più grande è invece un forno elettrico a temperatura controllata, che ha solo l'esterno di latta. Serve per fare i trattamenti termici. La billetta di acciaio è stata già distesa in vari modi in precedenza, quindi oggi abbiamo attuato la tempra e il rinvenimento. Grazie a te!
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da Aldebaran »

Foto del rasoio in costruzione

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misura 6/8 di media

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il rasoio è molto duro, data l'alta presenza di carbonio, quindi emette poche scintille ( quasi nulle )

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Ringrazio tutti per i complimenti su Facebook e un grazie speciale a Gene per i documenti sul Wootz che ci ha inviato. Ci ha trasmesso la sua passione ed esperienza.
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da nortis »

Sempre più grandi... Progetto particolarmente affascinante. "il vero damasco"... bravissimi
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Gene
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da Gene »

E' stato un onore condividere con voi tali informazioni :D
Mi fa molto piacere che il Duo Medusa sia riuscito a concludere e a realizzare un tipo di acciaio che ha segnato la coltelleria del XIX secolo
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Re: Billetta Damasco Wootz Medusa

Messaggio da Aldebaran »

Qualche altra foto del rasoio ...

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dopo il trattamento con cloruro ferrico diluito, limone e ammoniaca ( per simulare l'urina ) questo è il risultato preliminare:

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Digressione sulle rondelle

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Qui , nella sezione autocostruzione manici- manico per il Damasco Wootz Medusa, ho parlato di rondelle in ottone legato con manganese, alluminio e stagno.
Ultimamente stiamo studiando ( dato che Franco si occupa anche di modellismo aereonautico ) anche delle leghe leggere per le rondelle. Abbiamo deciso di andare di pari passo con la ricerca metallurgica applicata alle lame. Dato che utilizziamo leghe in acciaio particolare e trattamenti termici specifici utilizzati anche in aereonautica, utilizzeremo, anche per le rondelle, leghe leggere usate anche per l'ingegneria aereospaziale con trattamenti termici dedicati.

Questo particolare alluminio, ad esempio

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E' stato fabbricato in Russia. Contiene silicio. Il silicio è vincolato all'alluminio tramite il magnesio. E' simile alla lega ergal utilizzata per l'industria aereospaziale e , per rendere migliori le loro prestazioni meccaniche, è stato aggiunto anche il rame. Per quelle senza rame, in futuro, abbiamo previsto un indurimento per precipitazione.

Grazie e buon proseguimento,
Aldebaran&Co.
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