Smideskonstens hemligheter

Den skapades runt år 1040, på en tio kvadratmeter stor berghäll vid Ramsundsberget nordost om Eskilstuna. Den är världens största runristning, och den berättar om hur ond bråd död följer i guldets spår.

Här ser vi hur hjälten Sigurd först dräper draken Fafne och sedan sin fosterfar, den falske smeden Regin, som tänkt mörda Sigurd och själv lägga vantarna på drakens skatt av ädla metaller. Det hela är som en tecknad actionserie, fast från vikingatiden och ristad i sten.

Ur arkeologisk synvinkel är det kanske inte berättelsen som är det intressantaste (operavänner känner säkert igen historien från Wagners Nibelungens ring), utan det faktum att på ristningen visas alla Regins redskap – elden, städet, tången, hammaren och blästerbälgen. Samma verktyg som smeder världen över använt sedan forntiden till våra dagar.

Trots att den största delen av periodiska systemets alla grundämnen är metaller kände man under antiken bara till sju – guld, silver, järn, kvicksilver, tenn, koppar och bly. Metallerna associerades med Olympens gudar och himlakropparna men också med magi och rikedom.

Hårt arbete

I naturen förekommer metallerna vanligtvis i form av oxid- och sulfidmineral. Det krävdes en hel del uppfinningsrikedom, hårt arbete och stark hetta för att forn­tidens bergsmän skulle kunna locka fram de åtråvärda metallerna ur malm. Svårast och mest energikrävande att framställa, men samtidigt den mest användbara metallen, var järn. Arkeologerna hävdar att den första järnframställningen skedde i Mindre Asien ungefär 1 400 år f Kr.

Den tidigaste metoden för järntillverkning bestod av en grop i marken där järnmalm hettades upp tillsammans med brinnande träkol. För att komma upp i så hög temperatur som behövs för att reducera oxidmalmen, måste stora mängder luft tillsättas med hjälp av blåsbälgar. Råjärnet som bildades kunde sedan hamras ut och formas.

I Afrika tillverkades i tusentals år små mängder järn på detta sätt. Den traditionella kostsamma järnproduktionen upphörde när de vita kolonisatörerna kom och spillde järnföremål runt sig var de än drog fram. Men de vitas järn var sämre än det afrikanska. Kolonisatörernas järn rostade lätt. Det gjorde inte det silikathaltiga afrikanska.

Järn var starkare än någon av de andra kända metallerna, och det gav militära fördelar när det användes till vapen och rustningar. I folksagor från många länder berättas det om oövervinnerliga svärd smidda av mytiska smeder som Hefaistos eller asatrons Volund.

I den nya boken Metaller, hantverkare och arkeologi berättar Gustav Trotzig om metallframställning och metallbearbetning genom tiderna.

I princip finns två sätt att forma metall: genom smide, då man hamrar ett upphettat metallstycke till önskad form, och genom gjutning, då man häller smält metall i en form av sand eller lera.

När en metallsmälta stelnar bildas kristaller eller korn. Det är storleken och strukturen hos dessa korn som ger metallen dess hållfasthet och andra egenskaper. Metaller med stora rena korn är vanligtvis mjuka, till skillnad mot finkorniga metaller. Genom upphettning, bearbetning med hammare och snabb eller långsam avkylning kan man förändra kristallstrukturen och ge metallen önskade egenskaper.

Genom att blanda, legera, olika metaller kan man också få fram ämnen med nya egenskaper. Man utgår från en basmetall och tillsätter ett eller flera legeringsämnen. De kan vara substitutionellt lösta, vilket innebär att deras atomer placerar sig på samma plats som basmetallens i kristallstrukturen, eller de kan vara interstitiellt lösta, och i stället placera sig i mellanrummen mellan basmetallens atomer.

I bägge fallen förändras basmetallens kristallstruktur, vilket påverkar legeringens hårdhet och töjbarhet. Tillsätter man en smula koppar till silver blir materialet både hårdare och får lägre smältpunkt än de ingående metallerna var för sig.

Om man blandar en metall med hög smältpunkt med en med låg, som att bilda brons av koppar och tenn, uppstår problem vid gjutning. Allt eftersom metallen svalnar rättar atomerna in sig i en kristallstruktur. Det gör att det gjutna föremålet krymper och materialet blir poröst där det svalnar sist.

Högre tennhalt på ytan

För att undvika detta kan man låta ingötet, den kon som bildas där man häller den smälta metallen i gjutformen, ha en sådan storlek att den behåller värmen längst och stelnar sist. Då hamnar porositeten i konen i stället för i det gjutna föremålet.

Oftast stelnar metallen i utkanterna först och sedan längre in. Det gör att de ingående metallerna inte blir jämnt fördelade. I ett gjutet bronsföremål blir tenn­halten högre på ytan än inuti.

Metallframställning krävde länge stora mängder träkol, både för uppvärmning och för reducering av malmen. Stenkol gick inte att använda för järnframställning. Det innehöll svavel som gjorde järnet sprött. Eftersom det var ont om träkol blev järnet dyrt.

Men så kom det tekniska genombrottet 1709. Den engelske bruksägaren Abraham Darby i Coalbrookdale kom på att han kunde kola stenkol till koks och sedan använda koksen i stället för träkol i masugnarna. Och stenkol fanns i överflöd i England.

Med ens blev järn billigt. Darbys metod blev starten för den industriella revolutionen. Järn kunde nu användas till maskiner och allt från broar till fartyg där trä, sten eller andra material tidigare använts. Och när träkolet inte längre behövdes räddades skogarna från total skövling.

Fotnot: En dansk vitvarutillverkare har tagit Sigurds svärds namn. I Kolding på Jylland tillverkas numera en stor mängd oövervinnerliga spisar och kylskåp under firma­märket Gram.