Первыми металлами, с которыми люди научились обращаться, стали медь и золото. Причиной этому послужил тот факт, что и медь, и золото встречаются в природе не только в рудах, но и в чистом виде. Люди находили целые самородки золота и куски меди и при помощи молотка придавали им нужную форму. Причем металлы эти не нужно было даже плавить. И хотя нам до сих пор неизвестно точно, когда люди научились использовать металлы, но ученые могут поручиться за то, что человек впервые применил медь примерно в пятом тысячелетии, а золото — не позже четвертого тысячелетия до нашей эры.
Приблизительно в третьем тысячелетии до нашей эры люди открыли некоторые из наиболее важных свойств металлов. К тому времени человек уже познакомился с серебром и свинцом, но чаще всего использовал по-прежнему медь, главным образом из-за прочности, да и, пожалуй, еще потому, что медь встречалась в изобилии.
Начав работать с металлами, люди научились придавать им нужные формы и делать из них посуду, инструменты, оружие. Но как только человек познакомился с металлами, он не мог не обратить внимание на их полезные свойства.
Если металл нагреть, он становится мягче, а если потом вновь остудить, он снова твердеет. Человек научился лить, варить и плавить металлы.
Помимо этого, люди узнали, как можно добывать металлы из руд, ведь те значительно чаще встречаются в природе, чем самородки.
Находя упавшие на нашу Землю метеориты, люди узнали о железе — причем задолго до того, как они научились получать его из земных руд. Приблизительно в 1200 году до нашей эры человек перешагнул и этот барьер — научился плавить железо.
Умение это быстро распространилось по всему миру. Железо заменило медь практически во всех областях. Это стало началом следующего, железного века.
Кстати, во времена могущества Римской империи людям были известны золото, медь, серебро, олово, железо, свинец и ртуть.
Около 6000 лет назад человек жил в каменном веке. Он назван так потому, что основная часть орудий труда и охоты была сделана из камня. Человек еще не научился делать их из металла.
Вероятнее всего, первыми металлами, которые человек начал использовать, были медь и золото. Причина в том, что эти металлы в природе существовали как в чистом виде, так и в составе руды.
Человек находил самородки меди и золота и мог придавать им различную форму без плавления. Мы не можем сказать точно, когда человек открыл для себя эти металлы, но известно, что медь начали использовать на рубеже пятого тысячелетия до нашей эры.
Незадолго до наступления четвертого тысячелетия до нашей эры начали использовать и золото.
К третьему тысячелетию до нашей эры человек уже многому научился в работе с металлом.
К этому времени были также обнаружены серебро и свинец, но тем не менее в большинстве случаев медь была наиболее часто используемым металлом в силу своей прочности и распространенности.
Сначала человек научился выковывать из металла полезные ему вещи — посуду, инструменты и оружие. В процессе ковки металла он обнаружил процесс закаливания , плавки, литья и выплавки. Он также научился получать медь из руды, которой было больше, чем самородков.
Позднее человек обнаружил олово и научился смешивать его с медью — получалась более твердая бронза. Приблизительно с 3500 по 1200 год до нашей эры бронза была самым важным материалом для изготовления инструментов и оружия. Этот период назван бронзовым веком.
Человек узнал о существовании железа, находя метеориты задолго до того, как он открыл, как выплавлять его из руды. К 1200 году до нашей эры человек научился обрабатывать железо, и его навыки передавались из поколения в поколение. Железо во многом заменило бронзу. Это было началом железного века.
Ко времени появления Римской империи человеку были известны семь металлов: золото, медь, серебро, свинец, олово, железо и ртуть.
Когда появились первые пилы?
Историки же относят появление пилы к бронзовому веку, когда люди научились обрабатывать металл. Возможно это и так. Главным вопросом, было строительство кораблей. Все первые корабли были деревянными. Чтобы построить корабль – нужны доски. И только доски. Из круглых стволов корабль построить невозможно.
Топором из ствола доску не вытешешь, а если и вытешешь, то это очень трудоемкий процесс. Но, как мы знаем, корабли были сильно распространены в Древней Греции. Они, их флот, стал основой древнегреческой колонизации всего Средиземноморья. Греки строили много кораблей, значит, было нужно много досок. Стало быть, пилы тогда были.
В Древней Греции уже вполне пользовались железным и стальным инструментом. Раз мечи и топоры были, стало быть, могли быть и пилы.
Вопрос – какие? Скорее всего, это были пилы типа ножовок, то есть просто длинные зазубренные ножи. И как вариант их развития – пилы двуручные, для разделки объёмных стволов. Как выглядели старинные лесопилки можно увидеть на старинных рисунках или в исторических фильмах.
Один мужик сверху, один снизу, посередине бревно, а они его пилят. Процесс трудоемкий и однообразный. Естественно, любой однообразный процесс легче автоматизировать, и так появились первые механические лесопилки, приводившиеся в движение силой воды. Потом, очевидно, силой пара.
Но самое интересное в этом деле – появление циркулярной или дисковой пилы.
В деле распила, изобретение циркулярной пилы это явление такое же важное по значимости, как изобретение колеса! Точных сведений о том, когда и где впервые появилась дисковая пила тоже нет.
Однако можно предположить, что это средние века, средние или позднее средневековье, когда был настоящий взрыв всевозможных механических изобретений. Вплоть до того, как появились ручные ленточнопильные станки.
Следующим шагом в развитии «пильного» дела стала обработка металлов с помощью пил. Этому способствовали появление сверхпрочных металлов и сплавов, а также технологии закрепления алмазных резцов и абразивов на режущих поверхностях пил. Такими пилами уже давно пилят рельсы, режут другие массивные металлические объемы. Есть и большие станки, которые делают эти процессы.
Как люди обрабатывали металлы?
Первые металлы, которые люди научились добывать и обрабатывать, были золото медь и бронза. Металлообработка осуществлялась ударными инструментами, так называемым холодным способом гибки. Для получения многих видов металлов использовали сыродутные печи. Для того, чтобы придать деталям правильную форму, древние мастера долгим упорным трудом шлифовали камнем заготовку. После чего был придуман новый метод – литье. Разъемные и неразъемные формы вырезались из дерева или камня, затем в них заливался сплав, после чего металл остывал, получалось готовое изделие.
Для изготовления фигурных изделий, использовали закрытую форму, для этого из воска вылепливали модель изделия, затем ее покрывали глиной и помещали в печь, где воск плавился, а глина повторяла точную модель. В пустоту заливали металл, после полного остывания, форма разбивалась и мастера получали изделие сложной формы.
Со временем были постигнуты новые способы работы с металлом, такие как пайка и сварка, ковка и литье.
Сегодня, появились новые технологии, которые позволяют обрабатывать металл намного быстрее. Механообработка осуществляется на токарных станках, которая позволяет получить готовое изделие с высокой точностью.
Токарная обработка является самым популярным способом. Она производится на специальных металлорежущих станках, которые настраиваются на выполнение работ из заданного вида металла. Токарные станки, на автоматическом и полуавтоматическом режиме, используют для серийного производства изделий с вращающейся формой тела.
Для металлообработки используют также станки с числовым программным управлением . Эти станки полностью автоматизированы, и основная цель оператора состоит в контроле работы, наладки оборудования, установки заготовки и снятии готового изделия.
Фрезерные работы представляет собой механический процесс по обработке металлов на универсальных фрезерных станках, требующий наличие опытного специалиста с глубокими знаниями в области металловедения и методах обработки металлов.
Для выполнения фрезерных работ высокого качества, важно использовать высокоточное оборудование. Степень фрезеровки напрямую зависит от эффективности и производительности. Поэтому неточности и погрешности в этом деле просто недопустимы.
Источники: otvet.mail.ru, potomy.ru, esperanto-plus.ru, operator-cnc.ru, www.protochka.su
В Западной Историографии наоборот, понятие Среднего Востока гораздо более широкое чем понятие Ближний Восток . И если под Ближним Востоком на …
Египет — древняя архитектура
Огромная территория Египта раскинулась между самой восточной частью Средиземного моря, так же как Красного моря и областью пустынь северо-восточной Африки. …
Мифические герои
Изображение дракона служило символом императора, а феникса — императрицы. Сочетание этих изящных и причудливых созданий в представлении китайцев символизировало гармонию семейного …
Собака — самый преданный друг
Собаки невероятно преданные животные, человеку у них стоило бы поучиться, ведь будь мы такими, проблем бы в жизни у нас …
На природе около Львова
Нет такого человека, который бы не отказался от проведения отдыха в лесу или на берегу озера. Очень редко мы бываем …
Славянские руны
Руническая культура — это древние навыки письменности, а также культурный пласт, охватывающий определенные аспекты магического искусства, мифологию и религию. Каждая …
Древнейшие символы
Мировой истории известны различные символы, нашедшие отражение в разных культурах, у разных народов.Среди них, спиральные формы, так часто встречающиеся в …
История производства железа и стали
Выплавку железа во 2-м тысячелетии до н. э. в промышленных масштабах освоили хетты, основавшие империю на территории хаттов (современная Турция), переняв у них навыки работы с железом и сделав это государственной тайной. Известно, что хетты дарили фараонам железные кинжалы, что считалось царским подарком, а железные слитки (крицу) фараоны держали как стратегический запас драгметалла.
Во время Троянской войны (примерно 1250 год до н. э.) оружие было в основном из меди и бронзы, но железо уже было хорошо известно как драгоценный металл. Железные изделия получили широкое распространение только после Троянской войны. Раскопки в Афинах показали, что уже около 1100 года до н. э.
и позднее уже широко были распространены железные мечи, копья, топоры, и даже железные гвозди. В Китае производство железа развилось к середине I тысячелетия до н. э., в «славной» своими «идеальными» мечами Японии железный век наступил только в VII веке нашей эры (!) В Северной Америке в I тысячелетии до н. э.
появилось железо, в Южную сталь принесли конкистадоры.
В древности основным методом его получения был сыродутный процесс: слои железной руды и древесного угля прокаливались в горнах — от древнего «Horn» — рог, труба, первоначально это была просто одноразовая труба, вырытая в земле, обычно горизонтально в склоне оврага.
В горне окислы железа восстанавливаются до металла раскалённым углём, который отбирает кислород, окисляясь до окиси углерода, и в результате такого прокаливания руды с углём получалось тестообразное кричное (губчатое) железо. Крицу очищали от шлаков ковкой, выдавливая примеси сильными ударами молота.
Полученный брусок железа (в котором всё же оставалось 2—4 % шлака) назывался «кричной болванкой». Долгое время ковка была основным процессом в технологии производства железа, причём, с приданием изделию формы она была связана в последнюю очередь, ковкой получали железо.
На изготовление меча поэтому или скорее нужного количества металла, могло уйти несколько месяцев, доспехов того больше – выковать широкие равномерной толщины пластины молотом сложно и долго, поэтому латный доспех дорого стоил.
Гладии, спаты, каролинги, меровинги, отчасти романского типа мечи и конечно японские катаны заложники низкого качества стали, поэтому они были из сварного дамаска, то есть составными — мягкая сердцевина и наварные твёрдые лезвия.
Дамаск или дамасская сталь — цель процесса была не получить красивый узор сварных харалугов (так называли сталь на Руси), а добиться выгорания вредных примесей (фосфор, сера, шлак) и равномерного распределения углерода в заготовке.
Основным и немаловажным недостатком дамасской стали является ее низкая коррозионная стойкость, обусловленная большим содержанием углерода в компонентах поковки и практически полным отсутствием легирующих элементов.
Узоры на поверхности этого вида дамаска — оптический эффект неравномерного распределения углерода в связи с неоднородностью материала.
В Индии в начале I тысячелетия до нашей эры получали булат (под названием вуц), поскольку имели отличную руду, из неё получались стали с великолепной дендритной решёткой.
Аль-Бируни – средневековый персидский ученый отмечал, что подобная сталь хрупка на морозе, поэтому широкого распространения такие клинки в Европе не имели. Поэтому рыцари не покупали их на «вес золота» и они не «резали кольчугу как масло» или газовый платок.
Дамаск и булат покрыты мифами о разрубании всадника вместе с доспехами, камней и прочего голливудского мифотворчества, что совершенно не соответствует действительности, это в полной мере относится и к катанам.
И булатные и дамасские клинки имеют довольно посредственное качество по сравнению с современной сталью и находятся на уровне качества современных массовых китайских ножей.
Первые металлурги
Около 9 тыс. лет назад люди открыли для себя металлы. Древнейшие свидетельства этого найдены на востоке Малой Азии. Люди, населявшие эту территорию, научились обрабатывать самородную медь. Медь – мягкий податливый металл, его можно ковать холодным. Именно так из неё делали бусы и булавки.
Чуть позже появились украшения из другого металла – золота. Со временем из меди начали делать орудия труда: первыми стали медные сверла. Оказалось, что у меди немало преимуществ по сравнению с камнем: она не такая хрупкая, ей можно придать любую форму, а если что-то не получилось, орудие можно перековать или заточить по-новому. Однако самородки меди и золота встречаются редко.
Бронзовое зеркало. Древний Египет. Каирский музей
Настоящая металлургия появилась, когда люди научились выплавлять медь и золото из руды. Для этого сначала использовали гончарные печи, температура в которых достигала 800 градусов Цельсия: ее было достаточно, чтобы расплавить медь, содержавшую примесь серы.
Затем металл заливали в каменные формы. Но у медных орудий был серьёзный недостаток: они легко гнулись. Золото было гораздо твёрже, но слишком редко встречалось и слишком дорого стоило, чтобы делать из него лезвия и топоры.
Проблему удалось решить, когда к меди стали добавлять немного олова. Так получили сплав бронзы. Он был не только прочнее чистой меди, но и легче поддавался отливке. Из бронзы отливали те части орудий и оружия, которые должны были сочетать твёрдость и остроту лезвия.
Из неё же делали вазы, украшения, статуэтки, детали мебели.
Независимо друг от друга центры обработки меди, золота и бронзы появились и в других, как правило горных, районах Азии, Европы и Центральной Америки.
Оружие и украшения железного века
Следующим шагом в развитии металлургии стало освоение железа. Первыми кузнецами были древние хетты, жившие на территории современной Турции 3,5 тыс. лет назад. Железо разогревали в печах, но их температуры не хватало для того, чтобы металл расплавился.
Получалась твёрдая масса – крица, состоящая из железа и шлака. Её разогревали докрасна и ковали тяжёлыми молотами, пока шлак не отделится от металла, а изделие не примет нужную форму.
Для прочности к железу примешивали древесный уголь, а раскаленные инструменты и оружие из железа закаляли в ледяной воде.
Примерно 2,5 тыс. лет назад китайские мастера научились строить плавильные печи с высокой температурой. В них они впервые получили чугун.
Преимущества железа перед другими металлами были очевидны. Железная руда встречается гораздо чаще, чем медная. Предметы из железа очень прочны и долговечны, а их стоимость существенно ниже, чем медных и бронзовых. Это привело к быстрому переходу от бронзового века к железному.
Металлические орудия труда древних людей
Распространение металлических орудий труда привело к дальнейшему прогрессу земледелия, способствовало развитию ремёсел и торговли, усилению неравенства, обогащению знати. Появление оружия из бронзы и железа превратило столкновения из-за земли и скота в ожесточённые войны.
Развитие общества не только ускорилось, но и стало неравномерным. Группы людей, расселившиеся по огромным пространствам суши, оказались в несхожих природных условиях.
На самых благоприятных территориях Ближнего Востока, Северной Африки и Юго-Восточной Азии переход от первобытности и цивилизации начался в энеолите – медно-каменном веке. В других районах Земли это стало возможно только после освоения бронзовых, а в большинстве случаев – железных орудий труда.
Сами сроки перехода от камня к металлу и от бронзы к железу на разных территориях не совпадали и могли расходиться на тысячелетия.
Поделиться ссылкой
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.
Как добывали первые металлы?
История использования металлов человеком, таких как: медь, золото, свинец, олово насчитывает тысячи лет. Первые небольшие их партии, вероятно, были выделены из метеоритов. Затем люди научились добывать металлы с поверхности земли. А в эпоху Римской Империи уже был освоена технология горной добычи.
История добычи и использования первых металлов человеком.
Медь или Cuprum (в таблице химических элементов обозначается Cu) – один из первых металлов, который начали использовать люди. Упоминания о нем датируются 9 веком до нашей эры. Из Cu изготавливали инструменты, орудия труда и оружие.
Месопотамские племена делали из меди украшения, так как не располагали металлургическими технологиями. Египтяне применяли этот цветной металл в медицинских целях – обеззараживали воду, заживляли раны. Индейцы пользовались медными хирургическими инструментами.
Мягкий свинец использовался доисторическими людьми в производстве сосудов для транспортировки жидкостей, а также украшений. Римляне изготавливали из него трубы для акведуков. Первые упоминания о металле датируются серединой 6 века до нашей эры. Пользовался популярностью из-за легкости добычи и простоты обработки.
Появление бронзы (сплав меди и олова) бронза ознаменовало новый виток развития оружейных технологий. Начала активно использоваться технология литья. А с помощью ковки сплав делали прочнее.
Золото или Aurum (обозначается Au) в природе встречается в виде самородков (слитков разного размера). Люди обратили на этот металл внимание, благодаря его необычному цвету. Еще одно его преимущество – пластичность. Поэтому из Aurum изготавливали ювелирные украшения, чеканили монеты.
Олово или Stannum (обозначается Sn) было редким металлом. Люди научились его добывать из оловянного камня в 6 веке до нашей эры. Выплавлялся с использованием древесного угля, создания в печи дефицита кислорода. Но получить Sn относительно в чистом виде удалось только в 7 веке нашей эры. Металл ценился из-за высокой твердости.
- Существует историческая гипотеза, что «Бронзового века», на самом деле, не было. Обосновывается это тем, что оловянный камень или касситерит залегает достаточно глубоко, а крупные его месторождения находятся в отдаленных, труднодоступных местах, таких как:
• Забайкалье;
• Якутия;
• Таиланд;
• Боливия; - • Кавказ.
Европейские месторождения олова также залегают на большой глубине. Ученые считают, что древние люди не располагали технологиями для добычи олова в промышленных масштабах. Им приходилось довольствоваться тем, что находили на поверхности.
Сегодня выплавляется огромное количество меди, золота, свинца, олова. Эти металлы широко используются в различных отраслях: машино и приборостроительной, химической, ювелирной, космической, а также в медицине, строительстве. Без них невозможно представить дальнейшее развитие цивилизации.
