История работ по металлу

Обработка металлов давлением – это изменение формы и размеров заготовки усилием специального инструмента с помощью пластической деформации. Это один из древнейших и в настоящее время наиболее распространенных, эффективных и прогрессивных видов обработки и большинства цветных металлов и сплавов.

Процессы обработки металлов давлением позволяют получать полуфабрикаты и детали, имеющие широкую область применения – машиностроение и роботостроение, авиастроение и кораблестроение, строительство, военная промышленность, медицина, ювелирное производство.

Основные процессы обработки металлов давлением:

• прокатка – деформирование между вращающимися валкамилистов или прутков металла различного сечения;
• прессование – выдавливание металла из замкнутого пространства контейнера через отверстие матрицы, придающее ему заданную форму поперечного сечения;
• волочение – протягивание заготовки через сужающийся канал инструмента;
• ковка – изменение формы и размеров заготовки последовательным воздействием на отдельные ее части;
• штамповка – придание заготовке формы инструмента (штампа).

Еще в древности, открыв для себя металл, человечество искало способы его обработки. По некоторым данным первые изделия из золота, серебра и меди, встречающихся в свободном состоянии на поверхности земли, были созданы еще в IV–III тысячелетиях до н.э.

За шестьдесят с лишним веков человечество прошло путь от создания простейших орудий труда, оружия и украшений до производства сложнейших изделий из широкого ряда металлов, используя современные технологии. Развивалась добывающая промышленность, создавались новые сплавы, обладающие требуемым уровнем свойств.

Исторически сложилось, что одним из наиболее древних и основных видов обработки металлов является обработка давлением.

Наиболее ранними из дошедших до нас способов изготовления изделий из металла быликовка и волочение проволоки, появление которых относят к IV–III тысячелетиям до н.э., когда человечеству были известны материалы, достаточно пластичные для обработки вручную при существующем тогда уровне развития оборудования и инструментов.

Обработка металлов давлением – перспективное направление металлургии, позволяющее получать широкий ряд изделий из сталей и цветных металлов для различных отраслей промышленности.

Процессы обработки металлов давлением применяются для получения наноструктурированных металлов и сплавов, металлопродукции из стружковых отходов производства, металлокомозитов совместным прессованием или прокаткой армирующих волокон с металлической фольгой под действием высоких температур. Благодаря интеграции со смежными областями развиваются эффективные и многофункциональные совмещенные и комбинированные методы, охватывающие также процессы литья, термической, токарно-фрезерной, магнитно-импульсной, вибрационной и ряда других видов обработки. 

Автор статьи: Юлия Дитковская,
аспирант ИЦМиМ СФУ

История обработки металлов

Человечество начало осваивать металлообработку на заре своего появления. Этот важный технологический процесс сопровождал становление цивилизации на протяжении всех тысячелетий. Металлы дали названиям целым эпохам развития первобытного общества: медный век, бронзовый, железный.

В ходе металлообработки сплавы и металлы меняют свою форму, габариты и физико-механические свойства, в соответствии с производственными задачами.

Возникновение металлобработки

Согласно данным археологов и ученых, первые попытки воздействия на металлы предпринимались еще в доисторическую эпоху. Материалом служило метеоритное железо, медь, золото. Методом холодной ковки люди учились изготавливать из металлов первые инструменты.

Считается, что выплавка в сыродутной печи зародилась в Индии в XII веке до н. э. Почти одновременно эта технология начала применяться на Кавказе и в Анатолии (Османская империя, территория современной Турции).  

Также обнаружены свидетельства использования железа при выплавке и изготовлении орудий и инструментов в 1200 году до н. э. в Африке южнее Сахары. Кованое железо применялось уже в первом тысячелетии до нашей эры.

Первым металлом, доступным людям, была ископаемая медь – ее находили на поверхности  земли случайно. Около 8-9 тысяч лет назад эту медь уже не только находили, но и обрабатывали, хотя о полноценной металлообработке речи не шло.

После меди была освоена бронза, представляющая собой сплав меди и олова. Многие бронзовые изделия дошли до наших дней – и их изящество поражает. Да, по современным меркам они выглядят довольно грубо, но для того времени это просто вершина мастерства.

Ученые полагают, что бронза была изобретена случайно – просто в какой-то момент смешали в процессе плавления медь и олово. Новый металл получился более твердым, но при этом пластичным и легко поддающимся обработке. Орудия труда из бронзы были в разы удобнее и практичнее, чем медные или каменные – они обладали прочностью и долговечностью, при этом были довольно легкими.

Железный век пришел на смену бронзовому в начале первого тысячелетия до нашей эры.

Основное количество предметов из железа относятся к третьему веку, но технически металлообработка метеоритного железа началась гораздо раньше.

В какой-то момент люди научились добывать железо из недр планеты, а не просто собирать на поверхности остатки метеоритов.

Это был один из ключевых моментов развития человечества – люди поняли, что залежей металла гораздо больше, его можно найти где угодно.

Первые технологии металлообработки

Около 500 лет до нашей эры появился примитивный токарный станок – это была простая система, в которой заготовка зажималась тисками, помощник ее вращал, а мастер вытачивал резьбу. Изначально на таких станках обрабатывалось дерево и кость, позже – металл.

Машины, созданные специально для обработки металлов, предположительно, начали появляться в Греции в 1200 году до нашей эры. Подобные устройства были обнаружены и в Египте примерно в тот же период.

Одним из первых металлообрабатывающих станков является устройство, напоминающее механическую швейную машину с педальным приводом. Нажатие ногой на педаль запускало вращение металлической заготовки. К ней прижимали долото, стамеску – и в процессе такого механического воздействия деталь принимала нужную форму. Это называлось вытачиванием.

Основные вехи в развитии металлообработки

В средние века появились машины, работающие за счет падающей воды. Примерно в это же время были изобретены и получили широкое распространение ручные инструменты для обработки металла: пилы, сверла, молотки.

До конца XVIII века, пока не началась промышленная революция, металлообработка велась старыми способами. Но многое стало меняться в 1775 году, когда Джон Уилкинсон изобрел устройство для вытачивания цилиндров — это открытие обеспечило толчок для создания парового двигателя.

До XX века массовое производство изделий из металла было востребовано, преимущественно, в военной промышленности.

Сегодня металлообработка является одной из основных технологий, на которой построена современная цивилизация. Постепенно приоритет смещается в сторону пластика, но без металлообработки невозможно представить ни одну отрасль – все современное оборудование изготовлено из металлов или с их применением.

Основные методы обработки металлов:

• Литьё
• Обработка металлов давлением
• Механическая обработка
• Сварка металлов

Сейчас технологии металлообработки позволяют менять металл до неузнаваемости, получая любые формы и любое количество деталей.

История развития металлургии

Ранние этапы 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
• Развитие металлургии в Средние Века
• Изобретение печей нового типа – блауофенов
• Возникновение доменных печей
• Развитие металлургии в XIX и XX веках

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. 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. 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. 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. 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.

История развития металлообработки: способы и развитие обработки

С момента открытия металла человек задавался вопросом – как обработать этот материал, чтобы сделать его долговечнее и крепче. Технологии были нужны везде – от военного дела и сельского хозяйства до зарождавшейся ювелирной сферы.

В этой статье приведем краткий экскурс в историю обработки металла и расскажем, как технологии эволюционировали. Это поможет получить представление о том, как развивались процессы в металлургии.

Первые шаги металлургии

Сведения о первых металлургах доступны человечеству благодаря археологам. Доисторическая эпоха дала начало попыткам получить и обработать металл.

В то время на Земле были остатки метеоритов, давших в руки человека первое железо. Постепенно начиналась добыча и обработка золота и меди.

Первым методом обработки стала холодная ковка. Она использовалась чтобы придать железу форму. Первым изделием были детали оружия – острия копий, наконечники для стрел.

Ценный металл также пытались использовать для создания посуды и простых инструментов.

Первым рывком в металлургии стала выплавка стали. Ранние свидетельства об использовании такого подхода датируются XII веком до нашей эры. Тогда сталь плавили в Индии и использовали для этого сыродутные печи. Также подобными средствами пользовались в Анатолии и на Кавказе. Методы были удивительно похожими.

В Африке также пытались плавить железо и ковать его, чтобы создавать оружие. Из-за неспособности древних людей защитить сталь от коррозии, артефакты той эпохи дошли до нас в плохом состоянии, но доказательства все же есть.

Какие металлы стали обрабатывать первыми?

Все начиналось с меди. Человек находил первые месторождения случайно – тогда они находились близко к поверхности.

Еще за 8 тысяч лет до нашей эры человек пытался обработать медные слитки, но не использовал для этого профессиональных методов.

Получалось грубо, но это была лучшая альтернатива кости или заточенному дереву.

Следующим металлом, которое человечество добавило в свою копилку, стала бронза. Это продукт начала обработки металлов, когда их научились плавить и смешивать. Так появилась комбинация олова и меди, часто использующаяся в создании украшений.

Позволить себе такие изделия могли только самые богатые представители общества, но и сегодня реликты часто удивляют ювелиров нестандартным подходом к обработке и изяществом форм.

Считается, что человек не проводил никаких направленных экспериментов чтобы получить бронзу. Она была найдена случайно при смешивании.

Полученный сплав удивил твердостью и удобством в обработке – за счет добавления олова он был намного пластичнее используемых тогда материалов. Рецепт был закреплен, и кузнецы стали использовать его при создании орудий труда.

Изделия не так быстро выходили из строя, как каменные или медные, мало весили.

Первое тысячелетие до нашей эры ознаменовалось наступлением железного века. Уже по названию понятно, что в то время люди открыли для себя метеоритное железо и стали пытаться обработать. Но только в третьем веке до нашей эры этот материал стал применяться массово.

Пришло к тому, что вместо поиска метеоритов, богатых железом, его стали добывать из недр. Металл стал распространенным и большинство его аналогов отошли на второй план.

Какими были первые способы металлообработки

Первые орудия для обработки были примитивными. Так первый токарный станок был создан еще за 500 лет до нашей эры. На нем работало два человека.

Один быстро вращал вал, на котором были установлены тиски с зажатой деталью. Второй наносил резьбу. Интересно, что к обработке металла таким способом пришли не сразу.

Изначально токари точили кость и древесину.

Аналогичные средства также находят на территории Египта, Греции и некоторых других стран.

Внешне сильно походил на старые швейные машины с педальным приводом. Когда мастер нажимал на педали ногой, заготовка начинала вращаться. Оставалось только использовать долото для обточки. Так делались первые стержни, используемые в телегах, а также при создании других рабочих инструментов.

Важные этапы в обработке металла

Человек много думал над тем, как упростить приведение станка в действие. Постепенно от ручного вращения или нажатия ногой на педаль отказались в пользу использования воды.

Вода обеспечивала вращение заготовки с нужной скоростью. Это позволило увеличить количество изделий из стали, которые использовались в повседневной жизни.

В конце XVIII века обработка металла получила наибольшее распространение благодаря промышленной революции. Джон Уилкинсон предложил миру технологию обточки цилиндров, дающую качественный результат.

Современность

История развития металлообработки привела нас к тому многообразию методов, которые используются сегодня. Стимулом к совершенствованию металлургии в 20 веке стали войны. Созданные тогда технологии используются и сегодня.

В промышленности нашли свое применение несколько наиболее распространенных средств – это сварка, литье, механическая обработка и использование высокого давления прессом.

Новые технологии помогли повысить качество продукции.

Заказывайте оцинковку труб в «Точинвест Цинк»

Компания «Точинвест Цинк» предлагает заказчикам технологию горячего цинкования труб. Используем современные средства для того, чтобы увеличить продолжительность использования получаемой таким образом продукции.

• Накопленный опыт в цинковании – работаем с 2007 года.
• 3 собственных цеха для горячего цинкования и годовая производственная мощность 120 тысяч тонн в год.
• Точное соответствие требованиям с ГОСТ 9.307-89.

Используем оборудование таких брендов, как EKOMOR и KVK KOERNER.

Вернуться к статьям

История металла и металлообработки | портал Металлообработчики

Современные ученые полагают, что история металла и металлообработки как непосредственных участников жизни и быта человека начинается в четвертом тысячелетии до нашей эры. Первыми, кто начал использовать металл, были люди, проживавшие в долинах рек Тигр, Евфрат и Нил.

Они находили в окружающей себя природе самородки золота, меди и метеоритного железа, из которых делали различного рода украшения, самые простые орудия труда, элементы оружия. Для этого применялись простейшие способы металлообработки.

Первым из таких способов, скорее всего, была так называемая холодная ковка, при которой найденным самородкам придавалась нужная форма с помощью нанесения ударов каменным молотком.

В то же время люди начали понимать, что во время этого процесса, кроме изменения формы, происходит и изменение свойств металла, он становится более твёрдым и прочным. Затем, очевидно случайно, люди открыли, что если нагреть кованый металл на огне, то он снова станет мягче. Таким образом человек постепенно постигал основы металлообработки.

Следующим серьезным шагом в искусстве обращения с металлом стала его плавка. Произошло это в середине третьего тысячелетия до нашей эры. В то время плавка металла осуществлялась дутьём с помощью трубок и лёгких человека.

Обладали такими знаниями и техникой металлообработки очень немногие, что давало им определенные привилегии среди прочих людей.

В то же время правители всячески ограничивали свободу овладевших мастерством обработки металла людей, что делало их, по сути рабами.

Потребность в металлах росла и нужно было увеличивать производительность. Добиться этого удалось, используя для дутья не лёгкие человека, а специальные меха.

Плавку осуществляли, разжигая уголь в печи, представлявшей собой некую комбинацию кузнечного и плавильного горнов. Затем появился так называемый сыродутный горн, в котором из руды получали кричное или губчатое железо.

Данная технология долгое время оставалась практически неизменной и использовалась до 1850-1890 годов в Европе и Северной Америке.

Революционным в металлургии и металлообработке стал переход в 18 веке от сыродутных кричных горнов к рудоплавильным шахтным печам (домнам или домницам), с помощью которых начали получать чугун. Удаляя из чугуна избыточный углерод, получали мягкое железо, а из него сталь.

Такой процесс обработки металла получил название «кричный передел», по другому его еще называют «фришевание» или «рафинирование». Технология совершенствовалась и к концу века печи уже строились таким образом, чтобы в них топливо – на тот момент уже каменный уголь — не соприкасалось с чугуном, который подлежал переработке.

Такие печи впервые появились в Англии и получили название «пудлинговые».

Производство стали в Европе продолжало совершенствоваться, что привело к появлению в 60-х годах 19 века мартеновского процесса.

Его высокая производительность позволила человечеству избавиться от дефицита стали, а Англия в очередной раз подтвердила свой статус лидера в промышленной гонке. К 1870 году Англия производила более 5 млн. тонн стали.

В этом же году в России построили первую мартеновскую печь. Следующее столетие прошло под флагом железной революции и к 1990 году производство стали в мире превысило 1 млрд тонн в год.

Жизнь современного человека уже невозможно представить без металла, он используется повсюду. Изобретены тысячи сплавов, обладающих различными характеристиками и множество способов их обработки.

Термин «металлообработка» сегодня является общим названием ряда технических наук, технологических процессов и операций, связанных с изучением методов и способов обработки металлических материалов для получения заготовок, законченных изделий в виде деталей машин и механизмов с использованием различного оборудования, станков, инструментов и режимов воздействия. В процессе металлообработки происходит изменение формы, размеров и свойств металлов и сплавов.

По характеру физического воздействия на обрабатываемый металл различают горячую, холодную, электрохимическую, лазерную, механическую и другие виды обработки.

По категориям металлообработку, как правило, разделяют на формование — создание первичной заготовки, резание — доведение до необходимой формы и размеров, соединение и изменение свойств материала.

В зависимости от технологических операций, применяемых для придания изделиям из металла определённой формы, размеров, чистоты поверхности, точности, а также необходимых качеств и свойств данные процессы делятся на виды:

• литьё металлов;
• обработка металлов давлением (ковка, прокатка, штамповка и другие);
• механическая обработка с помощью различных станков и инструментов;
• резка металла;
• гибка металла;
• сварка металла и пайка металла;
• термическая обработка;
• химическая, электролитическая и химико-термическая обработка (нанесение различных защитных и декоративных покрытий).

Ремесло как искусство

Художественная обработка металла

В Павлове сын обрусевшего немца Александр Штанге организовал одну из первых в стране производственных артелей

История работ по металлу в Павлове Нижегородской области восходит к XVII веку. Здесь располагался стрелецкий полк, который сам правил себе амуницию (ружья павловских умельцев, кстати, поставлялись даже в Оружейную палату) и снабжал разными металлическими изделиями местных жителей.

История Павловского завода художественных металлоизделий начинается в конце XIX века: предприятие появилось по инициативе сына обрусевшего немца, народовольца Александра Генриховича Штанге, организовавшего в Павлове одну из первых в стране артелей, которая была основана на капитале ее участников.

В послевоенное время артель была переименована в завод им. Кирова.

Промысел начинался с черного металла. В советское время использовались различные сплавы, например, нейзильбер — сплав меди, никеля и цинка.

Сейчас для изготовления столовых приборов на заводе используется импортная пищевая нержавеющая сталь, которая безопасна для здоровья, а также серебро 925 пробы.

Изделия могут покрываться гальваническим золотом или нитрид-титановым напылением, имитирующим позолоту, но более устойчивым и менее дорогим. Не специалист не сможет отличить позолоту от нитрид-титанового покрытия.

Не специалист не сможет отличить позолоту от нитрид-титанового покрытия

Сегодня процесс производства столовых приборов начинается с работы художников – дизайнеров, которые в рисунке предлагают новую форму изделий и орнаментную часть чеканки. После этого рисунок попадает в руки конструкторов, которые превращают его в конструкторскую документацию, где точно указаны все размеры, толщины, радиусы.

Затем опытные граверы создают первые образцы штамповой оснастки.

После шлифовки и полировки для придания изделиям большей красоты и самобытности художники-отделочники кисточками вручную наносят на гладкие поверхности приборов различные орнаменты, которые после травления изделий в растворе кислоты, прочно закрепляются на поверхности металла.

Треть рынка

35% столовых приборов, производимых в России, выпускается на Павловском заводе художественных металлоизделий. В целом на долю российского производства приходится только 10% рынка, 90% — импорт, в основном из Китая.

Все для фронта

Во время гражданской и Великой Отечественной войн наряду со столовыми приборами по требованию времени на Павловском заводе выпускалась продукция, необходимая для нужд фронта. Это саперные лопатки, саперные ножницы, корпуса для мин и гранат, шпоры, замки, закрылки для реактивных нарядов.

Из истории художественной обработки металла

Если говорить об истории художественной обработки металла, то она уходит своими корнями в глубь веков. Первые художественные изделия из металла появились в глубокой древности, когда человек научился изготавливать из этого материала оружие, орудия быта и посуду.

Он быстро научился обрабатывать металл, который хорошо поддается ковке, плавится, вытягивается в нити. Уже с этого времени изделия из металла делились на две группы. Одна служила утилитарным целям, имея не только эстетическое, но и функциональное значение.

Вторая (не имела практического применения) служила для украшения быта и людей.

На Руси искусство художественной обработки металла возникло с незапамятных времен. Наряду с керамикой, художественной обработкой ткани и дерева, художественный металл является традиционным видом древнерусского искусства.

Обработка металла была самым первым производством, выделившимся в самостоятельное ремесло в городе и деревне. Древняя Русь знала почти все виды современной металлообработки: ковку, литье, чеканку, скань, зернь и другие технологии.

Замечательные произведения искусства, оставленные мастерами прошлого, говорят о совершенном владении ими материалом, знании его природных свойств, тонком понимании их возможностей.

Изделия городских ремесленников X – XIII в в. составляли обширный пласт творчества в художественной обработке металла древней Руси. Преимущественно это были различные украшения на вкусы горожан и жителей деревень.

В течение XI – XVII веков крупным центром художественной обработки металла на Руси был Новгород.

Особой популярностью пользовались золотые и серебряные ковши в форме ладьи с одной высоко поднятой или двумя ручками в виде головы и хвоста птицы.

Новгородские мастера украшали чеканкой, тиснеными узорами (басмой), филигранью, эмалью, чернью, гравировкой, позолотой различные предметы интерьера церковных храмов и монастырей.

В это же время и до конца XVIII века один из ведущих центров художественной обработки металла был Псков – город развитого ремесленного производства и торговли.

Мастера Пскова так же, как и новгородцы, владели техникой филиграни, эмалирования, золочения, серебрения и чернения. Больших высот они достигли в мастерстве гравирования по серебру.

Гравировальное искусство псковитян оказало большое влияние на дальнейшее развитие художественной обработки металла в России.

В XVII веке крупными центрами художественной обработки металла были города Поволжья и Севера: Ярославль, Казань, Кострома, Великий Устюг, являющиеся важнейшими населенными пунктами на большом торговом пути из Астрахани до ВеликогоУстюга.

Народные мастера Великого Устюга славились искусством изготовления различных серебряных изделий с чернью.

Черневые серебряные ларцы, табакерки, шкатулки, вазы, предметы сервировки стола, ювелирные украшения были известны далеко за границей России.

• В XVIII веке большими знатоками черневого дела, искусными изготовителями коробочек, табакерок, чарок, стаканов, чайных сервизов из серебра были мастера из Тобольска и Иркутска.
• Также нельзя не отметить московских художников – мастеров, вплоть до XVIII – XIX веков Москва продолжала оставаться основным центром изготовления художественных изделий из металла.
• А зарождение искусства художественной обработки металла в Петербурге относится к началу XVIII века, когда в новую столицу русского государства Петром I были приглашены народные умельцы из многих городов России, а также иностранные мастера.

Среди всемирно известных центров народного художественного промысла Красносельский (село Красное Костромской губернии) является один из старейших. В 1897 году в Красносельском училище открылся «Класс технического рисования», а с 1904 года он преобразован в «Художественно – ремесленную учебную мастерскую золотосеребряного дела».

По настоящее время училище готовит мастеров с квалификацией – «художник – мастер по металлу».

Говоря о художественной обработке металла, нельзя не сказать о жостовском промысле, где главным творцом подноса, несомненно является мастер – живописец. Вначале поднос делали из папье — маше.

Лишь в 1876 году их стали изготавливать из железа.

Изображение цветов и плодов – неиссякаемая тема талантливых жостовских живописцев, утверждающих в своих работах ценность мира природы и открывающих скрытую в обыденности красоту.

Рождение искусства просечного металла относится к отдаленным временам развития кузнечного дела. В древнерусском декоративном искусстве просечной металл распространился очень быстро.

«Плоскостное узорочье» вплетали в белокаменную резьбу владимирско – суздальской Руси подзорами крыш, куполов, фонарей, дверных петель.

В домах просечными полосами оковывали сундуки и шкатулки, а также отделывали доспехи и холодное оружие.

«Ростовская финифть» — исстари и по сей день отличительная особенность ростовских мастеров заключается в том, что декоративные изображения на изделии выполнены живописной эмалью (финифтью). Заметим, что нанесения живописной эмали разработал еще в XVII веке французский ювелир Жан Тетен.

Специальные огнеупорные краски собственного изобретения он накладывал на эмалированные поверхности, затем подвергал обжигу для закрепления. Вскоре после этого финифть появилась в Москве, Сольвечегодске, Великом Устюге, Петербурге.

С середины XVIII века главным центром по производству финифтевых изделий стал Ростов Великий.

Говоря о художественной обработке металла как о виде декоративного народного творчества, нельзя не вспомнить о Фаберже, который нетрадиционно, умело и эффектно использовал в изделиях природные неоднородности металла.

До сих пор отвоеванное им место в мировом ювелирном дизайне не занял никто. Прошли десятилетия, а драгоценные украшения в стиле Фаберже по – прежнему привлекают людей, вызываю восторг и восхищение.

В 1996 году Юнеско объявило Годом Фаберже в честь 150 – летия со дня рождения знаменитого российского ювелир.