Значение металлургии в развитии человеческой культуры и общества. Металлургия древнего мира

История развития металлургии

Несмотря на названия периодов эволюции первобытного общества, металлургия начинает свое развитие еще в каменном веке. Самые древние потуги человека в металлообработке датируются историками шестым столетием до нашей эры. Соответствующие археологические находки, свидетельствующие об этом, были обнаружены на Пиренейском полуострове, на Балканах (в Сербии и Болгарии), в британском Стоунхендже. Правда, возраст всех этих находок установить бывает не всегда легко.

Разумеется, свои первые опыты в металлургии древний человек проводил с легкоплавкими металлами: серебром, оловом, а также железом метеоритного происхождения. Обработка металлов с более высокой температурой плавки была просто невозможной в те далекие времена. Так, в III тысячелетии до н.э. египтяне научились изготавливать довольно неплохое оружие из метеоритного железа, которое ценилось далеко за пределами Древнего Египта. Эти прочные клинки очень скоро нарекли «небесными кинжалами».

Около 5500 лет назад человечество вступает в новую эпоху своего развития – Бронзовый век. Этот переход ознаменовался несколькими важными достижениями. Во-первых, человек научился извлекать олово и медь из горных пород. Во-вторых, ему удалось получить абсолютно новый сплав – бронзу. Однако дальнейшее развитие металлургии нуждалось в более технологичных и более сложных процессах, а потому – затормозилось на более чем два тысячелетия.

Принято считать, что технология получения железа из рудного тела впервые открылась хеттам – народу, обитавшему в Малой Азии и неоднократно упомянутому в Библии. Случилось это примерно в 1200 году до нашей эры. Именно с этой даты и начинается Железный век в развитии общества.

Следы развития черной металлургии можно увидеть в различных исторических культурах: в Древней Греции и Риме, Египте и Анатолии, Карфагене, Древнем Китае и Индии. Не лишним будет отметить, что многие из техник и методов обработки металла были изобретены китайцами, а уж затем все они были освоены европейцами. Речь идет, в частности, о выплавке чугуна, изобретении доменной печи или гидромолота. А вот лидерами в сфере ковки металлов и горнорудной добычи, как выяснили недавно исследователи, были древние римляне.

История развития металлургии в Африке, Юго-Восточной Азии и Австралии

Как развивалась металлургия в других регионах Земли? Известно, что во второй половине I тысячелетия до нашей эры на территории Юго-Восточной Азии уже активно применяли орудия труда из кричного железа. Вначале это были биметаллические изделия, а немного позже они изготавливались целиком из железа.

Население Древнего Китая тоже было знакомо с биметаллическими вещами. Для их производства применялось железо метеоритного происхождения. Первые сведения о подобных изделиях в Китае датируются VIII веком до н.э. А вот к середине первого тысячелетия до нашей эры в этой части света начинается производство настоящего железа. Именно китайцы первыми освоили технику получения чугуна, и сделали они это намного раньше, чем европейцы.

Африканский регион тоже внес свою значимую лепту в общемировой процесс развития металлургии. Именно в Африке изобрели цилиндрический горн для производства стали, который не был известен другим народам мира. Многие историки уверены, что африканцы научились производить железо абсолютно самостоятельно, без каких-либо влияний извне. Около 2600 лет назад железо уже появилось в ряде стран и территорий «черного континента»: в Судане, Ливии и Нубии. Отдельные африканские племена, как предполагают исследователи, и вовсе «перескочили» из каменного века – сразу в железный.

В общем и целом, производство железа в Африке было полностью освоено в пределах второй половины I тысячелетия до н.э. Любопытно, что производство меди здесь освоили даже немного позже. И если из меди на этом материке делали украшения, то из железа изготавливали исключительно орудия труда.

Что касается «южной земли» – материка Австралии, то здесь черная металлургия начала развиваться только в период Великих географических открытий (в XVI-XVII веках).

Особенности развития металлургии в Америке

Для Нового Света было характерным существование сразу нескольких центров ранней металлургии. Один из таких очагов находился в Андских горах, которые славятся богатыми рудными полезными ископаемыми. Первым металлом здесь стало золото. Кроме того, в Андах производили изделия из серебра. На территории современного государства Перу во второй половине II тысячелетия до н.э. был получен сплав серебра с медью – тумбага, который стал необычайно популярен в Южной Америке.

В Центральной Америке люди познакомились с металлом лишь в первом тысячелетии до нашей эры. Причем, его сюда привезли. Племена майя освоили ремесло получения металла только к VII столетию нашей эры. Однако к этому времени их цивилизация уже подходила к своему закату.

Первым металлом Северной Америки стала медь. Затем здесь научились делать железо (вначале метеоритное, а немного позже – кричное). Это случилось в первом тыс. до н.э., причем, западные районы континента в этой сфере развивались намного быстрее.

Изобретение сыродутного процесса

Один из самых древних способов получения железа называется сыродутным (от слов «дуть» и «сырой»). Печи рыли прямо в земле, как правило, на склонах рельефа. В небольшие горна с железорудной породой поступал (задувался) сырой (холодный) воздух. На ранних этапах освоения данного способа воздушная тяга была естественной, но позже ее заменили искусственной – воздух в печи стали нагнетать.

Дно печей засыпали углем, сверху слоями клали руду и уголь. Последний во время своего горения выделял окись углерода – газ, который выполнял функцию восстановления окислов железа. Стоит отметить, что при сыродутном способе железо не столько плавилось, сколько «варилось», так как этот процесс создавал температуру, недостаточную для плавки железа (около 1200 градусов по Цельсию). Исходя из этого, «вареное» железо в виде губчатой массы, напоминающей тесто, располагалось на дне печи. Эта масса, как правило, включала в себя многочисленные примеси и остатки угля (правда, в отдельных случаях шлаки отводили из печи по специальному желобу).

Чтобы производить из такого субстрата какие-либо изделия, приходилось вначале извлекать из крицы посторонние примеси. Делалось это при помощи ковки – холодной и горячей. В конечном итоге, можно было получить кричное железо для последующего использования.

«Изобретение» сыродутного метода железного производства, как предполагают историки, произошло при непосредственной выплавке свинца или меди. Как известно, этот процесс сопровождался добавлением в плавильные печи не только угля и соответствующей руды, но и гематитов. И именно по такому сценарию, скорее всего, и были получены человеком первые крицы железа. Вполне возможно, что печи по выплавке меди просто напросто плавно превратились в сыродутные печи.

Так сложилось, что получить медь или олово намного проще, нежели железо. Даже не смотря на то, что медные и оловянные руды в природе встречаются гораздо реже, чем железные. Именно поэтому сыродутный процесс оказался очень важным этапом в развитии черной металлургии. Эта технология постоянно улучшалась: с помощью усовершенствования дутья или увеличения размеров печей. Однако все эти улучшения не решали главную проблему: кричное железо практически не содержало в себе углерода, а значит, оно не могло конкурировать с бронзой. Вещи из него были недостаточно твердыми, в сравнении с изделиями из бронзы. Именно по этой причине железо в те времена использовалось в большей мере для изготовления украшений. В производстве железа просто необходимо было что-то менять.

Освоение технологии цементации и закалки железа

Следующий виток прогресса в развитии металлургического дела заключался в возникновении технологии так называемой «цементации», а также закалки и термического отпуска железа. С освоением этих трех процессов связано начало полноценного Железного века.

Под цементацией подразумевается процесс искусственного насыщения крицы углеродами. Эта технология была освоена человеком в первую очередь. Для цементации кричного железа использовались различные вещества. Вначале кричную массу прокаливали в костном угле, позже – в других веществах с большим содержанием углеродов. Освоение технологии цементации подарило человеку возможность получать первые, хоть и весьма примитивные, образцы стали.

«Цементированное» железо уже выигрывало в сравнении с бронзой по своей твердости. При этом степень насыщения крицы углеродами зависела от температуры нагревания железа.

Вслед за открытием техники цементации был обнаружен эффект закалки. Человек с удивлением для себя обнаружил, что насыщенное углеродами и охлажденное железо становится еще крепче. Для такого охлаждения использовалась вода, снег, либо железо просто оставляли на открытом холодном воздухе. Эффект был даже в последнем случае.

Оба вышеописанных процесса, вероятнее всего, были открыты человеком случайно. Вряд ли древние кузнецы могли объяснить истинную природу этих процессов. Об этом свидетельствуют и найденные письменные источники тех времен. В частности, в них можно отыскать весьма любопытные моменты. Так, факт усиления крепости железа при закалке часто объяснялось фантастическими или мистическими теориями. Например, в летописи из Малой Азии, датированной девятым веком до нашей эры можно найти колоритный способ закалки железа посредством «погружения кинжала» в тело «мускулистого раба». Именно сила раба, по мнению автора данного текста, делало металл более твердым. Не менее интересен и отдельный фрагмент, взятый из «Одиссеи» Гомера, где выжигание глаза циклопа сравнивается с погружением раскаленного железного тесака в ледяную воду. Причем, последнюю процедуру Гомер именует как «лечение топора». Исходя из этого, древние греки, вероятно, не понимали природу процесса закалки металла, но придавали ему особый, магический смысл.

Закаленная сталь имеет один существенный недостаток – это излишняя хрупкость. Существенно снизить ее позволило открытие технологии термического отпуска железа. Данная технология заключается в нагревании изделий до 727 градусов по Цельсию (это граничная температура деформации структуры железа).

Не стоит думать, что освоение технологий цементации, отпуска и закалки железа было одномоментным. На самом деле эти процессы длились около тысячи лет! Но именно открытие и совершенствование этих трех технологий раз и навсегда поставило жирную точку в непримиримой конкурентной борьбе между бронзой и железом.

Развитие металлургии в Средние Века

В эпоху Средневековья плавильные печи уже существенно преобразились. Во-первых, в высоту они достигали двух-трех метров. А во-вторых, они работали при помощи энергии воды: воздуходувы приводили в движение специальные трубы или большие водяные колеса.

В средневековой Европе были распространены так называемые «штукофены» – огромные и высокие печи, которые вывели черную металлургию на новый этап в ее развитии. Эти печи были оснащены 4-х метровой трубой для усиления тяги и водяными двигателями. Иногда мехи приводили в движении несколько рабочих. Железистую крицу извлекали из такой печи раз в сутки. Любопытна история изобретения и проникновения штукофенов в Европу. Изобрели их в Индии еще в первом тысячелетии до н.э. Затем новое изобретение попало в соседний Китай, а оттуда, в VII веке уже нашей эры – в арабский мир. В XIII столетии арабы привезли эти чудо-печи на юг Пиренейского полуострова, откуда они быстро распространились по всей Европе.

По производительности и техническим параметрам штукофен был на голову выше своих предшественников – сыродутных печей. Температура плавки в нем достигалась более высокая, что давало возможность получать полноценный чугун. В сутки штукофен мог выдавать более двух центнеров железа. Правда, чугун из такой установки был, как правило, непригоден. Дело в том, что он оказывался на дне печи, смешиваясь со шлаками. Чтобы очистить его, требовалась ковка, которой чугун не поддавался. Других способов его очистки на то время еще не знали.

Все же, некоторые народы все-таки умудрялись находить применение даже такому, «грязному» чугуну. Индусы, например, изготавливали из него гробы для усопших. А вот в Османской империи из штукофенного чугуна делали ядра для пушечных орудий.

Изобретение печей нового типа – блауофенов

Средневековые металлурги установили важную закономерность: чем выше температура плавления руды в печи – чем больше продукта (железа) можно получить на выходе. После этого открытия они начали пытаться модернизировать свои штукофены: увеличивать высоту труб и налаживать систему предварительного нагрева воздуха. Так в XV веке в Европе появились печи нового вида – блауофены.

Однако модернизированные печи почти сразу же неприятно удивили металлургов. Выход конечного продукта действительно вырос, но вместе с этим, на 20 % повысилось и количество отходов – малопригодного чугуна. Грязное, или, как его еще называли – «свиное» железо так само застывало на дне новых печей. Смешанный со шлаками чугун, как и прежде, был абсолютно не пригоден для литья. Как правило, его пускали на производство кувалд, наковален и прочего грубого инвентаря. Правда, пушечные ядра из блауофенного чугуна выходили более качественными.

Еще один позитивный момент блауофенов – количество стали по краям железной крицы в этих печах существенно увеличилось. Разумеется, это порадовали металлургов. Однако, с другой стороны, отделить такую сталь от кричного железа было очень и очень сложно. И в этой ситуации разные народы пошли по разным путям, решая эту сложную проблему.

 Так, в Индии все силы бросили на усовершенствование техники ковки, чтобы добиться более равномерного распределения углеродов в продукте. И эти усилия дали свои плоды – индусы получили булат – очень прочную и упругую сталь, из которой производилось первоклассное на то время холодное оружие. Булат также производился в Иране и Центральной Азии. Китайцев и европейцев, в отличие от индусов, интересовало вовсе не качество, а количество конечного продукта. Поэтому именно они вскоре открыли так называемый передельный процесс, который невероятно сильно повлиял на развитие металлургии в целом.

Возникновение доменных печей

До 1500 тонн качественного чугуна в день – такое средневековым металлургам даже не снилось. Но это стало обыденной суточной нормой при появлении доменных печей. Благодаря большим размерам, предварительному нагреву воздуха и системе механического дутья, такая печь способна была извлекать железо из рудной массы и превращать его в чугун. Последний при этом выходил наружу в расплавленном виде. Правда, ковка все равно была необходима. Но теперь шлаков было уже намного меньше в массе, а железа – больше. Еще одно достоинство доменной печи заключалось в непрерывности ее работы. Установка функционировала круглые сутки, не останавливаясь и не охлаждаясь.

В XVIII веке в европейской металлургии был открыт еще один процесс – пудлинговый. Он предполагал очищение чугуна в печи с помощью газа, получаемого при сгорании угля или другого минерального топлива. К слову, в Древнем Китае этим способом даже производили сталь еще в Х столетии. При такой технике очистки железистые частицы собирались в комочки. Затем они сваривались в кузнечной или в специальной прокатной машине, и из них получали различные железные заготовки. Пудлинговый метод позволил увеличить производительность железа до 140 кг в час.

Развитие металлургии в XIX и XX веках

Очередной скачок в процессе развития металлургического дела произошел в конце XIX века. В этот период, практически одновременно, в производство металла внедряются три абсолютно новых способа: мартеновский, томасовский и бессемеровский. Все эти методы увеличили объемы производства стали колоссально – до шести тонн в час. Спустя полвека в металлургию внедряют еще более новые процессы. Это, в частности, непрерывная разливка стали и кислородное дутье. Продувание кислородом расплавленного металла в конверторных печах существенно ускорило скорость химических реакций.

История, как известно, движется по спирали. Это касается и истории промышленного производства. Тысячи лет назад человек строил в земле сыродутные печи и получал, с помощью одностадийного метода, качественное и устойчивое к коррозии железо с малым количеством примесей. И сегодня ученые вновь вернулись к технологии одностадийных процессов, развивая метод обогащения руды и производства стали в электропечах.

metallplace.ru

Металлургия древних | Древний мир

В большинстве своём наши современники склонны полагать, что металлургия возникла во времена Древнего Египта и Шумера, где-то в III тысячелетии до нашей эры. Однако историческая наука ныне оперирует совсем другими датами, вплоть до X тысячелетия до нашей эры. Находок за последние годы было сделано немало, и школьные учебники попросту не поспевают за ними.

Журнал: Тайны 20-го века №16, апрель 2017 годаРубрика: Исчезнувшие цивилизацииАвтор: Андрей Чинаев

Чатал-Гуюк: медь из неолита

В 60-х годах прошлого века главной сенсацией в мире археологии стали раскопки холма Чатал-Гуюк в Южной Анатолии, примерно в 40 километрах от современного турецкого города Конья. Раскопки вели сотрудники школы Британского института археологии в Анкаре во главе с доктором Джеймсом Меллаартом. Длились они с 1961 по 1965 год и дали очень богатую коллекцию находок. В 1993 году после перерыва раскопки возобновились и длятся по сей день.Занимая площадь в 12-13 гектаров, из которых к настоящему времени раскопано едва 0,5 гектара, Чатал-Гуюк является самым большим неолитическим поселением Ближнего Востока из известных. Не случайно на страницах научных журналов развернулась оживлённая дискуссия, можно ли считать его неолитическим городом, ведь до обнаружения этого памятника древности считалось, что города — как места компактного проживания большого количества людей — появились на тысячелетия позже. Даже самые «современные» находки, сделанные в толщах этого холма, датируются 5700-5400 годами до нашей эры. Другие на тысячу и более лет древнее.Жители Чатал-Гуюка занимались не только охотой и собирательством. Они уже знали 14 видов культурных растений. Среди них три вида пшеницы, несколько видов ячменя, горох и виноград. Здесь также найдены семена декоративных комнатных растений, украшавших древние жилища. Жители поселения занимались скотоводством. По найденным в ходе раскопок останкам учёные установили, что в составе стада был и крупный, и мелкий рогатый скот: коровы, козы, овцы. Орудия труда и оружие жители Чатал-Гуюка делали преимущественно из обсидиана, и не только использовали их сами, но и обменивали у соседних племён на морепродукты, раковины моллюсков и кремень. Но больше всего археологов удивило то, что в культурном слое Чатал-Гуюка был найден целый набор изделий из меди.Сенсационным стало открытие изделий из меди в погребениях 9-го горизонта памятника, датируемых рубежом VII и VI тысячелетий до нашей эры. Это были украшения — бусы и трубчатые прониз-ки, прикреплённые к краю женской одежды. В более поздних напластованиях, связанных с VI тысячелетием до нашей эры, появились мелкие шильца, проколки, кусочки медной руды. Они дошли до археологов в сильно поврежденном от окисления виде и поначалу не привлекли к себе большого внимания. Меллаарт полагал, что все предметы были изготовлены ковкой из самородной меди, но это всего лишь гипотеза, не проверенная с помощью специальных химико-технологических исследований, пусть и весьма вероятная. Тем не менее, швейцарский археолог Питтиони исследовал микроскопические кусочки медной руды, извлечённой из домов Чатал-Гуюка, и обнаружил в одном из них спёкшиеся шлаковые скопления. По его заключению, такого рода шлак мог быть получен только при преднамеренной плавке меди из окисленных рудных минералов.В древнем поселении также были обнаружены бусины и привески из свинца. Самородки свинца в природе крайне редки и притом очень малы. Поэтому и в древности металлический свинец мог получаться лишь восстановительной плавкой галенита.

Знаете ли вы что…

Чайеню-Тепези: ещё древнее

Чатал-Гуюку не суждено было долго оставаться уникальным местом, связанным с древнейшими находками изделий из металла. Уже в 1964 году американский археолог Р. Брейвуд и турецкая исследовательница Г. Кемпбелл обнаружили ещё одно древнее поселение — Чайеню-Тепези в 40 километрах к северо-западу от турецкого города Диярбакыр у подножия гор Тавр. «Всеобщая история химии» под редакцией Юрия Соловьёва сообщает об этом следующее: «Самым древним свидетельством использования человеком металла служат находки в докерамическом неолитическом поселении на холме Чайеню-Тепези в Юго-Восточной Анатолии (в верховьях реки Тигр). Металлические изделия были найдены в напластованиях холма, возраст которых по радиоуглероду составляет 9200+200 и 8750+250 лет до нашей эры. Это были проволочные булавки, четырёхгранное шило, сверла, бусы и их «полуфабрикаты» из меди, а также не просверленные, но хорошо обработанные бусы. Кроме металлических бус там же были найдены и малахитовые бусы. Было высказано предположение, что все металлические предметы были изготовлены из самородной меди. Однако спектральный анализ шила показал содержание около 0,8% мышьяка, что вносит определённые сомнения о самородном происхождении меди. Остальные же предметы анализированы не были».Холм Чайеню-Тепези находится всего в 20 километрах от Эргани-Маден — широко известного в древности месторождения самородной меди и малахита, не утратившего своего значения и в наши дни. Вероятно, именно оттуда жители поселения черпали сырьё для своих медных изделий. Отечественный исследователь Андрей Скляров обращает внимание на то, что территория месторождения Эргани-Маден изобилует скоплениями медных шлаков, но определить, к какому периоду они относятся, невозможно, так как месторождение эксплуатировалось вплоть до раннеассирийского периода. Специалистам также известно, что в окрестностях Эргани-Маден есть ещё и ряд малых месторождений медных минералов, жилы которых содержат борнит, малахит, азурит и халькопирит.Содержание мышьяка в количестве всего 0,5% считается у металлургов границей между бронзой, полученной плавкой руды, содержащей естественные примеси мышьяка, и искусственно легированной бронзой — то есть бронзой, полученной путём плавки смеси медной и мышьяковистой руд. Так что, помимо наличия поблизости подходящего месторождения медных минералов, ещё и результат анализа упомянутого шила свидетельствует в пользу того, что жители Чайеню-Тепези не только умели выплавлять медь как таковую, а делали самую настоящую мышьяковистую бронзу, существенно более прочную, чем простая медь.

Свидетельства прямые и косвенные

Развитую практику легирования меди мышьяком демонстрируют и находки в Арслантепе — ещё одном древнем поселении на территории Турции в районе Среднего Евфрата. Хотя они официально датируются несколько более поздним временем — начиная с конца IV тысячелетия до нашей эры. Здесь в слоях позднего неолита и раннего бронзового века были найдены сотни металлических находок, скопления руды, металлургических шлаков, каменных кувалд для дробления руды, фрагментов тиглей и литейных форм. Находки сконцентрированы на обширном производственном участке. Анализ руды и металла из Арслантепе указывает, что использовались разные рудные источники, причём некоторые из них находились отнюдь не близко.Найденные там наконечники копий содержали 2,5-3% мышьяка, а мечи — 4,5-5%. Мышьяк фиксировался и в найденных там рудах. Встречены были минералы с повышенным содержанием сурьмы и никеля. Содержание мышьяка в ряде бронзовых изделий достигало 3-10%, чего явно невозможно добиться без искусственных добавок минералов с мышьяком. Все это указывает на плавку медно-мышьяковых минералов и легирование подобными минералами плавок иных руд.В пользу знакомства жителей Анатолийского полуострова с металлами в глубокой древности Андрей Скляров приводит ещё один любопытный аргумент. В 1994 году начались раскопки находящегося в 15 километрах от турецкого города Урфа холма Гёбекли-Тепе. Находки дали сенсационные результаты: ещё в XI-X тысячелетиях до нашей эры жители находящегося здесь древнего поселения знали земледелие и занимались мегалитическим каменным строительством. Для строительства этого они использовали большие каменные блоки. Вес некоторых из них достигал 50 тонн. При этом на столбах-мегалитах найдены выпуклые барельефы. Для того чтобы их сделать, нужно было снять на соответствующую глубину материал по всей остальной площади поверхности столба. Эта непростая даже для наших дней работа явно требовала металлических инструментов. И вряд ли для этого, опять же, могла сгодиться чистая медь. Речь вновь должна идти, скорее всего, о бронзе.

• < Назад
• Вперёд >

bagira.guru

Древний мир бронзового литья: paulus_raul

Для тех, кто только присоединился - данный цикл показывает поступательное развитие металлургии от неолита до ...

До тех пор пока люди не научились использовать железо, цветные металлы и их сплавы были основным материалом для изготовления вооружения, орудий труда, инструментов, предметов домашнего обихода и, естественно, украшений.

Главными металлургическими технологиями были литейные: искусство обработки жидкого металла позволяло получать уникальные бронзовые изделия и бытовые предметы. Именно в эту эпоху появились вещи, сопровождающие человека в его повседневном существовании, и инструменты, являющиеся символами основных технических профессий. Это время получило название бронзового века.

В 2000 г. Япония первой в мире провозгласила себя страной с «рециркуляционной» экономикой. Был принят ряд законов, направленных на максимальное использование вторичных ресурсов, в том числе металлического лома. Принцип «3R» сегодня знает каждый японский первоклассник: это «Recycling» (использование в качестве вторичных ресурсов), «Reuse» (повторное использование) и «Recovery» (восстановление вторичных материалов). Впервые официальное определение приведенных понятий было дано в Постановлении о переработке использованных автомобилей, принятом Евросоюзом в 1997 г. Однако подобные, причем очень строгие, законы о порядке переработки металлического лома существовали во всех великих империях Древнего мира: в Ассирии, Китае, Египте, Риме. Использование технологий бронзового литья и ковки позволяло с успехом воплощать принцип «3R» в древней цветной металлургии.

Древняя цветная металлургия

Ключевыми техническими преобразованиями бронзового века, продолжавшегося в течение двух тысячелетий, принято считать освоение ирригационного земледелия и полного металлургического цикла производства металлов, включавшего добычу руды, выжиг древесного угля, подготовку материалов, выплавку и рафинирование чернового металла, литье, ковку, волочение проволоки, другие виды металлообработки и рециклинг металлолома.

В этот период были освоены технологии выплавки и обработки металлов, получивших название «семь металлов древности»: меди, золота, свинца, серебра, железа, ртути и олова. Общепризнано, что определяющую роль в техническом прогрессе в бронзовую эпоху сыграло появление литых топоров, мечей и мотыг – основных видов орудий труда и оружия. Основой цивилизации стала металлургия меди и бронзы.

Топор. Село Кобан, Северная Осетия. Конец 2-го – начало 1-го тысячелетия до н.э.

Древние металлурги нашли решение проблемы. Было обнаружено, что добавление в шихту в достаточном количестве (около 30 %) красноватого или коричневого материала приводит к увеличению объема выплавки и повышению качества меди. Этим материалом была железная руда в виде гематита или лимонита, часто присутствующая на открытых частях месторождений халькопирита. Добавление железной руды принципиально изменяло процесс выплавки меди. Одним из продуктов реакций восстановления становился монооксид железа. При температуре около 1200 °С он реагировал с SiO2 пустой породы с образованием фаялита (Fe2SiO4), который превращался в основную составляющую жидкого шлака. Таким образом, железная руда играла роль флюса. Такая технология имела определяющее влияние на дальнейшее развитие металлургии. Шлак, образующийся при выплавке меди, практически идентичен шлаку, который позднее получался при выплавке железа в сыродутных горнах.

При использовании сернистых руд требовалось проведение ряда подготовительных операций. Широко практиковалось окисление раздробленной руды на воздухе в течение длительного времени. Благодаря воздействию влажного воздуха и атмосферных осадков руда обогащалась кислородом и теряла часть серы. Важную роль играл предварительный обжиг сернистой руды, при котором происходили выгорание серы и разрыхление руды. Его проводили в кучах, в специально устраиваемых ямах, а также в особых сооружениях – стойлах. Размеры стойл были значительны: их каменные стены достигали 12,5 м в длину и 1,5 м в ширину.

Повышение температурного уровня плавки зависело, прежде всего, от совершенствования техники и технологии дутья. Определяющую роль играло использование естественного дутья – силы ветра. Эффективными были печи, встраиваемые в естественный ландшафт. Они часто строились с подветренной стороны холма, имели соединяющиеся горизонтальный и вертикальный каналы, были обложены камнями и обмазаны глиной. В этом случае достигался «эффект трубы», усиливавший приток воздуха в агрегат. В поду некоторых печей были металлоприемники – углубления для установки горшков, в которые через специальные отверстия стекал металл.

Значительный прогресс последовал вслед за изобретением простейших ручных, а затем и ножных мехов. Они изготовлялись из шкур животных и представляли собой примитивный тип насоса с резервуарами, приспособленными для наполнения их воздухом. Ручные и ножные мехи широко использовались уже в 3-м тысячелетии до н. э. Металлургические печи с искусственным дутьем были, как правило, прямоугольными или цилиндрическими, с толстыми стенками высотой до 1 м, сложенными из камня и изнутри обмазанными глиной, целиком глинобитными или выложенными из кирпича.

Выплавленные из руды слитки меди содержали значительное количество шлаковых включений. Их отделяли ударами молотов. Рафинирование черновой меди осуществляли в тиглях и небольших горнах. При этом на расплавленную черновую медь дутьевыми трубками подавали воздух, основная масса оставшихся в ней примесей, кроме благородных металлов (золота и серебра), окислялась и формировала шлак.

Бронзолитейное искусство

Бронзовый век представляет собой эпоху бурного развития металлообработки. Технология изготовления металлических изделий в это время, как правило, включала совместное применение приемов, как литейной, так и кузнечной технологии, последующие полирование и гравирование изделий.

Сначала применяли литье в открытые глиняные или песчаные формы. Их сменили открытые формы, вырезанные из камня, и формы, у которых углубление для отливаемого предмета находилось в одной створке, а другая, плоская, играла роль крышки. Следующим шагом стало изобретение разъемных форм и закрытых форм для фигурного литья. В последнем случае сначала из воска лепили точную модель будущего изделия, затем ее обмазывали глиной и обжигали в печи. Воск плавился, а глина принимала точный слепок модели и использовалась в качестве литейной формы. Этот способ получил название литья по восковой модели. Мастера получили возможность отливать пустотелые предметы очень сложной формы. Для образования полости практиковалась вставка в формы особых глиняных сердечников – литейных стержней. Несколько позднее были изобретены технологии литья в стопочные формы, в кокиль, в различные формы с креплением литейного стержня на каркасе, литье по выплавляемым моделям и армированное литье.

Древние литейные формы изготовляли из камня, металла и глины. Глиняные литейные формы, как правило, получали путем оттиска в глине специально сделанных моделей из дерева и других материалов. В качестве моделей могли применяться и сами отлитые металлические изделия. Следует отметить, что формы, вырезанные из камня или литые металлические, вследствие их большей ценности не всегда служили для литья изделий, а могли использоваться для изготовления в них легкоплавких моделей. Например, в некоторых районах Англии была отмечена отливка в бронзовых литейных формах свинцовых моделей.

Развитие литейных технологий

Постоянной практикой стала дополнительная проковка отлитых изделий без изменения формы в целях повышения твердости, плотности и эластичности (пластичности) материала. Основным видом изделий, подвергавшихся подобной обработке, являлись орудия труда и некоторые виды оружия – мечи и кинжалы. Ковку использовали в процессе изготовления булавок, которые подвергались также гравированию или чеканке. Такие же приемы обработки применяли и к украшениям.

а. Литье в открытую формуб. Литье в разъемную форму с литейным стержнем

Как отмечалось выше, ранний бронзовый век представлял собой эпоху безраздельного господства мышьяковой бронзы. Олово пришло на смену мышьяку только во 2-м тысячелетии до н. э. Отметим, что технология обработки оловянной бронзы заметно сложнее, так как зачастую требует горячей ковки (хотя и при низких температурах). На поверхности земли минералы олова встречаются достаточно редко. Почему же в позднем бронзовом веке оловянная бронза практически повсеместно вытеснила мышьяковую? Главная причина заключалась в следующем. В древности люди относились к металлическим предметам чрезвычайно бережно ввиду их высокой стоимости. Поврежденные предметы отправлялись в ремонт или на переплавку. Отличительной особенностью мышьяка является возгонка при температуре около 600 °С. Именно при такой температуре проводился отжиг ремонтируемых бронзовых изделий. С потерей мышьяка механические свойства металла ухудшались и изделия, изготовленные из бронзового лома, получались низкого качества. Объяснить это явление древние металлурги не могли. Однако достоверно известно, что вплоть до 1-го тысячелетия до н. э. изделия из медного и бронзового лома стоили дешевле, чем изделия из рудного металла.

Было и еще одно обстоятельство, способствовавшее вытеснению мышьяка из металлургического производства. Пары мышьяка ядовиты: их постоянное воздействие на организм приводит к ломкости костей, заболеваниям суставов и дыхательных путей. Хромота, сутулость, деформация суставов были профессиональными заболеваниями мастеров, работавших с мышьяковой бронзой. Данное обстоятельство находит отражение в мифах и преданиях многих народов: в древнейших эпосах металлурги часто изображаются хромыми, горбатыми, иногда – карликами, со скверным характером, с косматыми волосами и отталкивающей внешностью. Даже у древних греков бог металлург Гефест был хромым.

Оловянная бронза

Олово, необходимое для производства оловянной бронзы, стало последним из семи великих металлов древности, ставшим известным человеку. Оно не присутствует в природе в самородном виде, а касситерит – его единственный минерал, имеющий практическое значение, является трудновосстановимым и малораспространенным.

Тем не менее, этот минерал был известен человеку уже в глубокой древности, поскольку касситерит является спутником (хотя и редким) золота в его россыпных месторождениях. Благодаря высокой удельной массе золото и касситерит в результате промывки золотоносной породы оставались на промывочных лотках древних старателей. И хотя факты использования касситерита древними ремесленниками не известны, сам минерал был знаком человеку уже во времена неолита.

По-видимому, впервые оловянная бронза была произведена из полиметаллической руды, добытой из глубинных участков медных месторождений, в состав которой наряду с сульфидами меди входил и касситерит. Древние металлурги, уже располагавшие знаниями о положительном влиянии на свойства металла реальгара и аурипигмента, достаточно быстро обратили внимание на новый компонент шихты – «оловянный камень». Поэтому появление оловянной бронзы произошло, скорее всего, сразу в нескольких промышленных регионах Древнего мира.

Производство и рециклинг изделий из оловянной бронзы во 2-м тысячелетии до н. э.

В гробнице высокопоставленного египетского чиновника XVIII династии (около 1450 г. до н. э.) найдено изображение технологического процесса получения бронзовых отливок. Трое рабочих под наблюдением надсмотрщика подносят металл. Двое рабочих с мехами раздувают огонь в горне. Рядом изображены плавильные тигли и куча древесного угля. В центре показана операция разливки. Иероглифический текст поясняет, что эти картины иллюстрируют отливку больших бронзовых дверей для храма, и что металл по приказу фараона доставлен из Сирии.

Литье бронзы в Древнем Египте около 1450 г. до н. э.

Основные месторождения олова в эпоху Древнего мира были в Испании, Индокитае, Британских островах, которые греки называли «оловянными» – касситеридами. Кроме того, оловянная руда добывалась на Апеннинском полуострове (этрусками), в Греции (в Хризейской долине около города Дельфы), в Сирии. По мнению большинства историков, своим названием бронза обязана крупному римскому порту Брундизию, через который осуществлялась торговля империи с восточными странами. Однако существует и другая версия, упоминаемая римским историком Плинием, который считал, что название сплава произошло от персидского слова, обозначавшего «блеск меча».

Преимущества оловянной бронзы перед медью, мышьяковой бронзой и латунью заключались в высоких твердости, коррозионной стойкости и прекрасной полируемости. От способности олова повышать твердость бронзы и происходит его современное международное название – «станнум». Отметим, что корень «ст», звучащий в слове «стан» и во многих производных от него словах современных языков, является одним из древнейших общеиндоевропейских корней и обозначает признак прочности или устойчивости.

Зеркало, бритва и маникюрные ножницы

Многие предметы быта и вооружения стало возможно производить только после освоения технологии производства и обработки оловянной бронзы. Это относится, например, к изготовлению длинных мечей, бритвенных ножей и особенно к полированным зеркалам. Можно сказать, что появление оловянной бронзы ознаменовало переворот в древней магии.Особое отношение к зеркалу характерно для всей территории древней Евразии. С помощью зеркала древний человек мог вступать в магические отношения с потусторонним миром: у многих народов существовало представление об отражении лица в зеркале как о выражении духовной сущности человека. В связи с этим нельзя не вспомнить сохранившееся до наших дней поверье, согласно которому разбитое зеркало означает несчастье.

Наибольшее распространение зеркало получило в качестве главного ритуального предмета культа женского солнечного божества. В эпоху античности ручки зеркал обычно выполнялись в виде женской фигуры, держащей над собой зеркало. Зеркало было главным атрибутом богинь Солнца в Иране, Египте, Индии, Китае и Японии. Особое отношение к зеркалу отразилось на выборе металла для его изготовления. Перечень требований, предъявляемых в древности к зеркальному сплаву, включал цвет и блеск, имитирующие солнечный, высокую отражательную способность и нетускнеющую поверхность.

На зеркалах, как ни на одном другом виде бронзовых изделий, можно проследить этапы освоения древними мастерами технологии термической и механической обработки медно-оловянных сплавов. Например, древние греческие, египетские и скифские зеркала, содержащие до 12 % масс. олова, подвергались только холодной ковке. Это не давало возможности достигать высоких параметров твердости и полируемости. Этруски делали зеркала из сплава с 14–15 % масс. олова. Перед холодной ковкой такой сплав необходимо было подвергнуть «гомогенизации». Этрусские металлурги проводили гомогенизацию сплава в течение 4–5 ч при температуре около 650 °С. Поэтому этрусские зеркала обладали прекрасной полируемостью и высокой коррозионной стойкостью. Еще больше олова (до 23 %), содержат золотисто-желтые зеркала сарматов, изготовленные в V–III вв. до н. э. Изделия из такого сплава можно было получить только путем горячей ковки бронзы при температуре «красного каления» (600–700 °С) и последующей закалки в воде. Подобную технологию использовали также в Индии, Китае и Таиланде.

На пороге новой эры практически повсеместное распространение получил тройной сплав меди, олова и свинца. Такие бронзы, содержащие до 30 % олова и до 7 % свинца, являются самыми твердыми и сложными для обработки. Однако они позволяют производить металл с высокой отражательной способностью, а также с прекрасными литейными свойствами и полируемостью. Изделия из такого сплава получили распространение в Китае, Средней Азии и Римской империи, хотя Плиний отмечает, что они имели чрезмерно высокую стоимость и были доступны только очень состоятельным людям.

Кусковая формовка

Уникальные технологии бронзового литья были созданы металлургами Древнего Китая. Известно, что уже во 2-м тысячелетии до н. э. в Китае существовала оригинальная технология литейного производства. В то время, когда металлурги Запада и Ближнего Востока получали сосуды ковкой, литьем в песчаные формы или по выплавляемым моделям, китайцы освоили гораздо более трудоемкий, но и существенно более прогрессивный метод «кусковой формовки».

Технология заключалась в следующем. Сначала из глины изготовляли модель, на которой вырезали требуемый рельеф. Затем получали обратное изображение, напрессовывая пластины глины, кусок за куском, на ранее изготовленную модель. На каждом куске формы выполняли тонкую доводку рельефа. После этого куски глины обжигали, что само по себе требовало виртуозного мастерства, так как не должен был нарушаться рисунок.

Первоначальную глиняную модель зачищали на толщину стенок будущей отливки, получая стержень для формирования ее внутренней полости. Куски формы собирали вокруг стержня, создавая таким образом цельную форму. При этом швы и стыки между кусками формы специально не заделывались наглухо, чтобы в них мог затекать металл. Это делалось для того, чтобы застывший в швах металл приобретал вид изящной кромки, придававшей изделию особый декоративный оттенок. Традиция использования вертикальных литейных швов для украшения изделий стала отличительной чертой китайского металлургического искусства.

Китайские бронзовые вазы

Возможно, ни одна культура бронзового века не соответствует своему названию лучше, чем культура Древнего Китая в период династии Шан Инь (конец 2-го тысячелетия до н. э.). В то время в городах были целые кварталы ремесленников, занятых обработкой металлов, изготовлением оружия и специальных ритуальных изделий из бронзы. Кроме нескольких мраморных скульптур этой эпохи, все сохранившиеся произведения искусства сделаны именно из бронзы.

Античное статуарное литьё

В античном мире и Римской империи большое распространение получила мода на бронзовые статуи, которые посвящались богам, царям, выдающимся деятелям, победителям игр. Статуи часто переплавлялись, особенно по политическим мотивам.

На керамической чаше, относящейсяк V в. до н. э., греческий художник изобразил различные этапы изготовления бронзовых статуй человека в натуральную величину. Специальная печь позволяет получать бронзу и поддерживать ее в жидком состоянии. Стоящий за печью юноша раздувает мехи, чтобы увеличить температуру в печи. На рогах висят раскрашенные пластины и маски – это благодарственные приношения, обеспечивающие защиту от неудач в работе, или демонстрация типов изделий, изготовляемых в мастерской. В следующей сцене мастер прилаживает правую руку к бронзовой статуе, располагающейся на глиняном ложе. Отдельно отлитая голова еще лежит на полу. На стене висят модели кисти руки и ступни. Чуть дальше двое рабочих полируют большую статую воина в шлеме, стоящую на помосте. За работой наблюдают два человека. Предполагают, что один из них скульптор – автор статуи, а другой – бронзолитейщик, воплотивший замысел скульптора в металле.

Изготовление бронзовой статуи (рисунок на керамической вазе)

Обычно после отливки частей и сборки статуи устраняли неровности верхнего слоя, полировали поверхность, резцом и зубилом отделывали детали: бороду, волосы, складки одежды. Губы делали из красной меди, зубы – из серебра, глаза инкрустировали стеклянной массой или камнем, наносили цветные штрихи.

Изготовление бронзовой статуи

Источник: Энциклопедия «Металлургия и время», Голубев О.В., Карабасов Ю.С., Коротченко Н.А., Черноусов П.И.

Бонус:

paulus-raul.livejournal.com

Металлургия древнего мира и средневековья

Как раз там сыродутные печи для многократного использования (судя по анализу шлака - некоторые вплоть по 7 плавок).Почему считают, что вероятнее всего базовые технологии привозные: 1) четкой линии развития сыродутных печей с древнейших времен по конец описываемого в книге периода не отслеживается,2) в относительном соседстве - в Минусинской впадине, - обнаружены схожие конструкции, но - есть и заметные отличия в конструкции поздних образцов

Почему только базовые привозные, а развитие местное.Если огрубленно - то на юго-востоке Алтая печи в целом по объему больше (1 куб.м. против 0,7 минусинских), отличается конструкция воздуховодов и расположение воздуховодяных отверстий в печи.Объем печей увеличен главным образом не за счет высоты, а в первую очередь за счет длины и ширины (а для выработки чугуна лучше было бы первое).По производительности - выход железа в виде кричного железа и стали - порядка 36-40% от общего веса железной руды, судя по анализу руды, содержание железа в использованной руде порядка 56-57%, порядка 25-33% от общего содержания железа в руде уходило с шлаком.

ПыСы. Правда, сама книга 1988 года издания, может, что-нибудь еще за прошедшее время могли найти и скорректировать выводы.

Начнем с тезиса

Вот так рождаются нездоровые сенсации Каюсь, здесь память подвела, а здравый смысл не сработал как надо.40% - не от общего веса руды, а от содержания железа в руде. При 56-57% содержания железа в руде на каждые 100 кг руды выход кричного железа и стали был 22-25 кг. Там другое интересно - по анализу остатков шлака температуру в печи указывают как доходившую до 1600 гр. Цельсия.

Я так понимаю, что речь идет о штукофенах и блауфенах? Так и в Европе независимо от Индии такие появились - штукофены в 13 веке, блауфены чуток позже. И в Германии этому "свиному железу" долго не могли придумать применение.

для адусирования (фришевания) или отжига - вполне.Для кричного передела либо сталеплавильного процесса - не приемлимо.Если только при этом не зарываться в землю на глубину до 1 м.Ведь - к примеру - Шахнамэ или Айн-и-Акбари иллюстрированы процессом металлургии?

Для чего? В этих алтайских печах была усиленная подача воздуха, судя по всему, и в отличие от штукофенов воздух не снизу подавался. Воздуховодные отверстия располагались на высоте примерно в 1 метр от пола печи.

Здесь и нужда заставила - на стоянке проще вырыть, чем городить. Особенно бедуинам, если вокруг один кустарник и песок (образно выражаясь). А для для такой печи естественно, что воздуховод проходит в метре от пола. Так что это открытие у них вышло случайно-естественным образом, я не явилось результатом осмысленного усовершенствования.С Алтайскими та же история - они ямные.А вот Минусинские, что интересно - другие. И воздуховоды там находятся на расстоянии 12-25 см от пола. По крайней мере, те, что обнаружены на 1988 год.С другой стороны - судя по археологическим данным, в юго-восточной части Алтайского края с 13 века весь промысел фактически хиреет и гибнет. Возрождение на прежнем уровне технологии - уже век 16, наверное.То бишь упадок пришелся на период монгольской гегемонии. Хотя в Минусинской котловине и в районах Алтая, что западнее и севернее, история железоделательной индустрия не пресеклась.

Другое интересно - а в Европе "поймали" это момент с расположением воздуховодов? Я как-то упустил нюансы истории совершенствования сыродутных печей в Европе.Имеется ввиду - были ли "побочные ветки" модифицирования сыродутных печей, помимо генеральной линии "обычная сыродутная печть - штукофен-блауфен-доменная печь- пудлинговая отражательная - бессмеровская/мартеновская"?

Но до доменных печей и переделки чугуна индийцы не дошли. Ограничились тиглями.

По китайцам встречал утверждение, что и они пришли к переделочному процессу, но деталей не встречал. Если пришли - то когда?

вполне достижимо.Но по шлаку этого не сказать...тем более - откуда в печи ШЛАК при кричном переделе?

Шлак, разумеется, снаружи печи - он же выпускался из печи по шлакоотводному желобу.Касательно установления температуры - взяли анализ шлаков, а потом еще "тупо" натурный эксперимент провели, замерив в ходе оного температуру их плавления, и накинули сотку - другую градусов, исходя из того, что температура шлакообразования выше на эту разницу температуры "натурного" плавления.

С информацией об этом пути я знаком. Думал, может где-то как-то и когда-то пробовали и по другому.Кстати, первые штукофены, которые появились в Европе, были не христианскими. В арабской Испании.

Вполне дошли, но посчитали не целесообразным.

А где об этом почитать можно?

Пожар случился уже после того, как железо начали производить в Анатолии, в Хеттском-царстве - государстве, вестимо?

Да, соврал. Образцы шлака взяты у горнового отверстия и в предгорновом углублении. Туда шлак стекал по отводному каналу у передней стенки печи. После каждой плавки шлак спускался по каналу в углубление и покрывался в предгорновом углублении слоем прокаленной земли. Количество плавок определяли по количеству слоев шлака, проложенных этими соями земли. Получилось семь слоев шлака.

ОК - насчет последовательной "заправки" новых слоев руды и каменного угля в пределах одной плавки - это скорее верно, чем несколько плавок.Но сколько не читал описаний - всегда жидкую фракцию, вытекающую в ходе плавки из сыродутной печи, называли шлаком, и никак иначе.Что именно неверно?Что касается муллита - так у него температура плавления выше (порядка 1800 градусов, и даже в смеси - никак не ниже 1300, а обычно порядка 1500), чем например у фаялита (1178 градусов, а в смеси - ниже), плюс муллит - алюмосиликат, продукт взаимодействия обмазки печи с рудой - как же моежт эта вытекающая масса состоять по преимуществу из муллита?

P.S. Нашел упоминание о том, что по результатам археологических изысканий следует, что древние германцы так же использовали ямные сыродутные печи, сначала на естественной тяге, а затем с принудительным поддувом мехами. То же и у скандинавов, и у славян.Теоретически в этом варианте естественно, что воздуховоды должны выходить у поверхности земли, а внизу печи, то есть располагаться на высоте 75 см - 1 метра от пола печи. Попробую проверить, верно ли. И если правда - то почему отказались и перешли к "надземной печи"? Из-за большего удобства извлечения крицы?

Ребята, вас к нам на завод надо, а то посл. время качество стали ухудшилось.

Проблемы с вашими сыродутными печами? Али вы в тиглях сталь варите?

Электропечи то какие - дуговые или индукционные?Сколько лет агрегатам? Там же что угодно быть может - от "поплывших" регулировок мощности до неправильного состава загружаемых компонентов (включая долю извести).Если с сырьем все в порядке, то на дуговых печах это главным образом сами электроды и аппарат регулировки мощности тока, или состояние внутренних поверхностей печи.Для тигельной - в общем порядке аналогично, регулятор или проблемы с футеровкой (только почему раньше не было?)

То есть с поработавшем оборудованием при прочих равных самое незаметное на поверхности, но самое очевидное - нарушение техрежииов в связи с неисправностями контрольно-измерительного и регулировочного оборудования электропечей.Ну да ладно, чего это я всерьез

Как в анекдоте - "а с этим вам нужно к доктору" - то бишь к профессиональному технологу, который непосредственно с такими печами работает.

Все равно выходит - окислы железа плавятся при меньшей температуре, потому если выходит жидкий муллит, то с ним окислы и подавно вытекают.

В общем то понятно - удобство в ущерб потенциальному качеству. Только даже надземные сыродутные печи не давали сквозного процесса - ведь для извлечения крицы переднюю стенку все равно нужно было разбирать, разве нет?Скорее всего, германцы использовали индустриальную базу римских провинций, отказавшись от своих "доморощенных" способов, и так и пошли по иному пути развития.

P.S. Специально посмотрел доплитературу:по способу "обращения" со шлаком было условно говоря три типа сыродутных печей.Самые архаичные - без выпуска шлака. Шлак скапливался внизу печи. Второй - .со шлакосборником, т.е. углублением под накопление шлака внизу печи. Углубление как правило наполнялось углем,хворостом, соломой.Третий - со сливом или другим способом удаления шлака в ходе плавки. Шлак либо выгребался из арку в передней стенке, либо (понятно, что здесь зависимость от рабочей температуры горна) вытекал через детку по каналу к шлакосборочной яме. Именно к последнему типу принадлежат те алтайские печи, о которых я писал.И отдельно - наибольшая массовая доля в шлаке в сыродутной печи принадлежит все-таки фаяниту. Все остальные компоненты шлака уступают ему в относительном объеме.

Поменялся поставщик?

Здорово. Если в печь мусор загружать, то трудно удивляться тому, что качество гуляет.А раньше было по-другому?

Здорово. Если в печь мусор загружать, то трудно удивляться тому, что качество гуляет.А раньше было по-другому?

Раньше был выбор поставщиков и проверка качества шихты, да и отходов было больше вообще. Чисто зашёл тут узбеко-таджик и спросил есть ли металлолом-дожили.)

Раньше был выбор поставщиков и проверка качества шихты, да и отходов было больше вообще. Чисто зашёл тут узбеко-таджик и спросил есть ли металлолом-дожили.)

Ясно-понятно. Но если нет выбора поставщиков (почему? потому что из экономии на самом дешёвом остановились?) и нет проверки качества шихты (почему? результат сокращений? я понимаю, что поставщик может забить, если ему дать, но у вас то на приемке должно быть!), то о каком стабильном качестве можно говорить (если вместе с металлом в печь с каждой загрузкой попадает колеблющеюся по количеству и составу "добавки")...

Таково нынешнее положение дел.

guns.allzip.org

Армения - Центр металлургии древнего мира

С пятого по четвертое тысячелетие до н.э. на территории Армянского нагорья обрабатывали, а затем и экспортировали практически все виды полезных ископаемых.

Среди них: медь, олово, золото, серебро, железо, свинец, цинк, магний, сурьма, мышьяк, кварц, соль, и многое другое, отмечается в статье, опубликованной на австралийско-британском научно-популярном и историческом портале ancient-origins.net.

Литье металлов и изготовление различных изделий, от оружия и вещей бытового предназначения до украшений, сыграло свою неоспоримо важную роль в цивилизационном развитии этого региона в древнем мире.

Согласно представленным в статье историческим свидетельствам, ассирийский царь Шамши-Адад V (правил приблизительно в 824 — 811 годах до н. э.) упоминал, что богатство королевства — огромное количество серебренных, золотых и бронзовых изделий и оружие — было привезено с земель Армянского нагорья.

Как отмечается в статье, многочисленные ассирийские, египетские источники указывают на то, что с конца второго тысячелетия до н.э. в Армянском нагорье активно развивалось литье металлов, притом речь идет об использовании сложных для тогдашних времен технологий для осуществления этого процесса.

О древнейших традициях литья металлов свидетельствует также археологическое открытие в Мецаморе (Армения): здесь был найден большой минерально-металлургический комплекс, датируемый интервалом между третьим и первым тысячелетиями до нашей эры. На этой же территории археологи нашли также останки одной из самой древнейшей в мире обсерватории.

Согласно изданию, с этих времен Армения стала крупнейшим поставщиком металлов и металлургических изделий в разные страны древнего мира.

Развитие металлургического производства, а также экспорт в соседние страны (Египет, Ассирия и т.д.) способствовали общему территориально-региональному развитию как самой Армении, так и государств, расположенных по соседству, отмечается в завершении статьи.

ПОХОЖИЕ ПУБЛИКАЦИИ

vstrokax.net

Значение металлургии в развитии человеческой культуры и общества

К оглавлению книги / К следующей главе

Энеолит и бронзовый век — особые периоды в древней истории человечества, часто объединяемые в эпоху раннего металла. Ее начало знаменует финал каменного века, на протяжении которого люди пользовались для изготовления орудий камнем, костью и деревом.

Название «энеолит» — смешанное латинско-греческое слово, в русском переводе означающее «меднокаменный» (лат. «аэнеус» — медный, греч. «литое» — камень). Этот термин удачно подчеркивает, что на заре использования металла, когда уже появляются медные орудия, еще долго сохраняются каменные. Из камня даже в бронзовом веке продолжают делать ножи, стрелы, скребки, вкладыши серпов, а иногда и топоры, но общая тенденция развития производства сводится к их постепенному исчезновению и замене изделиями из металла.

[adsense]

Зона культур эпохи раннего металла охватывала огромное большинство регионов Евразийского континента, а также средиземноморское побережье Африки и долину Нила (вплоть до Судана). И все-таки эпоха раннего металла не имела глобального характера: ее миновало население Экваториальной и Южной Африки, крайнего северо-востока Азии. В этих регионах позднему появлению железа не предшествовало знакомство с медью и бронзой.

Многие исследователи утверждают, что судьбы древних народов определило развитие не только земледелия и скотоводства, но и металлургии. Металл оказался для человека важным прежде всего как материал для изготовления прочных и удобных орудий труда. Открытие меди считается одним из величайших достижений древности. В чем же состояло ее преимущество? Отчего она быстро завоевала признание наших далеких предков?

Благодаря пластичности меди одной ковкой из нее можно было получить очень тонкие и острые лезвия. Поэтому такие необходимые для древнего человека изделия, как иглы, шилья, рыболовные крючки, ножи, изготовленные из металла, оказались более совершенными, чем сделанные из камня и кости. Благодари плавкости меди оказалось возможным придать изделиям такие сложные формы, которые в камне были недостижимы. Открытие процессов плавления и литья привело к созданию многих новых, неизвестных ранее орудий — сложных втульчатых топоров, мотыг, комбинированных топоров-молотков, топоров-тесел. Их высокие рабочие качества определялись не только сложностью формы, но в равной мере и твердостью лезвий. А повышать твердость лезвий металлических орудий человек очень скоро научился путем их преднамеренной проковки (наклепа). Английский ученый Г.Г. Коглен на опыте доказал, что литую медь с исходной твердостью 30-40 ед. по шкале Бринеля можно довести одной ковкой до твердости 130 ед. Эти цифры близки к показателям твердости сыродутного железа. Итак, высокий рабочий эффект меди стал основной причиной ее широкого и быстрого распространения.

Но не только высокий коэффициент полезного действия предоставил металлу столь прочное место в быту древнего человека. Переход к использованию орудий из меди и бронз, кроме общего роста производительности труда, привел к расширению технических возможностей многих отраслей производства. К примеру, более совершенной стала обработка дерева: медные топоры, тесла, долота, а позднее — пилы, гвозди, скобы позволили выполнять такие сложные работы по дереву, которые ранее были просто неосуществимы. Это способствовало улучшению приемов домостроительства, появлению деревянной мебели, освоению новых способов изготовления цельнодеревянных сохи и колеса.

Массовые свидетельства использования колеса и колесного транспорта обнаружены только там, где уже стали доступными орудия из металла. Колесо открыло эру мобильного передвижения и транспортировки. Оно нашло успешное применение в конструкции ворота. И наконец, от открытия колеса был всего один шаг к изобретению гончарного круга.

Трудно переоценить значение металла в развитии земледелия. Синхронность появления медных орудий, с одной стороны, и цельнодеревянных сохи и ярма, с другой, позволяет думать, что становление сложных форм плужного земледелия также находится в связи с открытием меди. С помощью медных и бронзовых топоров быстрее осваивались новые площади под посевы в лесостепной полосе. Таким образом, многие производственные и технические достижения древнего человека могут быть поставлены в связь с открытием металлургии.

Первые медные изделия — украшения, иглы, шильца — появляются еще в неолитическую эпоху. Поэтому возникает вопрос: с какого момента мы вправе говорить о наступлении энеолита, а также последующего века бронзы? Определение границ этих эпох связано с анализом металлургических показателей: степени использования металла, его химического состава, общего комплекса известных металлургических знаний.

В настоящее время различают четыре основных этапа развития древнейшей металлургии. Этап «А» характеризуется применением самородной меди, к которой поначалу относились как к разновидности камня. Единственным методом ее обработки была холодная ковка, вслед за которой последовало освоение ковки горячей. Этап «В» начинается с открытия плавления самородной меди и появления первых изделий, отлитых в открытых формах. Этап «С» связан с двумя важнейшими открытиями: выплавкой меди из руд, т.е. с началом действительной металлургии, и освоением упрочнения меди ковкой (эффект наклепа). Параллельно идет процесс усложнения литейной техники, впервые появляется литье в разъемные и составные формы. Этап «С» знаменует переход от меди к бронзам — сначала мышьяковым, а затем и оловянным, получаемым с помощью добавления к чистой меди легирующих компонентов. Распространяется литье в закрытых формах, литье по восковой модели и т.д.

С каждым этапом развития металлургии сопрягается определенный набор археологических находок из металла. На этапах «А» и «В» известны лишь единичные изделия — мелкие украшения и редкие колюше-режущие орудия. На этапе «С» получают распространение более значительные серии медных изделий. Внедряются в производство топоры и другие орудия рубящего и ударного действия (тесла, долота, мотыги, молотки). Впервые появляется также колюще-режущее оружие (кинжалы, наконечники копий и др.). На этапе «D» ассортимент металлических орудий и оружия еще более расширяется. Впервые появляются мечи и наконечники стрел. Совершенствуются формы копий, кинжалов, боевых топоров.

Исходя из этих наблюдений, начало энеолита связывают с третьим этапом развития металлургии (этап «С»), а начало бронзового века — с его четвертым этапом (этап «D»). Первые два этапа относятся еще к неолиту.Итак, к энеолиту принадлежат культуры, носители которых не просто знакомы с изделиями из меди, но регулярно используют отлитые из нее орудия (в том числе и ударные), а также украшения. Медь, как правило, имеет металлургический характер, т.е. получена путем плавки руд. С бронзовым веком следует связывать культуры, в которых освоено производство бронз — искусственных сплавов на медной основе. Их высокие литейные и кузнечные качества открывают новые возможности для повышения эффективности не только орудий труда, но и предметов вооружения. Более разнообразными становятся украшения, поскольку усложняются технические приемы их отливки.

Каким образом люди пришли к идее металлургической плавки медных руд? Не исключено, что человека привлек сначала красноватый цвет самородков, которые почти всегда залегают в верхней зоне рудной жилы, или зоне окисления. В ней кроме самородков концентрируются расцвеченные яркими красками окисленные медные минералы: зеленый малахит, лазурный азурит, красный куприт. Окисленные руды и самородную медь человек сначала расценивал как красивые камни, из которых можно было вытачивать бусы и другие украшения. Распознать новые свойства этого материала, скорее всего, помог случай. Возможно, изделия из самородной меди или малахита попали в огонь, расплавились и при остывании приняли новую форму. Как бы то ни было, на Ближнем Востоке зона распространения изделий из самородков, обработанных ковкой (конец VIII- VII тыс. до н.э.), и зона формирования первичных металлургических знаний (VI-V тыс. до н.э.) совпадают.

Первичный центр зарождения металлургии связывается сейчас со значительным районом Ближнего Востока, протянувшимся от Анатолии и Восточного Средиземноморья на западе до Иранского нагорья на востоке. В пределах этого региона древнейший металл планеты находят в памятниках так называемого «докерамического неолита» (конец VIII—VII тыс. до н.э.). Наиболее известные среди них — Чайеню-Тепези и Чатал Гуюк в Анатолии, Телль Рамад в Сирии, Телль Магзалия на севере Месопотамии. Обитатели этих поселений не знали керамики, но уже стали осваивать земледелие, скотоводство и металлургию. Здесь собрано около двухсот мелких медных бусин, трубчатых пронизок, пластинчатых подвесок, единичных шильев и рыболовных крючков. Почти все они откованы из самородной меди.

Древнейшие медные находки Европы, датируемые второй четвертью V тыс. до н.э., также не выходят за рамки неолита. Их предположительная связь с самородками подкрепляется и набором вещей, и их сходством с коллекциями «докерамического неолита» Ближнего Востока. Примечательно, что первые медные изделия сосредоточены в Балкано-Карпатском регионе, откуда впоследствии они продвигаются в среднюю и южную часть Восточной Европы. Более детально динамика распространения знаний о металле по территории Старого Света показана на карте.

Итак, первое появление медных изделий в значительной степени было связано с изготовлением украшений из самородков и малахита и поэтому мало влияло на развитие человеческого общества. Застой в металлопроизводстве был преодолен с открытием выплавки меди из руд и становлением культур энеолита и бронзового века. Опережающее развитие южных регионов и запаздывание северных и восточных не позволяют обозначить единую для всего Старого Света хронологию эпохи раннего металла. Она требует индивидуального рассмотрения применительно к археологическим культурам разных географических зон.

[adsense]

Вся периодизация и относительная хронология культур эпох энеолита и бронзы Передней Азии и Балкано-Дунайской Европы строится прежде всего на стратиграфической основе. Преимущественное использование этого метода объясняется тем, что основными памятниками, с которым здесь приходится иметь дело археологам, являются так называемые «телли» — огромные жилые холмы, возникшие на поселениях, существовавших длительное время на одном месте. Сама возможность такого стационарного существования была предопределена системой земледельческого хозяйства в условиях южных регионов, где господствовали свободные от леса плодородные почвы, не требовавшие специальной сложной обработки. Дома в таких поселках строились из недолговечного сырцового кирпича или глины. Через несколько десятилетий они разрушались, и площадки под новое строительство просто выравнивались. Материал от старых построек, а также процесс накопления отходов доводили некоторые телли до высоты 20 метров и более. Таковы, к примеру, знаменитые телли Болгарии — Караново, Эзеро. Извлекая и анализируя находки, зажатые в телле как в слоеном пироге, археолог получает возможность исследовать их развитие во времени, а также рассматривать связи с конкретными отложениями культур, представленными в выше- или нижележащих напластованиях. На принципах анализа стратиграфии теллей построены различные системы периодизаций бронзового века. Это и минойская периодизация критских древностей, и элладская — греческих, и анауская — Южной Туркмении, и многие другие.

Динамика распространения медных и бронзовых изделий в Старом Свете:1 — VII-VI тыс. до н.э.; 2 — V— 1-я половина IV тыс. до н.э.; 3 — 2-я половина IV — 1-я половина III тыс. до н.э.;2-я половина III тыс. до н.э. — XVIII/XVII вв. до н.э.; 5 — XVI/XV-IX/VIII вв. до н.э.; 6 — периферийное рассеивание

В Западной и Восточной Европе, в Сибири, в Казахстане, на большей части Средней Азии телли отсутствуют. Периодизация памятников эпохи раннего металла, представленных здесь в основном однослойными поселками и могильниками, строится в большей мере с помощью типологического метода.

Применяя указанные методы исследования, можно не только установить относительную хронологию разных культур конкретного региона, но и представить общую схему развития их общества в эпохи энеолита и бронзы. Однако для отдельных культур даже в пределах намеченной схемы временные колебания могут достигать нескольких столетий. Естественно поэтому, что археологи ищут методы перехода от относительных датировок к абсолютной хронологии.

Целям абсолютного датирования памятников медного и бронзового веков служат, с одной стороны, классические историко-археологические методы, а с другой — естественно-научные методы. Хронология культур III— II тыс. до н.э., т.е. в основном бронзового века, до сих пор в наибольшей мере основана на исторических датах древнейших письменных источников. Для периодов, предшествующих III тыс. до н.э., единственным критерием верной хронологической оценки можно считать даты радиоуглеродных анализов.

Исходя из предложенных принципов, обозначим общие хронологические границы эпохи раннего металла применительно к разным территориям. На Ближнем Востоке это V-II тыс. до н.э., в Средиземноморье — IV—II тыс. до н.э., в Центральной Европе и Центральной Азии — III-II тыс. до н.э.

Указать четкие хронологически рамки энеолита и бронзового века для территории России и бывшего СССР весьма затруднительно. На огромных просторах Евразии обнаруживаются заметные колебания в датах наступления и развития эпохи раннего металла. Поселения энеолитических общностей располагаются близ южных границ бывшего СССР: крайний юго-запад — Молдавия и Западная Украина; степная и часть лесостепной зоны юга России; Закавказье; юг Средней Азии. Здесь энеолитические культуры относятся к V-IV тыс. до н.э. Наряду с этим на российском Северо-Западе, в Прионежье, независимый центр обработки меди возникает в III тыс. до н.э.

Такая же неравномерность дает о себе знать и при попытке обозначить временные границы бронзового века. На Кавказе и на юге Восточной Европы он длится от конца IV до начала I тыс. до н.э., а на севере Восточной Европы и в азиатской части России вписывается во II — начало I тыс. до н.э.

Хозяйственная специфика археологических культур эпохи раннего металла также проявляется по-разному в различных регионах. В южной зоне — на Ближнем Востоке, в Средиземноморье, на юге Европы, в Средней Азии, на Кавказе — мощные центры металлургии и металлообработки, как правило, сопряжены с ярчайшими очагами земледелия и скотоводства. При этом здесь идет процесс формирования специализированных их форм, которые в данной природной среде и при данном уровне развития металлических орудий труда обеспечивают наибольшую продуктивность. К примеру, в аридной, засушливой зоне Ближнего Востока и юга Средней Азии именно в эпоху раннего металла зарождается ирригационное земледелие. В лесостепной зоне Европы распространяется подсечно-огневое и переложное земледелие, а на Кавказе — террасное земледелие.

В значительном многообразии форм выступает скотоводство. В Юго-Восточной Европе отчетливо прослеживаются следы мясомолочного, придомного хозяйства с преобладанием в стаде крупного рогатого скота и свиней. На Кавказе и в Загросской зоне Месопотамии формируется отгонная форма скотоводства на основе разведения овец и коз. Специфическая форма подвижного скотоводства сложилась в степях Восточной Европы. Здесь уже в энеолите сформировалось стадо, в котором были представлены лошадь, крупный и мелкий рогатый скот. В культурах южной зоны с внедрением металла производящее хозяйство получает мощный импульс, который приводит к выработке устойчивых к любым изменениям природной среды моделей развития специализированной земледельческо-скотоводческой экономики.

Иная картина наблюдается в северной части Евразии: появление орудий из металла не вызвало здесь заметных хозяйственных перемен и имело явно меньшее значение, чем на юге. На севере в эпоху раннего металла идет процесс совершенствования и интенсификации традиционных форм присваивающей экономики (охоты и рыболовства) и делаются лишь первые шаги в освоении скотоводства. Развитие земледелия начинается здесь лишь в самом конце бронзового века.

В социально-исторической сфере эпоха раннего металла связана с разложением первобытнообщинных отношений. В южной зоне социальное расслоение наблюдается уже в энеолите. В могильниках этого времени социальные различия просматриваются в количестве и качестве погребальных даров и особенностях самих обрядов. В поселениях выделяются богатые многокомнатные дома с четко продуманной планировкой. В ряде случаев выявлено кустовое, групповое размещение поселений с главным, центральным поселком среди них. Такая структура поселений является отражением сложной иерархии возникающих общественных групп и их отношений друг с другом.

Крупные поселения энеолита со временем перерастают в города бронзового века, которые отличает не только высокая концентрация населения, но и высочайший уровень развития ремесел и торговли, возникновение сложной монументальной архитектуры. Развитие городов сопровождается зарождением письменности, появлением первых в истории цивилизаций бронзового века.

Наиболее ранние цивилизации бронзового века возникают в долинах великих рек субтропиков Старого Света. Соответствующий период характеризуют археологические материалы Египта в долине Нила (начиная со второго додинастического периода), Суз «С» и «Д» в Эламе в долине Каруна и Керхе, позднего Урука и Джемдет Насра в долинах Тигра и Евфрата в Месопотамии, Хараппы в долине Инда в Индостане, позднее — Шан-Иня в Китае в долине Хуанхэ. Среди внеречных цивилизаций эпохи бронзы можно назвать лишь Хеттское царство в Малой Азии, цивилизацию Эблы в Сирии, крито-микенскую цивилизацию эгейского бассейна Европы.

Но и вне этих очагов в бронзовом веке идут активные процессы социальной и имущественной дифференциации и усложнения внутренней структуры общества. Приметами его расслоения и выделения социальной верхушки служат богатейшие могилы Аладжа-Гуюк и Хороз-тепе в Анатолии, Марткопи-Бедени и Сачхере на Кавказе и др. На поселениях возрастает количество драгоценного металла, из которого выделывали массу украшений, сосудов и крупных культовых предметов. И здесь вновь обнаруживается картина неравномерности развития человеческого общества в различных регионах.

Вне зоны великих рек субтропиков Евразии период энеолита с явными приметами первобытнообщинных отношений оказался весьма затяжным. К примеру, трипольское общество (см. ниже) едва вышло за его пределы. И хотя в ареале Триполья (на грани его среднего и позднего периодов) стали возникать поселения-гиганты, часто именуемые протогородами, но городами в полном смысле этого слова они так и не стали. Процессы развития городской жизни более активно протекали в Закавказье, Средней Азии, в обширном регионе между Месопотамией и Индией. Здесь формирование цивилизаций хотя и не завершилось в бронзовом веке в полном виде, но шло более интенсивно под влиянием соседних высокоразвитых обществ.

[adsense]

В Европе процесс разложения первобытнообщинного строя привел к формированию цивилизации лишь в пределах крито-микенского мира. Вне его пределов местом наивысших культурных достижений и социальных сдвигов был юг Европы: Балканский, Апеннинский и Пиренейский полуострова, юг Франции, Нижнее и Среднее Подунавье, степи Восточной Европы. Отсюда экономические и социальные достижения по цепочке передавались далее на север, что способствовало постепенной трансформации первобытности в пределах Верхнего Подунавья, Средней Европы, лесостепной зоны Восточной Европы. Однако у населения этих территорий в начале эпохи раннего металла создаются лишь предпосылки будущего кризиса первобытнообщинных отношений. Само же их разложение приурочено к самому концу эпохи бронзы, а местами приходится и на железный век.

К оглавлению книги / К следующей главе

В этот день:

• Дни рождения
• 1817 Родился Бернгард Васильевич Кёне — крупный нумизмат и геральдист Российской империи. Основатель и секретарь Русского археологического общества.
• 1832 Родился Андрей Фёдорович Лихачёв — русский археолог и нумизмат, действительный член Императорского Русского археологического общества, считается первооткрывателем памятников неолита и бронзового века на территории Поволжья, участник четырёх всероссийских археологических съездов.
• Дни смерти
• 1942 Умер Марселлен Буль — французский палеоантрополог, палеонтолог и геолог, известный изучением неандертальцев и представивший свой вариант реконструкции внешнего облика неандертальца.
• 2011 Умер Джон Дэвис Эванс — британский археолог и академик, известный своими исследованиями доисторического периода Средиземноморья, в особенности доисторических культур Мальты. В 1940-е и 1950-е годы Эванс раскопал ряд мегалитических памятников Мальты.

Свежие записи

arheologija.ru

Античная техника. Возникновение горного дела, металлургии и металлообработки (4 тыс. до н.э. — V в.). Наступление эпохи металлов

Металлы появились у человека не вдруг, не в резуль­тате какого-то революционного скачка в развитии общества — они постепенно входили в его жизнь в течение некоторого переходного периода между каменным ве­ком и веком металлов.

Нельзя точно установить, когда люди начали добы­вать и обрабатывать металлы, можно лишь предположить, что первыми привлекли внимание людей те, которые встречаются в природе в чистом, самородном виде. И прежде всего должны были обратить внимание людей своим блеском золотые самородки.

Самые древние золотые вещи, найденные археологами в Египте, были изготовлены более 8 тыс. лет назад. Ухо­дит в глубокое прошлое также использование самородно­го серебра, меди и метеоритного железа. Скорее всего че­ловек поначалу принимал эти самородки за мягкий ка­мень и пытался обрабатывать уже известным методом обивки, постигая тем самым процесс ковки.

Также случайно люди обнаружили, что при помощи холодной ковки металлу не только можно было придать необходимую форму, но и сделать его более прочным и твердым. А нагревая такое упрочненное изделие на огне, можно снова вернуть ему первоначальную мягкость и пластичность. Так. люди, сами того не ведая, еще задол­го до наступления эпохи металлов, уже овладели процес­сами ковки, упрочнения и отжига (отпуска) металлов.

Эпоха металлов наступила лишь тогда, когда человек сознательно освоил процессы выплавки металлов из руд, их ковки и литья. Так, прошли многие сотни лет после знакомства с медью, прежде чем люди научились плавить и отливать ее в формы. Первый найденный медный топор, отлитый в открытую форму, датируется 4 тыс. лет до н. э., но только в середине 3-го тысячелетия до н. э. медь в Егип­те стали получать из руды, добытой шахтным способом.

Поначалу медь, а потом и бронза, были очень дороги и их не хватало, особенно в первой половине бронзового века, поэтому каменные орудия еще долгое время имели широкое применение. Оценивая наступление эпохи ме­таллов, Ф. Энгельс писал: «Из достижений этой ступени в области промышленной деятельности особенно важное значение имеют два: первое — ткацкий станок, второе — плавка металлических руд и обработка металлов. Самы­ми важными из них были медь и олово, а также выплав­ляемая из них бронза, бронза давала пригодные орудия и оружие, но не могла вытеснить каменные орудия; это было

под силу только железу, а добывать железо еще не умели*. (Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 37. С. 229).

Первые железные изделия начали изготовлять 6 тыс. лет тому назад из самородного железа земного и метео­ритного происхождения. Самородное железо мало чем отличалось от меди и не оставило заметного следа в жиз­ни людей, а свою истинную роль оно стало играть, когда были широко налажены его выплавка и науглерожива­ние, давшие человеку невиданный по прочности и твер­дости материал.

Таким образом, приход эпохи металлов непосред­ственно связан с зарождением новой области техники, науки и отрасли промышленности, называемой металлургией (от греч. metallurgeo — добываю руду, обрабатываю металлы). В настоящее время металлургия охватывает процессы получения металлов из руд и др. материалов, изменения химического состава, структуры и свойств ме­таллических сплавов, а также придания металлу опре­деленной формы литьем и давлением. Металлургия подразделяется на черную, охватывающую получение чугуна, стали и стального проката, а также цветную, включающую производство большинства остальных ме­таллов и сплавов.

Освоение металлургии меди и изготовление медных орудий

Медь (лат. Cuprum — от названия о .Кипр), очевидно, раньше всего начали добывать в Средиземноморье. В са­мом начале, как уже отмечалось, использовалась самород­ная медь, которая могла быть расплавлена и на костре, но металлургия возникла лишь со времен ее получения из руды, в 5-м тысячелетии до н. э. Скорее всего, металлур­гия, и прежде всего цветная, возникла на Земле незави­симо и одновременно сразу в ряде мест и осваивалась различными народами в разное время.

Сначала медную руду добывали из поверхностных ее залеганий, которые обнаруживали по выступающим пят­нам окислов. Разработка велась вручную кремневыми, а потом и медными кирками, молотками и заступами. По­том руду транспортировали в кожаных мешках, дробили, перебирали (обогащали) и предварительно обжигали на костре.

Плавку руды в смеси с древесным углем производи­ли вначале в неглубоких ямах, а затем в примитивных глиняных горнах, похожих на большие горшки. Раздувку поначалу осуществляли ртом с помощью трубок через специальные воздуходувные отверстия в стенках горна силой легких.

Позднее воздуходувную трубку стали вставлять в шейное отверстие снятой с животного шкуры. Получен­ное воздуходувное устройство стало называться мехом и приводилось в действие вначале вручную, а потом ногой, как сейчас рыбаки надувают резиновые лодки.

Температура в первых горнах обычно не превышала 700-800 С и не достигала температуры плавления меди — 1083”С. Поэтому руда не плавилась, а превращалась в губчатую массу, содержащую значительное количество примесей. Для придания полученному куску сплава не­обходимой формы его после остывания подвергали ков­ке, при которой медь освобождалась от наиболее грубых примесей и уплотнялась.

Позже для улучшения качества полученной сырой меди ее стали переплавлять в тиглях с последующей заливкой в формы. Вначале использовали простейшие открытые фор­мы, полученные выдавливанием в сырой глине, с последу­ющими сушкой и обжигом. Полученную в такой прими­тивной форме отливку отжигали и отпускали при темпера­туре 500-700°С для повышения пластичности, а затем подвергали ковке. Позднее была освоена отливка в более точные разъемные формы, при которой заготовки, как пра­вило, не требовали последующей механической обработки.

Первоначально медь использовалась для изготовле­ния украшений, затем из нее стали изготовлять орудия труда и оружие. Благодаря широкому применению мед­ных инструментов получило широкое распространение строительство из мягкого камня — известняка. Приме­нение медного литья позволило изготовлять более слож­ные по форме инструменты и оружие, которые легче подвергались заточке и исправлению путем перековки и переплавки.

Но при всех своих достоинствах медь была весьма мягким материалом, поэтому изготовленные из нее ору­дия и инструменты быстро тупились. К тому же медь, так же как и хорошо известное в то время золото, был чрез­вычайно дорогим и малодоступным материалом, на­шедшим применение в основном в производстве украше­ний и домашней утвари.

Освоение металлургии бронзы и литья бронзовых изделий

Бронза (от фр. bronze) представляет сплав меди {90% с оловом {10%) или другими элементами {мышьяком, ‘сурьмой, свинцом, алюминием, бериллием и др.)·

По сравнению с медью бронза имеет целый ряд пре­имуществ: более низкую температуру плавления (880- 1015°С), лучшие литейные свойства, большую твердость и прочность, меньшую окисляемость.

Естественно, бронза прежде всего появилась там, где соседствовали залегания медных и оловянных руд, в ча­стности в Иране. Сначала из бронзового сплава, как и из чистой меди, делали украшения и оружие, потом пере­шли к изготовлению сельскохозяйственных и других орудий типа мотыг, серпов, молотков, ножей и др.

Процесс получения бронзовых отливок в принципе мало отличается от литья медных и золотых изделий, ко­торое были освоены раньше. К этому времени для дутья стали применяться более производительные ножные меха, что позволило добиться полного расплавления ме­талла, повышения его чистоты и качества литья.

В эпоху бронзы был освоен способ литья по выплав­ляемым (восковым) моделям, который в наше время по­лучил широкое распространение в усовершенствованном виде в качестве точного вида литья, называемого литьем «по выплавляемым моделям*.

Для выполнения такого литья из воска делалась мо­дель предполагаемого изделия, обмазывалась глиной, вы­сушивалась и нагревалась для вытапливания воска. По­лученная оболочковая форма обжигалась для прочности и заливалась металлом, а после его застывания и охлаж­дения разрушалась. Извлеченная из формы отливка при необходимости обрабатывалась с помощью зубила и на­пильника.

Тогда же с целью экономии дорогостоящего металла было освоено литье полых отливок. Для получения поло­сти в форму закладывали «шишку* (стержень), который после остывания отливки удалялся. Так зародилось литье с помощью закладных стержней, которое сейчас ши­роко используется для получения сложных пустотелых отливок.

Освоение металлургии железа и чугуна

Первые железные предметы, которыми люди стали пользоваться в глубокой древности, были сделаны из метеоритного железа. Изделия из железа земного про­исхождения, обнаруженные в Ираке, были выполнены _ в 3 тысячелетии до н. э. Их нетрудно отличить, так как в метеоритном железе содержится 9-10 процентов (по весу) олова, которое отсутствует в земном.

Метеоритное железо обрабатывали, как и медь, путем свободной ковки, после чего оно приобретало нужную форму и одновременно упрочнялось (наклепывалось), а после отжига на огне вновь приобретало пластичность.

Не случайно шумеры считали, что оно происходит с неба, и называли железо «небесной медью». Одно из самых древних железных изделий, относящихся к 4-му тысяче­летию до н„ э», является ожерелье, выполненное из проко­ванных полосок метеоритного железа.

Первыми начали выплавлять железо из руд в доста­точном количестве и были, соответственно, основателями черной металлургии халибы, жившие в Закавказье око­ло 1500 г. до н. э. Месторождения железных руд встре­чались значительно чаще, чем других металлов, поэтому наладить производство железа, особенно в лесистых рай­онах, где не было проблемы с древесным углем, оказалось проще, и оно постепенно стало вытеснять медь и бронзу.

Вслед за оружием и инструментами из железа стали изготовлять и сельскохозяйственный инвентарь (лемеш­ные плуги, мотыги, заступы, бороны и др.), что позволило существенно повысить производительность труда в земледелии. Расширилось и применение железа для произ­водства различных механизмов для подъема и перемеще­ния тяжестей: катков, клиньев, рычагов, воротов, блоков, полиспастов и др.

Первый и самый древний процесс получения железа из руд в виде крицы назывался сыродутным. Он возник во втором тысячелетии до н. э. и просуществовал вплоть до 14 в., пока не был вытеснен кричным переделом. Мно­гократной проковкой выплавленной крицы получали мягкое, хорошо поддающееся сварке железо. Но широкое практическое применение оно получило лишь тогда, ког­да научились его науглероживать и производить закал­ку полученной стали.

Для производства сыродутного железа смесь желез­ной руды с древесным углем (шихту) засыпали в глиня­ный горн или в обычную яму, плотно закрывали, поджи­гали, а затем раздували, используя вначале естественную тягу, а позднее искусственное дутье. Температура в такой примитивной печи не превышала 1100-1350°С и была недостаточной для полного расплавления железа, которое происходило при 1530°С. Поэтому удавалось добиться лишь его восстановления и получить тестообразную по­ристую массу, так называемое губчатое железо, или крицу, загрязненную примесями. Для удаления примесей кри­ца подвергалась 5-6-кратной проковке, в результате чего получалось мягкое сварочное железо.

В 1580 до н. э. в Египте появились первые искусст­венные воздуходувки, позволившие существенно повы­сить производительность сыродутного процесса. 1400 лет до н. э. способы получения сварного железа и поверхно­стной закалки стали получили распространение в Арме­нии; 1000 лет до н. э. железо было освоено скифами Причерноморья и распространилось в Европе. В 9-7 вв. до н. э. железный век полностью вступил в свои права — началось повсеместное распространение металлургии же­леза и изготовления железных орудий и оружия.

Но даже к концу железного века железо не смогло полностью вытеснить бронзу, напротив, бронзовых изделий изготовлялось даже больше, чем железных. Дело в том, что сыродутный процесс получения железа был чрезвычайно длительным и трудоемким, а полученный при этом ме­талл ценился дороже золота.

Большой вклад в распространение металлургии желе­за и металлообработки внесли воинственные кочевые племена монголов и туркменов с Востока, пришедшие с богатых рудами Алтайских гор и вооруженные прочным стальным оружием и доспехами. С 6-5 вв. до н. э. сла­вились своими сортами стали многие районы Греции и Малой Азии, которые во времена Александра Македонс­кого подразделялись на: лаконийскую — для изготовле­ния сверл и напильников, лидийскую — для мечей и др. видов холодного оружия, синопскую — для плотницких инструментов и т. п. Лучшие сорта римских сталей со­держали, как правило, больший процент углерода, чем греческие.

Славились своим мастерством обработки железа и своей сталью кельтские (галльские) племена, населявшие во второй половине первого тысячелетия до н. э. терри­торию Западной Европы. Для получения прочной, твер­дой и однородной стали кельтские кузнецы закапывали откованные из кричного железа полосы в землю и давали им проржаветь, а затем снова проковывали для удале­ния ржавчины, которая разрушала в первую очередь наи­более мягкие фракции железа.

Секреты науглероживания железа и получения из него твердой стали древние мастера держали в строжай­шем секрете. Именно к таким, впоследствии утерянным секретам древности, и относится способ получения дамас­ской стали (булата), который был вновь открыт научным путем русским металлургом П.П. Аносовым. Этим ис­кусством первыми овладели индийские металлурги, по­этому их холодное оружие из настоящей дамасской ста­ли чрезвычайно ценилось в древности.

Необходимо отметить, что в Китае железный век на­ступил с некоторым запозданием, но зато там раньше на­учились получать чугун. С 4 в. до н. э. в усовершенство­ванных горнах с искусственным дутьем китайские ма­стера стали выплавлять чугун и наладили производство чугунных отливок. Там чугун был распространен гораз­до шире и уже к 1-му тысячелетию до н. э. литейная техника у китайцев была доведена до высокого совер­шенства. В это же время в Китае был открыт способ по­лучения стали науглероживанием железа путем поме­щения железных изделий в чугунный расплав. Но в те времена производство стали еще не обособилось в отдель­ную, самостоятельную отрасль металлургии.

Успешному решению проблемы производства чугуна в Китае способствовали следующие благоприятные фак­торы. Использование руды с высоким содержанием фос­фора, имеющей пониженную температуру плавления, мощных поршневых воздуходувок, каменного угля вме­сто древесного, тигельного способа плавки, при котором руда и уголь не смешивались. С 2357 до н. э. в Китае путем кричного передела стали перерабатывать чугун в мягкое железо и сталь.

Высокая трудоемкость получения железа и изготовления из него стальных изделий делали их в 15-20 раз дороже бронзовых, поэтому новый материал вначале применялся исключительно для изготовления оружия.

Из него выковывали мечи, кинжалы, наконечники копий, а также защитные доспехи (щиты, шлемы, панцири).

Позднее из железа стали производить металла и деревообрабатывающие инструменты: резцы, пилы, напильники, сверла, проушные топоры, стамески, лезвия ру­банков. В результате воины и охотники получили оружие, а ремесленники — инструмент, которые по прочности, твердости и режущим свойствам намного превосходили бронзовые, а тем более медные.

Производство металлов и изделий из них, требующее высокого мастерства, превратилось в один из важнейших видов ремесленного производства. Наряду с мастерскими по производству каменных орудий и керамических изделий появились мастерские умельцев-литейщиков по производству металлических изделий: оружия и доспехов, орудий труда и инструментов, украшений и домашней ут­вари. Особенно большие успехи были достигнуты в обла­сти художественного литья из меди и ее сплавов.

Вначале руду для выплавки металлов добывали от­крытым способом из земли, потом со дна водоемов (бо­лотную, озерную руду). Со временем эти запасы исчерпа­лись и стал использоваться подземный способ разработ­ки, который ранее применялся для добычи камня.

Возросший спрос на металлы стимулировал распрос­транение подземной добычи руды и развитие горного дела. В современном понимании горное дело — это от­расль науки и техники, охватывающая процессы извле­чения (добычи) из земных недр полезных ископаемых открытым и подземным (шахтным) способом, а также их первичную переработку.

Для разработки глубоко залегающих пластов стали создаваться шахты с выходящими на поверхность на­клонными или вертикальными стволами (штольнями), со­единяющимися подземными галереями (штреками). Глу­бина шахтных стволов постоянно увеличивалась и стала достигать 130 м. Естественно, что при столь глубоких раз­работках уже нельзя было обойтись без деревянных креплений, предотвращающих опасность обрушений. Таким образом, шахты по своей конструкции стали при­ближаться к современным.

Вентиляции в шахтах тогда еще не было, а для ос­вещения использовались глиняные светильники. По­ступающая вода удалялась с помощью специальных во­доотводных галерей, ведрами, водочерпальными колеса­ми, а также с помощью винтовых насосов («архимедова винта»).

Для разработки часто применялся «огневой способ», состоящий в нагревании породы с помощью костра и быстром охлаждении поливом водой. При этом руда рас­трескивалась, а затем разрушалась с помощью забивки в трещины сухих деревянных клиньев, которые при намо­кании создавали огромные расклинивающие усилия. Как известно, этот способ ранее использовался для откалыва­ния каменных глыб в каменоломнях, в частности при строительстве египетских пирамид. Выломанные куски руды затем разрушались с помощью ручного рудничного инструмента (молота, кайла или кирки). Измельченная порода выгребалась заступами и лопатами.

Подъем руды по наклонным штрекам производился в мешках (рюкзаках) за плечами или на тачках, по вер­тикальным — с помощью лестниц, а также в бадьях с по­мощью воротов. Руда, доставленная вручную «на гора», перебиралась (обогащалась), обжигалась и подготовлялась к плавке. Для выполнения этой нечеловечески трудной работы широко использовался труд рабов, прикованных навечно к своим орудиям.

Зарождение и развитие металлообработки

Для того чтобы из выплавленного куска металла сде­лать готовую деталь или законченное изделие ему необ­ходимо придать требуемую форму и обеспечить необхо­димые механические свойства и качество поверхности.

Получение необходимой формы детали или изделия обеспечивается литьем, обработкой давлением и резанием; необходимые механические, физические и технологичес­кие свойства металла — термообработкой; требуемое качество поверхности — механической обработкой и на­несением покрытий; получение неразъемных соедине­ний — сваркой, пайкой, клепкой. Все эти современные технологические способы переработки металла в закон­ченные детали и изделия обычно объединяются одним общим термином — металлообработка.

Первым, основным видом металлообработки, освоен­ным человеком еще задолго до наступления эпохи ме­таллов, был метод обработки резанием, который первобыт­ный человек стал применять для изготовления изделий из дерева и кости. Этот же принцип формообразования пу­тем снятия стружки был перенесен и на обработку загото­вок из металлов, но для этого понадобились более совер­шенные инструменты и устройства (станки) для обеспече­ния относительного движения инструмента и заготовки.

При обточке металлических изделий стали широко применяться сверлильные и токарные станки сначала с шнуровым, а с 6 в. до н. э. с лучковым приводом. В пред­шествующую эпоху они использовались для обработки деревянных и костяных изделий. В 5 в. до н. э. был изо­бретен токарный станок, который отличался от сверлиль­ного станка с лучковым приводом тем, что во вращение приводилась обрабатываемая деталь. Вначале появились токарные станки с ручным лучковый приводом, затем они были заменены ножными. Вращение в одну сторону (рабочий ход) осуществлялось нажимом ногой на педаль, а в другую (холостой ход) — за счет упругих сил лука, прикрепленного к потолку, или консольной балки (очерпа), вделанной в стену.

Позднее появились станки с кривошипным приводом, в основе которого был заложен коленчатый рычаг — древний коловорот, использовавшийся первобытным че­ловеком для сверления. По утверждению историка Пли­ния Старшего, в 4 в. до н. э. знаменитый мастер Феодор, житель острова Самоса в Эгейском море, производил об­тачивание металлических деталей замков на токарном станке собственной конструкции.

Указанный станок имел стойку, две бабки для креп­ления заготовки и кривошипный ножной привод. Для заточки инструмента и шлифования служил шлифоваль­ный круг, сидевший на одной оси с заготовкой и выпол­нявший одновременно функции маховика. Подобный привод обеспечивал непрерывное вращение заготовки в одну сторону и освобождал обе руки рабочего для мани­пулирования инструментом, что позволило не только по­высить производительность труда, но и качество обработ­ки. При всей своей примитивности он уже имел все ос­новные элементы современного токарного станка.

В металлообработке успех обеспечивал не только ста­нок, но и металлорежущий инструмент. Овладев секрета­ми науглероживания и закалки железа, человек стал изготовлять инструмент высокой твердости, прочности, с высокими режущими свойствами. Стало возможным в полном смысле резать металл, а не скоблить, как это было раньше.

Вторым в хронологической последовательности и не менее важным после резания был метод свободной ков­ки, который был затронут в разделе металлургии. Рас­пространение ковки было связано с совершенствованием кузнечных мехов и кузнечного инструмента, а также по­явлением специальных приспособлений, таких как «гвоз­дильная доска*, применявшаяся для высадки головок гвоздей и др.

Получаемое проковкой крицы малоуглеродистое же­лезо обладало хорошей свариваемостью и называлось сва­рочным. Поэтому уже при получении такого железа был освоен процесс кузнечной (горновой) сварки, который вплоть до появления электросварки был одним из основ­ных способов соединения металлов. Затем был освоен способ соединения клепкой, а в 8 в. до н. э. кузнец Главк из Хиоса (Греция) изобрел метод соединения металличес­ких изделий пайкой вместо клепки.

Широкое распространение, особенно в Греции, получи­ла торевтика (от греч. toreuo — вырезаю, чеканю) — ис­кусство ручной рельефной художественной обработки ме­таллических изделий (чеканки, гравирования, отделки и т. п.) с помощью ручных инструментов.

Для изготовления появившихся к тому времени мо­нет использовались почти все известные тогда способы обработки: литье, штамповка, чеканка и др. При произ­водстве зеркал, золочении и серебрении применялось амальгамирование (от лат. amalgama — сплав) — предвари­тельное покрытие ртутью стеклянной или металличес­кой поверхности.

Дятчин Н.И.

Из книги «История развития техники», 2001

tayni.info

Смотрите также

• 
  Этикет древней греции
• 
  Раскопки древних цивилизаций
• 
  Битвы древних воинов
• 
  Древний литовский князь
• 
  Славянский древний язык
• 
  Мыслители древнего рима
• 
  Презентация древняя япония
• 
  Древняя изба внутри
• 
  Цитаты древних философов
• Этика древней греции
• 
  Древние племена африки