Новые технологии появляются там, где много необходимого для этих технологий сырья

1. Новые технологии появляются там, где много необходимого для этих технологий сырья.

2. Новые технологии являются "побочным продуктом" более древних технологий.

…Основные залежи железа КМА находятся на глубине 60 метров и более, но было известно несколько выходов сильно окисленной руды на поверхность. Кроме того, на склонах оврагов, а в некоторых местах и на поверхности почвы довольно часто встречаются железосодержащие минералы, в частности конкреции лимонита, марказита и, значительно реже, конкреции пирита. То есть железосодержащего сырья у наших предков было более чем достаточно.

…Более древняя технология - это получение минеральной краски - гематит (охра, кровавик) - в Костенках она в большом количестве применялась в ритуале захоронения некоторых (?) соплеменников. Археологами раскопаны богатые могилы, дно которых и кости скелета были обильно посыпаны охрой. Чем выделялись эти люди от остальных соплеменников? Возможно, это были вожди племени или шаманы, или …?

Вопрос - новая гипотеза (рожденная при подготовке этого варианта статьи) - не от нас ли пришел метод изготовления мумий из тел фараонов в Древнем Египте (4-3 тысячелетие до н. э), когда труп фараона обертывался кусками материала, обильно пропитанного охрой, а между слоями материала укладывались в строго определенном порядке пластинки гематита?

Заметим, что в небольших количествах эта минеральная краска также использовалась гончарами для росписи сосудов перед обжигом, а также древними художниками для росписи стен пещер.

Краску получали путем прокаливания в кострах железосодержащих конкреций, на что указывают находки археологами в остатках древних кострищ обожженных конкреций лимонита, причем, внутри двух из них археологи обнаружили небольшие корольки чистого железа. Заметим, что марказит и пирит при длительном нагреве становятся лимонитом и далее - охрой.

Корольки железа в обожженных конкрециях появлялись не всегда, а только в некоторых случаях. Для древних ремесленников это было великое чудо, которое скорее подтверждало святость или величие того человека, которого необходимо было захоронить. Они, пожалуй, в те далекие времена и не догадывались, что создают новую технологию - металлургию железа и закладывают основы того самого "железного века", который появится через много тысяч лет и в котором живем и мы, их далекие потомки - люди начала XXI века.

На территории КМА нет месторождений меди и других цветных металлов. Находки меди и бронзы единичны и найденные изделия и слитки изготовлены только из привозного металла (Урал, Кавказ, Карпаты). Создается впечатление, что древние жители этого региона из каменного века шагнули сразу же в железный век. Вернее железный век у них начался еще тогда, когда повсеместно царствовал век камня.

Уточним, что минеральные красная и коричневая краски, полученные из руд железа, использовались людьми для художественных нужд еще 15-20 тысяч лет назад. В это время были написаны все известные фрески каменного века: бизоны Альтамирской пещеры (Испания), олени пещеры Фон-де-Гом (Франция), мамонты Капской пещеры (Россия, Сибирь), антилопы, быки и охотники пещеры Тассили (Алжир).

Теперь - второе утверждение. В окрестностях села Ютановка историком А.Г. Николаенко найдено более 30 домниц, предположительно конца каменного - начала бронзового века. Даже при однократном использовании этих домниц, можно было получить около 400 кг железа. Оценки историка показывают, что, с учетом числа домниц, площадок для дробления железной руды и складских помещений, этот "металлургический комбинат" конца каменного века ежегодно мог производить более 430 тонн железа.

По данным 35-летних исследований группы краеведов "Алан" (А.Г. Николаенко) в IV-X веках нашей эры основным занятием жителей оскольской долины была черная металлургия. Причем древние металлурги использовали передовую технологию прямого восстановления железа. В окрестностях нынешнего Старого Оскола найдено более двух десятков мест, где осуществлялось древнее металлургическое производство. Интересно, что одно из таких мест было обнаружено и на территории нынешнего Оскольского электрометаллургического комбината при его строительстве.

Кроме того, учтем, что археологи, при раскопках Чатал-Хююке в Малой Азии, нашли несколько небольших криц железа, которые отнесли к 6 тысячелетию до н.э.

…В окрестностях Старого Оскола в могильниках бронзового века (3-2 тыс. лет до н. э) археологи нашли первые изделия из железа, так называемые "прошивки" - примитивные швейные иглы. А из королька железа массой несколько грамм, пожалуй, только иглу и можно было выковать.

Гончары Старого Оскола в древности также расписывали глиняную посуду минеральной краской, которую получали путём обжига конкреций лимонита. При нашей разборке остатков древнего гончарного горна (XVII - XVIII века) на Казацкой слободе Старого Оскола была найдена в его топке обожжённая конкреция лимонита. Технология получения минеральной краски для раскраски гончарных изделий путем обжига железосодержащих конкреций существовала в нашей местности вплоть до конца ХVIII века.

Планировали заняться "практической археологией", то есть воспроизвести в современных условиях древнюю технологию получения минеральной краски. Думали собрать 10-15 кг различных железосодержащих конкреций, загрузить их в топку, напоминающую гончарный горн, долго (4-6 часов) прокаливать их на небольшом огне, а затем попытаться за счет концентрации естественного дутья ветра максимально поднять температуру в топке. До загрузки и после остывания все конкреции проверить металлодетектором на наличие чистого железа. Основная цель таких экспериментов - попытаться получить хотя бы несколько корольков чистого восстановленного железа. Окрестности Старого Оскола находятся на водоразделе Днепра и Дона (260-280 м выше уровня моря). Здесь часто дуют сильные ветры постоянного направления, и этим можно будет воспользоваться при проведении эксперимента.

Рассказал об этой идее доценту МИСиС Малышевой Т.Я., а она говорит, что не стоит делать того, что уже давно сделано. Открывает учебник по металлургии железа на странице с диаграммой "железо-кислород" и говорит, что в предельно упрощенном виде лимонит (Fe2O3 * n H2O, он же гетит, гидрогетит, бурый железняк) при длительном прокаливании при температуре до +2000˚C теряет кристаллическую воду и превращается в гематит (Fe2O3), который и является минеральной краской. При дальнейшем прокаливании гематит превращается в магнетит (Fe3O4), который в свою очередь, может либо сразу восстановиться до чистого железа, либо, пройдя через стадию (FeO). Для восстановления железа температуры восстановительного пламени простого костра (600-700˚С) будет недостаточно, в гончарном горне (800-1000˚С) есть небольшая вероятность получения чистого железа, но если процесс будет идти в топке с дутьем, то можно обеспечить температуру до 1100˚-1300˚С, необходимую для восстановления железа.

В местной газете нашел ряд интересных фактов. Средневековое арабское историко-географическое описание "Худуд-ал-Алем" свидетельствует, что в долине реки Рось (древнее название р. Оскол) находился город Арта (Арт), где "убивают всех иностранцев, когда они попадают туда. Там производятся клинки для мечей и мечи, которые можно перегнуть надвое, но если отпустить, то они возвращаются в прежнее состояние". Местонахождение этого города археологами до сих пор точно не установлено, но с военной точки зрения, как мне кажется, более удобного места, чем место расположения нынешнего города Старого Оскола найти трудно.

Если обобщить все вышеперечисленные факты, то можно с большой уверенностью утверждать, что: район КМА - это одно из первых мест на Земле, где зародилась металлургия железа…

…Из статьи А.Г. Николаенко в местной печати узнал, что он в 1995 году образец металла из домницы ютановского типа передал для исследования в лабораториях Оскольского электрометаллургического комбината. Анализы показали, что кроме железа в этом образце присутствовали: марганец, никель, хром, молибден, титан, цинк и другие присадки. Специалисты ОЭМК сделали вывод, что более полутора тысяч лет назад оскольские ремесленники владели секретом выплавки легированной стали, то есть "булата", как говорили в древности. Затем его секрет был надолго утерян. Почему в выводах специалистов звучит срок полторы тысячи лет? Потому что, видимо, им так сказали в свое время профессора в МИСиС. Заряд психологической инерции, полученный в процессе обучения, является наиболее мощным, и бороться с ним тяжело.

В заключении специалистов ОЭМК есть фраза, которая у меня вызывает большие сомнения - "владели секретом выплавки легированной стали". Можно подумать, что наши ремесленники заказывали в Германии никелевый блеск, предупреждая, что в нем не должны быть примеси кобальта, а с острова Эльба (Италия) им привозили цинкродохрозит и так далее, для того, чтобы легировать полученное на месте железо и выплавить легированную сталь? Я думаю, что все было значительно проще (еще одна гипотеза). Наши предки выплавляли металл из того, что можно было легко найти "под ногами". И этот металл - уж такое было сырье - оказывается, был легированной сталью, о чем эти мастера даже и не догадывались. И эту гипотезу просто проверить - необходимо исследовать кусочки металла из различных ютановских домниц. Если везде будет лигированная сталь примерно одного состава, то прав я, если нет, то правы сотрудники ОЭМК и наши предки действительно владели способом легирования сталей. Но тогда появится много новых вопросов, которые потребуют более или менее правдоподобных объяснений".

Интересная деталь: в Центральной Африке зарождение металлургии имело свои особенности. В джунглях и саваннах экваториальной Африки почти нет залежей меди, поэтому местные народы, в своем историческом развитии, попросту пропустили такой "важнейший", с точки зрения историков этап развития общества и становления цивилизации, как "бронзовый век". Век металла тут начинался с железа.

При археологических раскопках в Центральной Африке были обнаружены плавильные печи и шлак. Это дало основание предположить, что примитивная выплавка железа здесь велась уже, как минимум, в самом начале II тысячелетия до н.э., но разве то, что центральноафриканские народы напрямую шагнули из "каменного" века в "железный" сделало представителей их более цивилизованными и индустриально развитыми, чем, к примеру, народы средиземноморья, так долго задержавшиеся в "бронзовом" веке?

Б.А. Шевченко, в своей книге "Как возникла металлургия железа", касаясь роли метеоритного железа в истории, пишет: "Есть достоверные свидетельства использования метеоритного железа. Полярная экспедиция Росса в 1818 году нашла большой железный метеорит на берегу бухты Мельвиль, от которого эскимосы с большим трудом отделяли небольшие куски железа и делали из них ножи и наконечники гарпунов".

Что лишний раз свидетельствует нам, по меньшей мере, о четырех вещах.

1. Не только в Центральной Африке, но и в районах крайнего севера, при полном отсутствии медных месторождений, люди с большим успехом и преспокойно миновали в своем развитии период, именуемый традиционными историками "бронзовым веком", перейдя сразу же в век "железный".

2. Ни в одном, ни в другом случае, этот "качественный", по мнению историков скачек в "технологиях обработки металлов" не повлек за собой ни экономического, ни культурного роста и даже не создал соответствующую социальную базу для развития самих народов, способную привести к образованию их государственности.

3. Технологические предпочтения в обработке металлов никак не связаны с развитием сельского хозяйства и, в частности, с земледелием, что является краеугольным камнем теории деления исторического периода на "каменный", "бронзовый" и "железный" века. Так как, народы Центральной Африки заняты, преимущественно, скотоводством, а эскимосы вообще сельским хозяйством никогда не занимались; их традиционные промыслы - охота и рыболовство.

4. Даже такие не слишком технологически развитые народы могли с успехом заниматься металлообработкой, причем, используя для этого, зачастую, железо-никелевое сырье (метеоритное железо у эскимосов), требующее довольно сложных условий производства и высокой температуры плавления. Заметим, что в распоряжении эскимосов, при всем этом, даже не было достаточного количества горючих материалов!

Далее Б.А. Шевченко продолжает: "В конце XIX века одна из экспедиций Роберта Пири на север Гренландии нашла огромный железный метеорит (весом около 34 т) вблизи мыса Йорк. Из этого железа эскимосы много лет изготавливали ножи и орудия труда. Этот метеорит сейчас хранится в Нью-Йоркском Музее естественной истории.

Обратим внимание на то, что оба этих случая относятся к тому времени, когда даже эскимосы знали, что такое железо, умели его отделять от монолита и обрабатывать при помощи ковки. Так что говорить о массовом производстве железных изделий из метеоритов задолго до появления металлургии железа не приходится.

В заключении хотелось бы отметить, что в настоящее время публикуется много материалов, заставляющих в корне переосмыслить историю цивилизации.

В вечной мерзлоте Енисея найдены керамические фигурки гипертрофированных женщин (археологи их называют "венеры"), возраст которых около 60 тысяч лет. А в Костенках найдены похожие фигурки, вырезанные из бивня мамонта, но они значительно моложе.

На реке Яна на севере Якутии найдены наконечники для копий из бивней мамонта и из рога шерстистого носорога. Этим находкам более 30 тысяч лет. Ранее считалось, что в Арктике человек появился 14 тысяч лет назад.

На правом берегу Лены в 140 км от Якутска найдены каменные орудия труда, возраст которых не менее 2,5 миллионов лет, что значительно старше (или "моложе") любой африканской стоянки.

Находки американца А. Маршак говорят о том, что уже более 30 тысяч лет назад был известен довольно точный лунный календарь. А россиянин Б. Фролов оценивает возраст найденных им на Байкале лунных календарей в 100 - 40 тысяч лет.

Многие считают родиной металлургии железа Хеттское государство, загадочно появившееся в Малой Азии примерно в III тысячелетии до нашей эры. Конец II, начало III тысячелетия до н.э. было временем "великого переселения народов".Ч. Айтматов описывал переселение киргизов на юг и запад с Енисея на Северный Тянь-Шань. Если формально такой же крючок нанести на карту по направлению к хеттскому государству, то его начало будет где-то примерно в районе КМА. Нужно анализировать и сравнивать из этих мест другие сохранившиеся предметы материальной культуры - керамику, орудия труда. А это - пока наметка еще одной гипотезы, возможно раскрывающей еще одну тайну древности".

Часть 2. Черная металлургия

Так уж исторически сложилось, что наиболее значительную роль в истории человечества сыграло железо, которое и по сей день является основой нашего технического потенциала и экономического процветания. Поэтому с исследования его истории мы и начнем.

"Черной металлургией" называется процесс производства изделий из железа, в виду применения в нем большого количества угля, обеспечивающего насыщение сплавов углеродом, для придания конечным изделиям большей прочности и антикоррозийности.

Общие сведения

Железо - химический элемент с атомным номером 26 в периодической системе, обозначается символом Fe (лат. Ferrum), один из самых распространенных в земной коре металлов.

Железо - типичный металл, в свободном состоянии - серебристо-белого цвета с сероватым оттенком, ковкий, с высокой химической реакционной способностью, быстро коррозирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

Чистый металл пластичен, различные примеси, в частности, углерод, повышают его твердость и хрупкость. Обладает ярко выраженными магнитными свойствами. Часто выделяют так называемую "триаду железа" - труппу трех металлов (железо Fe, кобальт Co, никель Ni), обладающих схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности.

Температура плавления: +1539˚С.

Для железа характерен полиморфизм, он имеет четыре кристаллические модификации: до +769°C существует α-Fe (феррит) с объемноцентрированной кубической решеткой в температурном интервале 769 - 917°C существует β-Fe, который отличается от α-Fe только параметрами кристаллической решетки и магнитными свойствами

в температурном интервале 917 - 1394°C существует γ-Fe (аустенит) с гранецентрированной кубической решеткой выше +1394°C устойчив δ-Fe с объемоцентрированной кубической решеткой

По кристаллохимическим свойствам ион Fe2+ близок к ионам Mg2+ и Са2+ - другим главным элементам, составляющим значительную часть всех земных пород. В силу кристаллохимического сходства железо замещает магний и, частично, кальций во многих силикатах. При этом содержание железа в минералах переменного состава обычно увеличивается с уменьшением температуры.

Важнейшая геохимическая особенность железа - наличие у него нескольких степеней окисления. Железо в нейтральной форме - металлическое - слагает ядро земли, возможно, присутствует в мантии и очень редко встречается в земной коре. Закисное железо FeO - основная форма нахождения железа в мантии и земной коре. Окисное железо Fe2O3 характерно для самых верхних, наиболее окисленных, частей земной коры, в частности, осадочных пород.

В земной коре железо распространено достаточно широко - на его долю приходится около 4,1% массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало - в кислых и средних породах.

Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70% Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe2O4, Fe3О4; содержит 72,4% Fe), бурый железняк или лимонит (гетит и гидрогетит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O), а также шпатовый железняк (сидерит, карбонат железа (II), FeCO3; содержит около 48% Fe). Гетит и гидрогетит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые "железные шляпы", мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озерах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe (3PO4) 2·8H2O, образующий черные удлиненные кристаллы и радиально-лучистые агрегаты.

В природе также широко распространены сульфиды железа - пирит FeS2 (серный или железный колчедан) и пирротин. Они не являются железной рудой - пирит используют для получения серной кислоты, а пирротин часто содержит никель и кобальт.

Содержание железа в морской воде - 1·10-5 - 1·10-8% железа.

В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe2O3) и магнетита (Fe3O4).

Основные степени окисления железа: +2 и +3.

При хранении на воздухе при температуре до +200°C железо постепенно покрывается плотной пленкой оксида, препятствующего дальнейшему окислению металла. Во влажном воздухе железо покрывается рыхлым слоем ржавчины, который не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и его разрушению. Ржавчина не имеет постоянного химического состава, приближенно ее химическую формулу можно записать как Fe2О3·хН2О.

С кислородом железо реагирует при нагревании. При сгорании железа на воздухе образуется оксид Fe2О3, при сгорании в чистом кислороде - оксид Fe3О4. Если кислород или воздух пропускать через расплавленное железо, то образуется оксид FeO. При нагревании порошка серы и железа образуется сульфид, приближенную формулу которого можно записать как FeS.

Железо при нагревании реагирует с галогенами. Так как FeF3 нелетуч, железо устойчиво к действию фтора до температуры 200 - 300°C. При хлорировании железа (при температуре около 200°C) образуется летучий FeCl3. Если взаимодействие железа и брома протекает при комнатной температуре или при нагревании и повышенном давлении паров брома, то образуется FeBr3. При нагревании FeCl3 и, особенно, FeBr3 отщепляют галоген и превращаются в галогениды железа (II). При взаимодействии железа и иода образуется иодид Fe3I8.

При нагревании железо реагирует с азотом, образуя нитрид железа Fe3N, с фосфором, образуя фосфиды FeP, Fe2P и Fe3P, с углеродом, образуя карбид Fe3C, с кремнием, образуя несколько силицидов, например, FeSi.

При повышенном давлении металлическое железо реагирует с оксидом углерода (II) СО, причем образуется жидкий, при обычных условиях легко летучий пентакарбонил железа Fe (CO) 5. Известны также карбонилы железа составов Fe2 (CO) 9 и Fe3 (CO) 12. Карбонилы железа служат исходными веществами при синтезе железоорганических соединений, в том числе и ферроцена состава (η5-С5Н5) 2Fe.

Чистое металлическое железо устойчиво в воде и в разбавленных растворах щелочей. В концентрированной серной и азотной кислотах железо не растворяется, так как прочная оксидная пленка пассивирует его поверхность. С соляной и разбавленной (приблизительно 20% -й) серной кислотами железо реагирует с образованием солей железа (II):

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑;

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑.

При взаимодействии железа с приблизительно 70% -й серной кислотой реакция протекает с образованием сульфата железа (III):

2Fe + 4H2SO4 → Fe2 (SO4) 3 + SO2↑ + 4H2O.

Оксид железа (II) FeO обладает основными свойствами, ему отвечает основание Fe (ОН) 2. Оксид железа (III) Fe2O3 слабо амфотерен, ему отвечает еще более слабое, чем Fe (ОН) 2, основание Fe (ОН) 3, которое реагирует с кислотами:

2Fe (ОН) 3 + 3H2SO4 → Fe2 (SO4) 3 + 6H2O.

Гидроксид железа (III) Fe (ОН) 3 проявляет слабо амфотерные свойства, он способен реагировать только с концентрированными растворами щелочей:

Fe (ОН) 3 + 3КОН → К3 [Fe (ОН) 6].

Образующиеся при этом гидроксокомплексы железа (III) устойчивы в сильно щелочных растворах. При разбавлении растворов водой они разрушаются, причем в осадок выпадает Fe (OH) 3.

Соединения железа (III) в растворах восстанавливаются металлическим железом:

Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2.

При хранении водных растворов солей железа (II) наблюдается окисление железа (II) до железа (III):

4FeCl2 + O2 + 2H2O → 4Fe (OH) Cl2.

Из солей железа (II) в водных растворах устойчива соль Мора - двойной сульфат аммония и железа (II) (NH4) 2Fe (SO4) 2·6Н2О.

Железо (III) способно образовывать двойные сульфаты с однозарядными катионами типа квасцов, например, KFe (SO4) 2 - железокалиевые квасцы, (NH4) Fe (SO4) 2 - железоаммонийные квасцы и т.д.

При действии газообразного хлора или озона на щелочные растворы соединений железа (III) образуются соединения железа (VI) - ферраты, например, феррат (VI) калия K2FeO4. Имеются сообщения о получении под действием сильных окислителей соединений железа (VIII).

Для обнаружения в растворе соединений железа (III) используют качественную реакцию ионов Fe3+ с тиоцианат-ионами SCN-. При взаимодействии ионов Fe3+ с анионами SCN - образуется ярко-красный роданид железа Fe (SCN) 3. Другим реактивом на ионы Fe3+ служит гексацианоферрат (II) калия K4 [Fe (CN) 6] (желтой кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe3+ и [Fe (CN) 6] 4 - выпадает ярко-синий осадок берлинской лазури:

4K4 [Fe (CN) 6] + 4Fe3+ → 4KFeIII [FeII (CN) 6] ↓ + 12K+.

Реактивом на ионы Fe2+ в растворе может служить гексацианоферрат (III) калия K3 [Fe (CN) 6] (красная кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe2+ и [Fe (CN) 6] 3 - выпадает осадок турнбулевой сини:

3K3 [Fe (CN) 6] + 3Fe2+ → 2KFeII [FeIII (CN) 6] ↓ + 6K+.

Интересно, что берлинская лазурь и турнбулева синь - две формы одного и того же вещества, так как в растворе устанавливается равновесие:

KFeIII [FeII (CN) 6] ↔ KFeII [FeIII (CN) 6].

Производство

Железо - один из самых используемых металлов, на него приходится до 95% мирового металлургического производства и основным компонентом сталей и чугунов - важнейших конструкционных материалов. Оно может входить в состав сплавов на основе других металлов - например, никелевых.

Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространенным является доменный процесс.

Первый этап производства - восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000°C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха. В печи углерод кокса окисляется до монооксида углерода (угарного газа) кислородом воздуха:

2C + O2 → 2CO↑.

В свою очередь, угарный газ восстанавливает железо из руды:

3CO + Fe2O3 → 2Fe + 3CO2↑.

Флюс добавляется для извлечения нежелательных примесей из руды, в первую очередь силикатов, таких, как кварц (диоксид кремния). Типичный флюс содержит известняк (карбонат кальция) и доломит (карбонат магния). Против других примесей используют другие флюсы. Действие флюса: карбонат кальция под действием тепла разлагается до оксида кальция (негашеная известь):

CaCO3 → CaO + CO2↑.

Оксид кальция соединяется с диоксидом кремния, образуя шлак:

CaO + SiO2 → CaSiO3.

Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более легкий, чем железо, шлак плавает на поверхности и его можно сливать отдельно от металла. Шлак затем употребляется в строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки.

В современном производстве излишний углерод и другие примеси (сера, фосфор) удаляют из чугуна окислением в мартеновских печах или в конвертерах. Электрические печи используют и для выплавки легированных сталей.

Кроме доменного процесса, распространен процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельченную руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, содержащими водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями, как сера и фосфор - обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твердом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах.

Химически чистое железо получается только электролизом растворов его солей.

Фазы железоуглеродистых сплавов

Феррит (твердый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой).

Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой).

Цементит (карбид железа; Fe3C метастабильная высокоуглеродистая фаза).

Графит стабильная высокоуглеродистая фаза.

Структуры железоуглеродистых сплавов

Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит).

Мартенсит (сильно пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе с объемно-центрированной терагональной решеткой).

Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита)

Сорбит (дисперсный перлит)

Троостит (высокодисперсный перлит)

Бейнит (устар: игольчатый троостит) - ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа.

Сталь.

Сталь (польск. stal, от нем. Stahl) - деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержание углерода в котором не превышает 2,14%, но не меньше 0,02%. Углерод придает сплавам железа прочность и твердость, снижая пластичность и вязкость.

Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино - и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении - для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.

Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении - релаксационной стойкостью.

Конструкционная сталь (до 0,8% C)

Инструментальная сталь (до ~2% C)

Нержавеющая сталь (легированная хромом)

Жаростойкая сталь

Жаропрочная сталь

Высокопрочная сталь

Чугуны.

Малая прочность и хрупкость обычного чугуна объясняются тем, что в нем образуются крупные включения углерода в виде графита. Все попытки размельчить эти включения и равномерно распределить по всему металлу ни к чему не приводили, пока не догадались добавить в чугун немного ферросилиция - сплава железа с кремнием; тогда сразу началось энергичное измельчение графита. Чугун по своей прочности приблизился к низким сортам углеродистой стали. Но при этом у него оставалась все та же хрупкость.

Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит).

Серый чугун (графит в форме пластин).

Ковкий чугун (графит в хлопьях).

Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов).

Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит).

При переделе чугуна в сталь, выплавленного в доменной печи, из него окислением удаляют почти весь углерод и весь кремний. Могут добавляться в качестве легирующих элементов марганец, никель или хром. В настоящее время основным способом переработки чугуна, выплавляемого в доменной печи, стал кислородно-конвертерный процесс, хотя кое-где еще применяется мартеновский процесс. Важной особенностью производства стали является относительная легкость ее повторного использования.

Металлолом, содержащий олово или медь, нежелателен в производстве стали, поскольку эти трудноудаляемые металлы ухудшают механические свойства стали.

Легирующие элементы обычно добавляют в сталь в виде ферросплавов. Ферросплавы содержат значительные количества железа, которое служит носителем легирующих элементов. К наиболее важным ферросплавам относятся ферромарганец (такой, как шпигель, или зеркальный чугун), необходимый для всех сталей; ферросилиций, применяемый для получения сталей со специальными магнитными свойствами и для раскисления сталей, выплавляемых в электропечах; феррохром и феррованадий. Никель добавляется в виде беспримесного металла.

Конвертерный процесс. Чугун и металлолом могут загружаться в разных пропорциях в зависимости от потребности и экономических соображений. Термохимический процесс плавки стали в мартеновской печи сложен. Главными примесями чушкового чугуна являются кремний Si, углерод C, сера S и фосфор P. Кремний реагирует с железной рудой <оксидом железа (III) Fe2O3>, давая в результате диоксид кремния SiO2 и железо. Углерод выгорает, образуя моноксид углерода CO и восстанавливая из руды железо. Фосфор тоже, образуя пентоксид фосфора P2O5, высвобождает железо из руды: Сера, реагируя с известью CaO и углеродом, образует сульфид кальция CaS и моноксид углерода CO. Сульфид кальция и пентоксид фосфора переходят в шлак, плавающий на поверхности очищенного железа.

Шлак представляет собой в основном силикат кальция CaSiO3, образующийся в реакции соединения диоксида кремния с известью. В процессе плавки шлаку уделяется не меньше внимания, чем самой стали, так как хорошая сталь получается в результате реакций между шлаком и металлом.

Электрическая печь. Электропечи сначала применялись только для выплавки качественных инструментальных и нержавеющих сталей, выплавлявшихся до этого в тиглях. Но постепенно электропечи стали играть важную роль в современном производстве малоуглеродистой стали из металлолома в тех случаях, когда не требуется передела чугуна из доменной печи.

Вакуумная плавка дорогостояща и применяется лишь в тех случаях, когда требуется особо прочная и надежная сталь, например для шасси самолетов. Улучшение механических свойств стали в результате вакуумной плавки связано с отсутствием частиц оксидов, на которых в обычной стали часто зарождаются трещины.

Заключительным этапом описанного выше процесса производства является литье стали в отдельные слитки или в непрерывный слиток. Для получения отдельных слитков сталь разливают по массивным чугунным изложницам. Как только сталь затвердевает, слитки отделяют от изложниц и еще горячими переносят в нагревательный колодец. Здесь большое количество слитков выдерживается при высокой температуре, пока они не будут готовы к прокатке.

Сталь заливается в водоохлаждаемый медный кристаллизатор, в котором затвердевание начинается с наружной поверхности. Сталь, вытягиваемая из кристаллизатора, дополнительно охлаждается до полного затвердевания водой, разбрызгиваемой форсунками. Обработка давлением. Стальному слитку должна быть придана форма, удобная для применения стали в качестве конструкционного материала. Чаще всего слитки обрабатывают методом горячей прокатки (после соответствующей подготовки). При таком методе плоская заготовка (сляб), пропускаемая между горизонтальными валками, приводимыми во вращение мощными электродвигателями, удлиняется и утоняется. Стан для первой прокатки горячих стальных слитков называется обжимным. Слиток вводится между валками, установленными на небольшое уменьшение толщины.

После первого пропуска направление вращения валков изменяется на обратное, расстояние между ними уменьшается и слиток пропускается через них в обратном направлении. Такой процесс многократно повторяется, в результате чего слиток становится тоньше и длиннее. В то же время устраняются литьевые неоднородности металла.

Горячая прокатка гомогенизирует сталь и повышает ее ударную вязкость. При непрерывной прокатке между валками с гладкой бочкой слиток превращается в лист. Профилированные валки дают сортовой прокат разных профилей: простых (круг, квадрат, треугольник, полоса), фасонных (рельсы, двутавровые балки, швеллеры, уголковое железо) и специальных (колеса, бандажи и т.д.).

Если для окончательной продукции заданы очень малые допуски на размеры, то она на заключительном этапе проходит холодную прокатку. При этом сначала размеры заготовки редуцируются приблизительно до нужных размеров горячей прокаткой, а затем сталь охлаждают до комнатной температуры и осуществляют чистовой пропуск через валки. В результате она выходит из валков с чистой и блестящей поверхностью хорошего качества. Некоторые формы не могут быть получены прокаткой; в этом случае применяются ковка и штампование.

Способы изменения формы металлов ковкой были известны еще в древности. Для ее современных методов характерны широкие масштабы - применение молотов и прессов с паровым или гидравлическим приводом, а также штампов и матриц с пуансонами.

Металлическая заготовка помещается в полость, образуемую двумя штампами из закаленной стали. При сжатии штампов нагретый металл заготовки течет, заполняет полость и принимает нужную форму.

Классификация.

Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные; в том числе по содержанию углерода - на малоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,3 - 0,55% С) и высокоуглеродистые (0,6 - 0,85% С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные, среднелегированные и высоколегированные.

Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По структуре сталь различается на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную или перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.

В наше время ее, в основном, производят для получения канатной проволоки. При изготовлении применяют патентирование, быстро охлаждают до получения мелкозернистой структуры Ф+П (феррит + перлит) и тут же подвергают холодной деформации - волочению. Сочетание ультрамелкой структуры и наклепа позволяет получить в проволоке 3000-5000 МПа. Из-за малой вязкости конструкционные детали из этой стали не делают.

Стали, содержащие свыше 0,6% углерода, свариваются значительно хуже, чем среднеуглеродистые, в которых углерода содержится от 0,25 до 0,6%.

Высокоуглеродистые стали очень склонны к закалке и образованию трещин в переходной зоне и зоне влияния. Поэтому при их сварке применяется наконечник с меньшей тепловой мощностью, равной 75 л/час на 1 мм. толщины металла. Пламя должно быть восстановительным или с небольшим избытком ацетилена.

При окислительном пламени происходит усиленное выгорание углерода, и шов получается пористым. Предупреждение появления закаленных зон и трещин осуществляется предварительным и сопутствующим подогревом до 200 - 250°С. При сварке металла толщиной менее 3 мм. предварительный подогрев не производится.

История производства железа.

Обычно железом называют его сплавы с содержанием примесей до 0,8%, которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. В реальной жизни чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2% углерода) и чугун (более 2% углерода), а так же нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.).

Уже в древнейших хеттских текстах, относящихся, предположительно, к III тысячелетию до н.э. можно встретить упоминание о железе: "Когда на город Пурусханду в поход я пошел, человек из города Пурусханды ко мне поклониться пришел, и он мне железный трон и железный скипетр в знак покорности преподнес".

Геродот, в своих сочинениях упоминает хеттов, как наиболее искусный в обработке железа народ. Аристотель же, именовал их "халибами" и описал способ, которым они добивались такого высокого качества в производстве железных изделий. Согласно его описанию, халибы несколько раз промывали речной песок их страны - видимо, таким способом (теперь это называют флотацией) выделяли тяжелую железосодержащую фракцию породы, добавляли какое-то огнеупорное вещество, и плавили в печах особой конструкции. Полученный таким образом металл имел серебристый цвет и был нержавеющим.

В качестве сырья для выплавки, вероятно, использовались магнетитовые пески, которые часто встречаются так же и по всему побережью Черного моря. Эти магнетитовые пески состоят из смеси мелких зерен магнетита, титаномагнетита или ильменита, и обломков других пород, так что качество выплавляемого халибами железа, было вполне сопоставимо с качествами современной легированной стали, и оно обладало отличными свойствами. Что еще раз свидетельствует о том, что процесс шел не от выплавления металла в его чистом виде, к последующему производству различных сплавов, в противоположном направлении, ведь именно использование подобного сырья делало хеттское оружие настолько качественным, что оно ценилось во всем древнем мире, а в современной археологии оно именуется не иначе, как "хеттская сталь".

Вообще, железо как инструментальный материал, известно с древнейших времен, самые древние изделия из железа, найденные при археологических раскопках, датируются IV тыс. до н.э. и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям. Это наконечники для стрел и украшения предположительно из метеоритного железа, то есть, сплава железа и никеля (содержание последнего колеблется от 5 до 30%). От их небесного происхождения идет, видимо, одно из наименований железа в греческом языке: "сидер" (а на латыни это слово значит "звездный").

Однако сам факт наличия никеля в этих сплавах может лишь указывать на его возможное метеоритное происхождение, а вовсе не доказывает, что именно оно и использовалось. На сегодняшний день, попросту неизвестно: откуда и из какого конкретно месторождения добывалось данное сырье и совершенно не исключен тот факт, что в рудах из того месторождения процентное содержание железа и никеля было вполне сопоставимо с метеоритным железом.

Кроме того, принимая во внимание то значительное количество древнейших предметов вооружения, которые уже обнаружены, и значительного ареала их распространения, версию о повсеместном использовании для этих целей в древние времена метеоритного железа, следует поставить под сомнение.

Ведь на Землю не так часто падают метеориты, далеко не все из них долетают до ее поверхности и, уж тем более, среди них не так часто встречаются железоникелевые образцы! Следовательно, подобного сырья для такого полномасштабного производства высококачественного вооружения, которое мы наблюдаем при раскопках на территориях существования древних цивилизаций, явно недостаточно.

Разумеется, метеоритное железо было хорошо знакомо нашим далеким предкам и использовалось ими, но, ввиду его крайне ограниченного количества, а так же "небесного" (читай: "божественного") происхождения, оно применялось исключительно в религиозно-мистической практике (о чем речь пойдет позже), а так же, для изготовления эксклюзивного, штучного и очень дорогого оружия, легенды о котором сохранились до сегодняшнего времени.

Климент Александрийский в своем энциклопедическом труде "Строматы" упоминает, что по греческим преданиям железо было открыто на горе Иде - так называлась горная цепь возле Трои (в Илиаде она упоминается как гора Ида, с которой Зевс наблюдал за битвой греков с троянцами). Произошло это через 73 года после Девкалионова потопа, а этот потоп, согласно Паросской хронике, был в 1528 году до нашей эры, то есть, согласно этому источнику, метод выплавки железа из руды был открыт примерно в 1455 году до н.э. Однако, из описания Климента не ясно, говорит ли он именно об этой горе в Передней Азии (Ида Фригийская у Вергилия), или же о горе Ида на острове Крит, о которой римский поэт Вергилий в Энеиде пишет:

"Остров Юпитера, Крета, лежит средь широкого моря,

Нашего племени там колыбель, где высится Ида …"

а римляне, как известно, были потомками малоазиатских троянцев, переселившихся в Италию после разрушения Трои. Могила их предводителя Энея до сих пор существует в местечке Пратика-ди-Маре возле Рима, и в ней был обнаружен железный жезл - символ власти, и другие предметы из железа и бронзы.

Более вероятно, что Климент Александрийский говорит именно о фригийской Иде возле Трои, так как там были найдены древние железные копи и очаги железоделательного производства. Видимо, ознакомившись с хеттским методом, древние троянцы заимствовали его или же развили свой способ выплавки, оказавшийся более производительным. В самой глубокой древности высококачественные изделия из железа, ценилось дороже золота, и по описанию Страбона, у африканских племен за 1 фунт железа давали 10 фунтов золота, а по исследованиям историка Г. Арешяна стоимости меди, серебра, золота и железа у древних хеттов были в соотношении 1: 160: 1280: 6400.

В те времена железо использовалось так же и как ювелирный металл, из него делали троны и другие регалии царской власти. Например, в библейской книге Второзаконие 3,11 описан "одр железный"рефаимского царя Ога.

В гробнице Тутанхамона (около 1350 года до н. э) был найден кинжал из железа в золотой оправе - возможно, подаренный хеттами в дипломатических целях. Но хетты не стремились к широкому распространению железа и его технологий, что видно и из дошедшей до нас переписки египетского фараона и его тестя - царя хеттов.

Фараон просит прислать побольше железа, а царь хеттов уклончиво отвечает, что запасы железа иссякли, а кузнецы заняты на сельскохозяйственных работах, поэтому он не может выполнить просьбу царственного зятя.

Как видно, хетты старались использовать свои знания для достижения военных преимуществ, и не давали другим возможности сравняться с ними. Видимо, поэтому железные изделия получили широкое распространение только после Троянской войны и падения державы хеттов, когда благодаря торговой активности греков технология железа стала известной многим, и были открыты железные месторождения и рудники.

По описаниям Гомера, хотя во время Троянской войны (примерно 1250 год до н. э) оружие было в основном из меди и бронзы, но железо уже было хорошо известно и пользовалось большим спросом, хотя больше как драгоценный металл. Например, в 23-й песне "Илиады" Гомер рассказывает, что Ахилл наградил диском из железной крицы победителя в соревновании по метанию диска.

Это железо ахейцы добывали у троянцев и сопредельных народов (Илиада 7,473), в том числе, у халибов, которые воевали на стороне троянцев:

"Прочие мужи ахейские меной вино покупали,

Те за звенящую медь, за седое железо меняли,

Те за воловые кожи или волов круторогих,

Те за своих полоненых. И пир уготовлен веселый…"

Возможно, железо было одной из причин, побудивших греков-ахейцев двинуться в Малую Азию, где они узнали секреты его производства. А 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 библейской книге Иисуса Навина 17,16 (ср. Судей 14,4) описывается, что филистимляне (библейские "PILISTIM", а это были протогреческие племена, родственные позднейшим эллинам, в основном пеласги) имели множество железных колесниц, то есть, в это время железо уже стало широко применяться в больших количествах.

Гомер в "Илиаде" и "Одиссее" называет железо "многотрудный металл", и описывать закалку орудий:

"Расторопный ковач, изготовив топор иль секиру,

В воду металл, раскаливши его, чтоб двойную

Он крепость имел, погружает…"

Гомер называет железо "многотрудным", потому что в древности основным методом его получения был сыродутный процесс: перемежающиеся слои железной руды и древесного угля прокаливались в специальных печах (горнах - от древнего "Horn" - рог, труба, первоначально это была просто труба, вырытая в земле, обычно горизонтально в склоне оврага).

В горне окислы железа восстанавливаются до металла раскаленным углем, который отбирает кислород, окисляясь до окиси углерода, и в результате такого прокаливания руды с углем получалось тестообразное кричное (губчатое) железо. Крицу очищали от шлаков ковкой, выдавливая примеси сильными ударами молота.

Первые горны имели сравнительно низкую температуру - заметно меньше температуры плавления чугуна, поэтому железо получалось сравнительно малоуглеродистым. Чтобы получить крепкую сталь приходилось много раз прокаливать и проковывать железную крицу с углем, при этом поверхностный слой металла дополнительно насыщался углеродом и упрочнялся. И хотя это требовало больших трудов, изделия, полученные таким способом, были существенно более крепкими, чем бронзовые.

В дальнейшем научились делать более эффективные печи (в русском языке - домна, домница) для производства стали, и применили меха для подачи воздуха в горн. Уже римляне умели доводить температуру в печи до плавления стали (около +1400˚С, а чистое железо плавится при +1535˚С). При этом образуется чугун с температурой плавления 1100 - 1200˚С, очень хрупкий в твердом состоянии (даже не поддающийся ковке), и не обладающий упругостью стали. Первоначально его считали вредным побочным продуктом (англ. pig iron, по-русски, свинское железо, чушки, откуда, собственно, и происходит слово чугун), но потом обнаружилось, что при повторном прожигании в печи с усиленным продуванием воздуха чугун превращается в сталь хорошего качества, так как лишний углерод выгорает. Такой двухстадийный процесс производства стали из чугуна, оказался более простым и выгодным, чем кричный, и этот принцип используется без особых изменений многие века, оставаясь и до наших дней основным способом производства железных материалов.

Булат.

Булат - одна из самых интересных и загадочных страниц в истории металлургии. Сейчас хорошо известно, как в древние времена делали каменные топоры, бронзовую утварь, варили железо и плавили чугун, но до нашего времени остаются нераскрытыми многие секреты производства булатного оружия.

Впервые Европа познакомилась с булатом при столкновении армии Александра Македонского с войсками индийского царя Пора. Особенно поразил македонцев панцирь захваченного в плен царя. Он был сделан из необыкновенно прочного белого металла, на котором македонское оружие не смогло сделать ни вмятины, ни царапины. Из булата были изготовлены и широкие индийские мечи, которые легко рассекали пополам македонское железо. По свидетельству историков, древнее европейское железное оружие было настолько мягкое, что после двух-трех ударов уже гнулось, и воины вынуждены были отходить, чтобы выпрямить клинок. Естественно, что индийские мечи для македонцев казались чудом.

Задолго до этого с Гималайских гор в Пенджаб (древнейшее княжество в Индии) спустилась каста кузнецов, хорошо знающих железное дело и умеющих изготовлять железное оружие с необычайными свойствами. Из Пенджаба индийское железо и способы его обработки распространились в Сиам и Японию.

Вальтер Скотт в своем романе "Талисман" рассказывает о состязании в ловкости между султаном Саладином и английским королем Ричардом Львиное Сердце. Во время состязания Ричард своим мечом разрубил на две части копье одного из рыцарей - все видели высокую прочность стали и страшную силу удара короля. В ответ Саладин подбросил в воздух тонкое покрывало и рассек его своей саблей - прекрасное доказательство остроты клинка и ловкости воина. Клинок султана был булатный. Это одна из многих легенд, рассказывающая о чудесных свойствах булата.

Булат - знаменитая сталь, о которой слышали многие, даже не металлурги. Первые сведения о булате до нас дошли от участников походов Александра Македонского в Индию - 2300 лет назад. А свойствами клинки обладали действительно удивительными. Будучи твердыми и прочными, они одновременно обладали большой упругостью и вязкостью. Клинки перерубали железные гвозди и в то же время свободно сгибались в дугу. Нет ничего удивительного в том, что индийские мечи крошили европейские, которые в древности часто делались из недостаточно упругих и мягких низкоуглеродистых сортов стали.

Лезвие индийского клинка после заточки приобретало необыкновенно высокие режущие способности. Хороший клинок легко перерезал в воздухе газовый платок, в то время как даже современные клинки из самой лучшей стали могут перерезать только плотные виды шелковых тканей. Правда, и обычный стальной клинок можно закалить до твердости булата, но он будет хрупким, как стекло, и разлетится на куски при первом же ударе. Поэтому позднее, когда европейские сабли начали изготовлять из прочных и твердых сортов углеродистых сталей, они ломались при ударе индийского оружия.

Основное назначение булата - изготовление клинков. Главное достоинство клинка - острота его лезвия. Лезвие булатного клинка можно было заточить до почти неправдоподобной остроты и сохранить эту остроту надолго. У клинков из обычной углеродистой стали заостренное лезвие выкрашивается уже при заточке - как бритву, его заточить нельзя, а булат затачивали до остроты бритвы, и он сохранял свои режущие свойства после того, как побывал в деле. Такое возможно лишь тогда, когда сталь обладает одновременно высокой твердостью, вязкостью и упругостью - и в этом случае лезвие клинка способно самозатачиваться. Булатная сабля легко сгибалась на 90-120 градусов, не ломаясь. Есть сведения, будто настоящий булатный клинок носили вместо пояса, обматывая им талию. Слитки литого булата в виде разрубленных лепешек "вутцев" привозились из Индии в Сирию, где в городе Дамаске из них выковывали эти сказочные клинки. Но индийская булатная сталь стоила очень дорого, и сирийские кузнецы изобрели сварной булат, правильно определив, что булат - первый созданный человеком композит, состоит из частиц твердой углеродистой стали в матрице из мягкой и упругой низкоуглеродистой стали.

Индия была родиной булата. Отсюда в восточные страны ввозили вутцы - "хлебцы" из стали. Они имели вид плоской лепешки диаметром около 12,5см, толщиной 0,25см и весом около 900 гр. Каждый такой хлебец разрубался пополам на равные части, чтобы покупатель мог рассмотреть строение металла.

Индийские мастера много веков владели искусством обработки стали. Знаменитый арабский путешественник и географ Эдризи в 1154 году писал, что индусы в его время славились производством стали и ковкой мечей. За сотню лет до этого Бируни, описывая производство стали и мечей, восклицал: "Никогда не будет народа, который лучше разбирался бы в отдельных видах мечей и в их названиях, чем жители Индии!".

И он далее рассказывает, что мечи в Индии делали разных цветов: зеленые (отполированное железо натирали раскаленным порошком медного купороса), синие, белые, цвета фиринд или фаранд ("шелковая узорчатая ткань"), т.е. с узорчатым рисунком на стали, с красным полем и белыми узорами на нем.

Узоры, рисунки на металле были самой главной внешней отличительной особенностью булатных мечей. На некоторых булатах узоры были видимы невооруженным глазом сразу после полировки. На других узоры появлялись только после травления соком растений. Узор мог быть крупным или мелким.

Мастера Востока тщательно хранили секрет производства булата, передавая его из рода в род. Было несколько известных центров по изготовлению булата. Особенно славился этим сирийский город Дамаск. Там уже 1800 лет назад существовала первая крупная мастерская по изготовлению стали и производству оружия из индийского вутца. Мечи из Дамаска в средние века попадали даже в африканские племена. Название - дамасская сталь позже стала собирательным понятием булатной стали, изготовлявшейся в разных странах.

Булатные клинки ценились очень высоко во все времена. Бируни, сообщая о различных видах индийских мечей, упоминая один из них - маджли, на котором изображены животные, деревья, пишет: "Стоимость такого меча равна цене лучшего слона; если же рисунок будет изображать человека, то ценность и стоимость меча еще выше". Да и в более поздние времена, например в начале XIX в., у синдского эмира была булатная сабля, за которую он не согласился взять 900 фунтов стерлингов, что составляет, примерно, - 9000 руб. золотом!

Дамасская сталь получалась путем многократных проковок в разных направлениях пучка из стальных прутков разной твердости. Качество клинков из сварной дамасской стали было по тем временам очень высокое, но такого сочетания прочности и упругости как в оружии из литого индийского булата сирийским кузнецам добиться не удалось.

Существует четыре основных типа клинков или сталей которые называются "дамасскими" - сварные, инкрустированные, травленые и, наконец, тигельная. Это разнообразие под одним именем приводило к путанице в литературе. Сварной дамаск еще называемый механическим дамаском, поскольку делался путем кузнечной сварки нескольких составляющих железа или стали вместе для получения декоративного и функционального узора. Эта методика широко использовалась в Европе веками. Узор и декорирование с помощью инкрустации или травления часто называется искусственным дамаском. Узоры и рисунки, сделанные инкрустацией разных металлов и драгоценных камней в стальное лезвие широко распространены в оружии из России и других мест. В основном травленый рисунок на клинках использовался в Индии в IXX веке, видимо для того, что бы подделать тигельную дамасскую сталь.

И четвертая разновидность сделана из тигельной стали, иногда ее называют восточным (азиатским) Дамаском или кристаллическим Дамаском. Именно этот Дамаск и вызывал такой интерес и столько споров на протяжении столетий.

Дамасская сталь делается из тигельной стали, которую куют особым образом, в результате чего образуется рисунок. Тигельная сталь, как видно из названия, производиться в тигле - керамической форме - горшке. Сталь это железо с содержанием углерода в размере около 0.8%. В античные времена сталь производилась самыми разными способами, но тигельная выгодно отличалась тем что была жидкой в процессе производства и потому клинок получался гомогенным стальным и без остатков шлака - два свойства, которых остальные технологии были лишены.

Арабский ученый XII века Едриза сообщает, что в его время индийцы еще славились производством железа, индийской сталью и выковкой знаменитых мечей. В дамаске из этой стали изготовляли клинки, славу о которых крестоносцы разнесли по всей Европе. К сожалению, в Древней Индии так тщательно прятали секреты выплавки вутца, что, в конце концов, потеряли их совсем. Уже в конце XII века клинки из литого булата высшего качества "табан" не могли делать ни в Индии, ни в Сирии, ни в Персии.

После того как Тимур покорил Сирию и вывез оттуда всех мастеров, искусство изготовления оружия из литого булата переместилось в Самарканд; однако вскоре оно везде пришло в упадок. Потомки вывезенных мастеров, рассеявшись по всему Востоку, окончательно потеряли способы изготовления булатного оружия. В XIV - XV веках секрет производства литого булата и изготовления из него холодного оружия был окончательно потерян.

Европейские кузнецы не смогли до конца разгадать секрет производства даже дамасской сварной стали и больше преуспели в производстве клинков из однородной (гомогенной) стали с имитацией рисунка булата на поверхности клинка. Особенно широко развернулось производство подделок под булат в XVIII-XIX веках. В это время в Европе научились производить высокоуглеродистую литую сталь, и западноевропейские мастера, оставив попытки раскрыть секреты производства сварочного булата, начали изготовлять из нее довольно хорошее холодное оружие. В Италии (Милан), в Испании (Толедо), в Германии (Золинген), во Франции (Льеж) и даже в Англии стали широко производить "ложный булат".

"Ложные булаты", особенно золингеновские и толедские, приобрели известность благодаря высокой степени полировки и красивыми узорами, которые наносились на клинки различными методами. Ремесленники, рисующие декоративные узоры на металле, назывались "дамаскировщиками", а клинки "ложного булата" - "дамаскированными". Многие "дамаскированные" клинки были не очень высокого качества, поскольку они изготовлялись из обычной шведской или английской углеродистой стали.

На протяжении последних 200 лет бытовало мнение, что Дамасскую сталь делали из тигельной стали производимой в Индии, и известной как вутц. Британские торговцы и офицеры были свидетелями производства и использования этой удивительной стали в Индии. Восторженные свидетели привозили образцы ее в Британию, что бы исследовать и понять причину, почему же эта сталь так хороша. Потому устоялось мнение, что Дамаскую сталь производила Индия и Шри-Ланка (которые были частями Британской Империи) по так называемой "вутц технологии". Это смешивание железа и растительного материала - листьев, в тигле и нагревание его. Листья сгорали, производя насыщенную углеродом атмосферу, которая насыщала углеродом железо, для образования стали. Тигли обычно имели конусообразную форму и делались из обычной глины с добавкой шелухи риса. Не существует энтографических свидетельств из Южной Индии и Шри-Ланки, подтверждающих, что из вутца делались клинки с дамасским рисунком. Похоже, что вутц и дамасский узор оказались, ассоциированы друг с другом до 1820 годов и остаются ассоциированными до сих пор.

До недавнего времени многие исследователи заявляли, что знания об изготовлении дамасской стали, были "утеряны". Действительно, почему клинки вели себя таким уникальным образом, не было понятно, пока не закончилось предыдущее тысячелетие.

Не все тигельные стали способны произвести дамасский узор. Это то, что озадачивало столько много кузнецов и исследователей такое длительное время. Столетиями существовала вера в то, что качество стали, каким то образом, связано с рисунком.

Не одно столетие металлурги всех стран и народов пытались выплавить булатную сталь, но злополучная тайна никому не давалась. В XIX веке учеными-металлургами предпринималось множество попыток раскрыть секрет литого булата, даже великий английский ученый Майкл Фарадей, пытавшийся получить булат путем добавки к стали алюминия и платины, безуспешно бился над решением этой задачи.

Он и производитель мечей Вилкинсон исследовали дамасскую сталь, что бы разобраться: что делает ее острее и крепче ее ординарных европейских конкурентов. Исследования дамасской стали привели к экспериментам с добавлением разных металлов в сталь, в надежде повторить узор. Дамасского узора не получилось, но исследователи обратили внимание на то, как разные добавки в сталь меняют ее свойства - упрочняют, делают ее нержавеющей.

В результате исследования продолжались, но уже не с целью повторить дамасский узор, но изучить свойства сплавов со сталью. Таким образом, исследования дамасской стали, прямо привели к открытию и развитию легированных сталей - материалу без которого немыслима современная цивилизация, из которой делают все от миниатюрного винтика до океанского корабля. Однако как воспроизвести узор, так и осталось, не выяснено.

Но получить литой булат, не уступающий по свойствам индийскому вутцу, удалось только русскому ученому, горному начальнику златоустовских заводов П.П. Аносову в 40-ых годах XIX века. Сохранившийся до наших дней аносовский булатный клинок, перерубает гвозди, гнется в дугу и на лету перерубает газовый платок.

Секрет древних индийских мастеров открыт? И да и нет. После смерти П.П. Аносова, не смотря на оставленный им подробный рецепт, воспроизвести литой булат не удается никому!

Однако детали его исследований остаются практически неизвестными за пределами России. Аносов был в курсе исследований Фарадея и послал ему клинок собственного изготовления. Этот клинок теперь храниться в Музее Фарадея в Лондоне. Узор уже не так хорошо виден из-за возраста клинка и чистки, но все равно по тому, что видно можно заключить, что Аносов действительно изготовил клинок дамасской стали. Но, не смотря на то, что он умел повторять узор, научное объяснение этому оставалось загадкой.

Так продолжалось до начала XXI века, когда металлургическая наука, наконец, смогла найти объяснение самых известных Дамасских рисунков.

Существует две основные группы узоров дамасской стали и каждый имеет огромное количество вариаций, один с содержанием углерода менее 0.8% углерода и другой с содержанием более 0.8%. Разное содержание углерода производит различную микроструктуру, когда сталь откована и протравлена. Недавние исследования показали, что образование узора в стали, с содержанием углерода более 0.8% вызвано микроскопическим наличием некоторых модифицирующих элементов.

В процессе продолжительной холодной ковки, фазы этих микроструктур упорядочивались в стали. После протравки эти фазы проявлялись как темные линии или нити видимые невооруженным глазом, образуя Дамасский узор. Пока современное лабораторное оборудование не смогло обнаружить эти модифицирующие элементы в микроскопических количествах, никто не мог предположить, что это ключевой момент в создании дамасского узора.

Но не будем забывать о том, что индийские металлурги умели производить такую сталь уже, по меньшей мере, в I (а, по некоторым данным даже в III) тысячелетии до н.э.! И мы говорим о секрете стали, который, даже в наш индустриальный век и при таком огромном интересе к проблеме выдающихся ученых современности, смогли разгадать лишь сравнительно недавно! Как же тогда и главное: откуда древнеиндийские мастера могли получить такие высокотехнологичные знания?

В древнеиндийских литейных мастерских процесс изготовления вутца - слитка высокоуглеродистой стали происходил примерно таким образом.

Железная руда и древесный уголь смешивались и нагревались примерно до 1200°С в каменном горне. При этом железо восстанавливалось (освобождалось от кислорода) вследствие реакций с углеродом древесного угля и образовывало губчатую массу.

Примеси "выжимались" из губчатого железа ковкой. В результате получался кусок сварочного железа с низким содержанием углерода. Эти куски железа науглероживали, нагревая их вместе с древесным углем в закрытом глиняном тигле, предотвращавшем вторичное окисление железа. При появлении хлюпающего звука в тигле, свидетельствовавшего об образовании некоторого количества расплава, тигель подвергали медленному охлаждению, оставляя его в остывающей печи.

Индия вела широкую торговлю вуцем в виде слитков диаметром около 8см. Кузнецы Среднего Востока ковали из этих слитков дамасские клинки после их нагрева до 650 - 850°С. В этом интервале температур сверхвысокоуглеродистые стали становятся пластичными. Готовые клинки закаливали путем нагрева и быстрого охлаждения в воде, рассоле или другой жидкости.

Булат (дамасская сталь) являлся продуктом естественной кристаллизации стали, получаемой при соединении железа с углеродом. Сущность образования булата заключалась в насыщении сплава большим количеством углерода (около 1,3 - 1,5%). В условиях медленного охлаждения образовывалось и находилось в некотором излишке соединение железа с углеродом - так называемый цементит, который не растворялся, как это бывает в обычной стали, а оставался в железе как бы во взвешенном состоянии.

Прослойки цементита как бы обволакивались медленно стынущим мягким железом. Поэтому при высоком содержании углерода, что придает металлу твердость, булат сохраняет высокую вязкость, упругость, которой лишена обыкновенная сталь. Из-за наличия прослоек хрупкого цементита отковка булата должна производиться крайне осторожно, ударами легкого молота, с многократным нагреванием до критической температуры - до температуры красного каления, переход за которую ведет к потере булатом своих основных свойств и характерного рисунка. Процесс изготовления булата был очень трудоемким, длительным и требовал высокого искусства.

Уже в наше время, златоустовские металлурги вновь попытались воскресить технологию производства булата. Сложны и длительны были эти поиски, но узорчатая сталь вновь была получена, хотя полностью повторить аносовский булат не удалось. Легендарная упругость клинков достигнута не была.

Современные качественные легированные стали превосходят дамасскую сталь по всем показателям: прочности, упругости, режущим свойствам, но добиться таких выдающихся свойств в одном образце не удается и сейчас. Конечно, много вопросов еще остается и тайна ждет своей разгадки!

Знакомство европейцев с булатом началось еще в эпоху римского владычества - около 2000 лет назад. Позднее славу булатного оружия разнесли купцы, приобретавшие его в Дамаске и развозившие по многим странам. С начала III в. способ ковки дамасских мечей распространился в Западной Европе. Однако спустя 700 лет секрет производства мечей был снова утерян.

В средние века производство булатов было и на Руси. Имеются документы, подтверждающие, что в Москве существовало производство булатов. Так, в 1616 г. оружейный мастер Дмитрий Коновалов выковал зерцало из булата. В ряде документов встречаются записи: "... сабельные полосы, булат синей, московский выков", "сабля полоса русская с долами на булатное дело". Однако к концу XVII в. это искусство, видимо, пришло в упадок, а потом и вовсе забылось.

Здесь уместно будет затронуть вопрос - почему же так легко были утрачены многие секреты древних мастеров?

Академик Л.Ф. Верещагин, отвечая на этот вопрос, приводит пример с загадкой дамасской стали: "Как удавалось людям средневековья без нынешней техники и без легирующих добавок получать эту изумительную нержавеющую и необыкновенно прочную сталь? Если производство дамасских клинков было уже когда-то освоено, то почему же люди забыли его?"

Сам он так ответил на этот вопрос: "То, что случайно найдено путем экспериментов и еще не осмыслено, не понято людьми, принадлежит им только наполовину. Человеку выпала большая удача - он нашел самородок золота. Нашел случайно. Он порадовался увесистой находке, подержал ее в руках, спрятал под куст в надежде вернуться сюда, а потом сколько не искал, уже не мог ее найти. Примерно то же случилось и с дамасской сталью. Случай дал ее в руки человеку, случай и отнял".

Но так ли он прав? Элементарная логика нам подсказывает, что подобное утверждение справедливо лишь для тех случаев, когда речь, действительно, идет о некоем случае, произошедшим с одним-единственным человеком, но в здесь мы видим совсем иную ситуацию.

Во-первых, производство булата или дамасской стали - очень сложный, длительный и высокотехнологичный процесс, где необходимо точное соблюдение всех необходимых для этого условий. И такой сложный процесс вряд ли не мог стать результатом случайного открытия одного человека.

Во-вторых, производством булата в Индии занимался не один человек, а целая армия ремесленников, на протяжении тысячелетий!

И, в-третьих, не стоит забывать, что мы, в данном случае, говорим именно об Индии - одной из древнейших цивилизаций на Земле, где существует немало загадок, касающихся того, откуда древние индийцы могли получить свои знания о таких сверхтехнологичных вещах, которые, зачастую, наши современная науки и производство не в состоянии ни объяснить, ни повторить! Сами же индийцы отвечают на этот вопрос очень просто: "Эти знания нашим предкам дали боги!".

Кстати, в этом с ними солидарны практически все народы мира. В любой культуре металлообработке, согласно мифологии, людей обучили боги, а "секрет стали", так же, как знаменитый "секрет бессмертия", был одной из самых заповедных тайн богов и тот счастливец, которому боги, по каким-то, только им известным причинам, этот секрет открывали, считался "благословенным любимцем богов".

Некоторые полагают, что сейчас можно произвести слиток булатной стали, а потом из него получать, например путем проката, ленту для лезвий. При этом упускают из виду, что булатная сталь получается лишь после особой технологии изготовления изделий. Отковку булатного изделия надо вести очень осторожно, так искусно, чтобы при этом структура металла не разрушалась, а лишь сминалась, и волокна "твердой" и "мягкой" составляющих переплетались между собой.

Только в таком случае получался материал, обладающий одновременно и большой твердостью, и большой вязкостью. И такое строгое соблюдение определенной температуры и режима ковки необходимо для каждого отдельного изделия. Это требовало долгого и кропотливого труда искусного ремесленника. Поэтому, пожалуй, только холодное оружие по своей цене и могло найти себе покупателя.

Еще один центр производства качественных клинков образовался в средние века в Японии. Японский булат обладал каким-то необыкновенным качеством железа, которое после целого ряда проковок приобретало даже более высокую твердость и прочность, чем дамасская сталь. Мечи и сабли, приготовленные из этого железа, отличались удивительной вязкостью и необыкновенной остротой.

Уже в наше время был сделан химический анализ стали, из которой изготовлено японское оружие XI-XIII веков. И древнее оружие раскрыло свою тайну: в стали был найден молибден!

Сегодня хорошо известно, что сталь, легированная молибденом, обладает высокой твердостью, прочностью и вязкостью. Молибден - один из немногих легирующих элементов, добавка которого в сталь вызывает повышение ее вязкости и твердости одновременно. Но, при этом, не стоит, так же забывать, что молибден, не только "редкоземельный", но и очень тугоплавкий металл и плавится при 2400°С!

Все другие элементы, увеличивающие твердость и прочность стали, способствуют повышению ее хрупкости. Естественно, что в сравнении с дамасскими клинками, сделанными из железа и стали, японские легированные мечи и сабли казались чудом. Но значит ли это, что японцы умели в то далекое время делать легированную сталь?

Конечно, нет. Что такое легированная сталь, они даже не знали, по той простой причине, что само это понятие появилось лишь в наше время, так же как и не знали, что такое молибден, хотя прекрасно понимали, что, для изготовления подобных клинков требуется очень высокий температурный режим.

Руда, из которой древние японские мастера выплавляли железо, содержала значительную примесь окиси молибдена. Выплавленное из обогащенных молибденом "песков" кричное железо проковывалось в прутья и закапывалось в болотистую землю. Время от времени прутья вынимали и снова зарывали, и так на протяжении 8 - 10 лет.

Насыщенная солями и кислотами болотная вода разъедала пруток и делала его похожим на кусок сыра. Тем самым из заготовки удалялись вредные примеси, быстрее разъедаемые болотной водой. Затем разогретую заготовку японский кузнец проковывал в тонкую полосу, сгибал, опять проковывал и так несколько тысяч раз! Но и японские клинки, при всей их выдающейся остроте и прочности, не обладали качествами индийского булата, особенно упругостью.

В японской литературе нередко можно встретить описание того, как разгневанный или разгоряченный боем самурай, неверно рассчитав силу своего удара, ломал свой меч, да еще в самый неподходящий для этого момент. Зачастую подобный случай мог стоить самому самураю жизни и не только потому, что он, во время битвы, оказывался практически невооруженным (ведь у него оставался еще и короткий меч), но и потому, что, обезоружив себя, он, таким образом, обесчещивал себя и предавал своего сегуна, а за это полагалось делать харакири.

Отметим сразу, что, когда мы говорим о древней металлургии, мы опираемся не только на письменные источники, свидетельствующие о наличии таковой у наших далеких предков, но и на вполне реальные артефакты, являющиеся продуктами ее производства и дошедшие до наших дней, наличие которых полностью снимает вопрос о том, соответствовали эти свидетельства реальному положению вещей.

И, сколько бы ни было легенд о существовании в древности некой загадочной технологии выплавки чрезвычайно упругой и крепкой стали, совершенно не подверженной коррозии, только наличие предметов, изготовленных из такой стали, может пролить нам свет на истину.

Но такие предметы есть! Дамасские и булатные (что, по сути, - одно и то же) клинки сохранились до наших дней! Они хорошо известны и историкам, и коллекционерам, и специалистам, в области металловедения. И это - факт. Так же как и то, что настоящий секрет этой стали, не разгадан до сих пор!

Как уже писалось выше, еще в середине XIX века в России были изготовлены образцы сплавов, подобные булату, а современные златоустовские мастера повторяют этот опыт. Но! Эти сплавы лишь по некоторым характеристикам аналогичны дамаску, в частности, по знаменитому рисунку металла, но не обладают его прочностью и невероятной пластичностью. Так что, пока мы можем говорить лишь о некоторых успехах, которые приближают нас к разгадке этой величайшей тайны, но не о том, что она, наконец, разгадана.

И здесь невольно задаешься вопросом: "Как же такое может быть, чтобы наши современные ученые, вооруженные такими знаниями, многовековым опытом металлообработки и самыми современными технологиями и оборудованием, не могли повторить того, что в, поистине, промышленных масштабах изготовляли древнеиндийские металлурги?". И такие вопросы возникают не только у автора и не только здесь; их довольно часто задают специалистам металлургии. Но ответы, которые обычно можно услышать на них звучат, по меньшей мере, крайне неубедительно.

Один из подобных ответов, по сути, сводящийся к идее "да они сами не поняли, что случайно сотворили", уже приводился выше, но есть и другие варианты, например: "А нам сейчас и не надо это понимать, так как у нас другие задачи и нам нужно не мечи делать, а другие вещи, более необходимые в народном хозяйстве".

Что тоже вызывает сильно недоумение. Так и хочется в ответ спросить: "А у нас, что нет армии, где до сих пор используется холодное оружие? И разве наши бойцы отказались бы от возможности пользоваться ножами, кортиками и штык-ножами не из легированной стали, а из настоящего булата? И неужели Министерство обороны не захотело бы ввести в состав предметов личного вооружения спецназа меч, способный опоясывать бойца? Или у наших военных нет на это ни денег, ни заинтересованности?". Подобные объяснения кажутся, как минимум, надуманными и являются обыкновенной попыткой скрыть собственную некомпетентность под маской незаинтересованности.

Нередко из уст специалистов можно услышать и другое объяснение: "Булат являлся штучным продуктом некоторых мастеров и производился исключительно кустарным способом, поэтому, в современном производстве он просто нерентабелен". Но, во-первых, как можно говорить о рентабельности производства булата, когда неизвестен весь технологический процесс его изготовления? А, во-вторых, это утверждение тоже не соответствует действительности, так как доподлинно известно, что древнеиндийские металлурги обеспечивали булатной сталью весь древний мир, на протяжении нескольких столетий и в промышленных масштабах!

Кроме того, сегодня мы живем в век композитных материалов, производство и применение которых играет в научно-производственном процессе, чуть ли, не первостепенную роль. И далеко не всегда новые материалы появляются в ответ на нужды производства; довольно часто можно наблюдать и обратный процесс - сначала новый материал рождается где-нибудь в недрах научно-исследовательской лаборатории, а уж потом, иной раз, спустя несколько десятилетий, он находит свое применение. Когда же мы говорим о булате, то имеем в виду первый в истории человечества композитный материал! Разве это не важно?

Получается такой парадокс.

Общество и производство остро нуждается в новых композитных материалах.

Есть образцы древнейшего композитного материала, веками подтверждавшего свои уникальные и неоценимые качества.

Есть заинтересованность армии в этом материале.

Характеристики материала делают его применимым не только для производства холодного оружия, но и в других областях человеческой деятельности.

Веками отработанная технология изготовления его в промышленных масштабах доказывает, что он вполне подходит, в качестве продукта современного производства.

Но, при всем этом, никто, сколь-нибудь серьезно этим вопросом не занимается.

Оружие.

Продолжая тему применения металлов в вооружении древних людей, следует немного остановиться на самой их истории.

Еще в ранний период истории человечества война становится, по выражению Ф. Энгельса, постоянным промыслом и ведется ради грабежа. Уже тогда железо играло иногда довольно значительную роль в исходе военных столкновений разных племен и народов. Преимущества того или иного государства в освоении железа или наличие в его распоряжении большего количества железного оружия определяло военное превосходство над противником. Ряд исторических примеров служит подтверждением этому.

В конце III тысячелетия до н.э. в Месопотамии по среднему течению реки Тигр создалось могущественное государство Ассирия, где многие сферы жизни общества были подчинены интересам войны.

В Ассирии была хорошо организованная и прекрасно вооруженная армия. Наступательное оружие ассирийцев было железным, а оборонительное - бронзовым. Тяжелая пехота носила панцири из металлических пластинок и была вооружена остроконечными мечами, щитами, копьями и короткими мечами. При внезапных нападениях на своих соседей ассирийцы стремились захватить золото, драгоценности и особенно железо.

Железо ценилось ими очень высоко как металл, который давал им в бою огромное преимущество над противником, имевшим лишь бронзовое оружие. При раскопках дворца ассирийского царя Саргона II, правившего в VIII в. до н.э., археологи нашли большой склад железных изделий общим весом около 200 т. В арсенальной комнате дворца были обнаружены заступы, плуги, якоря, пилы, шлемы и множество железных болванок, которые хранились здесь для изготовления оружия.

Так, на заре "металлического" века распространение железа повлекло за собой существенное изменение видов и форм оружия. Железный меч стал основным видом оружия воина древнего мира. Холодное оружие отличалось крайним разнообразием.

В римской армии были две разновидности железных мечей: короткий пехотный меч - гладиус и длинный кавалерийский меч - спата. Пехотное копье имело очень длинную железную часть - пилум. В причерноморских степях в железном веке был распространен короткий скифский меч - акинак, который чаще всего изготовлялся, согласно ряду источников, именно из булата, а со II в. до н.э. - длинный и изогнутый сарматский меч. Русские дружины на Киевской Руси вооружались прямыми рубящими мечами с двумя лезвиями.

В VIII в. у кочевников причерноморских степей появилась сабля. И самые дорогие из них были, опять же булатными. Спустя два века она уже стала известна и у русских, а несколько позже - в Западной Европе. К концу XIV в. меч на Руси уступает место сабле; в Западной Европе он вытесняется шпагой. Наряду с этим оружием в Западной Европе распространяется тонкий кинжал - стилет, в мусульманских странах ятаган - меч с кривым вогнутым лезвием.

Справедливости ради, стоит отметить, что если преимущество, даваемое саблей в бою, относительно боевых характеристик меча, совершенно очевидно, то, в отношении шпаги, возникает ряд существенных вопросов.

Шпага - не столько боевое оружие, сколько изящное оружие для индивидуальных поединков - дуэлей, в то время как сабля - практически идеальное оружие, предназначенное именно для боя, по своим характеристикам, сопоставимое, разве что, со знаменитыми самурайскими мечами, которые, кстати сказать, подобно сабле, тоже имели слегка изогнутую форму. Кроме того, если шпага предназначена, преимущественно, для колющих ударов, то сабля - "рубящее" оружие, незаменимое для быстро мчащегося всадника. То есть, если шпага - оружие дуэлянта, то сабля - оружие кавалериста.

Так что, сарматский "кривой" меч, ятаган, русская сабля и японский самурайский меч - практически близнецы, так как все эти мечи имели, практически, одинаковые размеры и кривизну, да и качественные характеристики их стали были сходны по своим характеристикам.

Нельзя сказать, что в европейских армиях недооценивали роль кавалерии, но, тем не менее, сабля там не прижилась. Причиной тому может служить, как устоявшиеся традиции рыцарских поединков - личные дуэли, проводимые между собой рыцарями, которые и принесли свое излюбленное оружие в регулярные армии; так и малые размеры самой Европы, где, в отличии от бескрайних русских степей коннице особо и развернуться негде было.

В июне 1966 г. в Москве проходил IV Международный конгресс музеев оружия и военной истории. В нем принимали участие ученые 26 стран мира. На конгрессе рассказывалось о появлении новой отрасли оружиеведения - клинковой эпиграфики, т.е. письменности, оставленной на лезвиях древних мечей. А только в различных музейных собраниях Европы находится 4 000 мечей VIII - XIII вв., из них более 2500 в Норвегии и Швеции.

Начало этой науки можно отнести к 70-м годам прошлого века, когда хранитель Бергенского музея в Норвегии А.Л. Лоранж заинтересовался викингскими мечами и, к своему удивлению, обнаружил на них ранее не замеченные надписи и знаки. Он написал книгу о древнем норвежском оружии, однако не успел рассказать о способе обнаружения надписей. После его смерти пришлось вновь открывать этот способ. В наше время историк-металловед рижанин А.К. Антейн начал в 1963 г. заниматься расчисткой мечей. Только в музеях Латвии и Эстонии он обнаружил более 80 клинков с надписями, знаками и орнаментами. Что же дает изучение этих надписей?

Оказывается, лезвия мечей с надписями напоминают как бы страницы "железной книги", по которым можно получить представление о времени и месте изготовления мечей, о создававших это оружие мастерах.

Холодное оружие господствовало до появления пороха и его использования в огнестрельном оружии в XIV в. Началось бурное развитие артиллерии, явившейся крупным потребителем металла для пушек и ядер. Английский историк Дж. Бернал отмечает, что употребление пушек в битвах и осадах вызвало революцию в военном деле, сравнимую разве с той, что произошла в начале железного века, за 3000 лет до того, когда появился железный меч.

Первые пушки были сродни обычным бочкам. Лить их целиком не умели и потому изготовляли из отдельных металлических листов, скрепленных обручами. Вначале пушки до изготовления ядер заряжали подходящими по размеру булыжниками. Имелся даже специальный "род войск" - собиратели булыжников.

Стальная одежда.

Римский историк Аммиан Марцеллин (IV в) сообщал: "Парфянские воины носили броню, как бы сотканную из перышков, не стеснявшую их движений и вместе с тем столь прочную, что, попадая в нее, римские копья отскакивали прочь. Можно было подумать, что это какие-то железные люди; на головах у них были надеты каски, в точности соответствующие форме и частям лица, настолько плотно пригнанные, что можно было поразить их только через маленькие круглые отверстия для глаз, пропускавшие свет, или через щели для ноздрей, через которые они с трудом дышали".

Другой римский историк - Клавдиан дополнял: "Их подвижные латы, прикрывающие тела, выглядят как живые, что поразительно видеть - можно подумать, что это двигаются железные изваяния и что человек дышит через металл. Так же одеты и лошади: они грозят своими железными доспехами и передвигаются в полной безопасности под железным одеянием, прикрывающим их бока".

Защитное вооружение являлось частью общего вооружения воина и было широко распространено до применения огнестрельного оружия.

В армиях Древнего Востока, Китая, Индии защитное вооружение делалось не только из кожи и дерева, но так же использовались различные виды кольчуг. Что совершенно неудивительно, учитывая высочайшую степень мастерства древнеиндийских металлургов. Особенно показателен тот факт, что в древнейшем литературном памятнике, известном человечеству - древнеиндийском эпосе "Махабхарата", повествующем о великой битве Панданов и Бхаратов, подробно описывается не только вооружение самих воинов, но и их "сверкающие доспехи". Но даже тогда деревянные щиты укрепляли металлическими полосками, одежду прикрывали металлическими пластинами. Скифы носили шишаки не только из кожи, но и железные или медные. У сарматов всадник и конь покрывались чешуйчатой броней.

Остановимся подробнее на рассмотрении кольчуг - старинной защитной одежды в виде рубахи из металлических колец, с рукавами или без них. Кольца, составляющие полотно кольчуги, вначале не соединялись вместе, а нашивались неподвижно на кожаное платье. Впервые кольчуги появились в Ассирии. Этот доспех был обычен для арабских, персидских и среднеазиатских воинов. Арабские писатели свидетельствуют о существовании кольчуги у славян еще в IX в.

На Руси кольчуги сначала называли "бронями". Термин "кольчуга" появился в XVI в. В снаряжение входили кольчужная рубашка (обычно длиной до колен), штаны, чулки, бармицы - завесы на шлемах вокруг шеи и лица.

В более простых кольчугах, кольца выбивались из железного листа, в лучших - каждое кольцо ковалось отдельно. На Руси кольчуги изготовляли из толстой железной проволоки, которая нарубалась кусками длиной в 3 м. В восточных кольчугах иногда для красоты прибавляли медные, серебряные или золоченые кольца. Металлические части доспехов украшали и другими способами. В разной степени, прокаливая металл в огне, ремесленники производили "окраску" железа.

Однако кольчуга имела и ряд недостатков. Стоила она дорого - не каждый мастер мог ее выковать или починить в случае разрыва. Зимой кольчуга примерзала к телу - под нее требовалась теплая одежда. Летом металл раскалялся от солнца - для защиты приходилось прикрывать металл сверху рубашкой. После дождя колечки кольчуги ржавели, их нужно было чистить. Правда, здесь нашли простой и удобный способ. Брали бочку с песком, клали туда кольчугу. Закрытую бочку катали по земле, и металл, протертый песком, блестел после этого по-прежнему.

Расцвет защитного вооружения из металла наступил в средние века в Западной Европе, во времена рыцарства. Оружием рыцаря до крестовых походов являлись тяжелый меч, длинное копье, топор и палица. Щит и кожаный доспех с металлическими бляшками входил в защитное вооружение рыцаря. С XII в. кожаные доспехи сменяет металлическая кольчуга. С развитием металлообрабатывающего ремесла в XIV в. кольчугу заменяет металлический панцирь; на голове рыцаря появляется шлем с забралом; на коня надевают также металлические доспехи.

   

Рыцарь феодального войска был закован в доспехи с головы до ног, а конь - покрыт броней. К XV в. доспехи чрезвычайно усложнились. Число всех частей в полном вооружении доходило до 200, а если считать пряжки, гвозди, винты и другие мелкие части, то число их доходит до тысячи. Иногда доспехи рыцарей украшались золотом и драгоценными камнями.

Появление пороха и огнестрельного оружия привело к тому, что в первой половине XVIII в. защитное вооружение было полностью упразднено во всех армиях. В более позднее время защитное вооружение сохранилось только в виде стальных шлемов.

Железная колонна в Дели

Кроме того, искусство древних металлургов, частности, работавших с железом, далеко не ограничивалось умением изготовлять высококачественные мечи. Вот что пишет Д. Неру в книге "Открытие Индии": "Древняя Индия добилась, очевидно, больших успехов в обработке железа. Близ Дели высится огромная железная колонна, ставящая в тупик современных ученых, которые не могут определить способ ее изготовления, предохранивший железо от окисления и других атмосферных явлений".

Много воды утекло с тех пор меж берегами священной Матери-Ганги и, на сегодняшний день, колонна эта находится уже не "близ Дели", а в самом Дели, во дворе мечети Кувват-уль-Ислам - старейшего мусульманского храма в Индии. Она изготовлена из поти что "чистого" железа, согласно общепринятой версии, около 1500 лет назад (что уже немало!) и, при этом, совершенно не ржавеет.

Колонна выполнена в форме усеченного конуса с диаметрами: у основания - 0,42 м и 0,3 м на вершине и имеет высоту 7,2 м. Ее нижняя часть опущена на глубину 0,5 м. В основании колонна имеет утолщение, наподобие луковицы, от которой отходят восемь толстых металлических прутьев. Вес колонны составляет приблизительно 6,5 т.

Этот памятник древней металлургии уцелел от индуистско-джайнистского храмового комплекса эпохи Чандрагупты II (правил в 375-413 гг.), который был снесен по приказу первого делийского султана в XIII в. Как свидельствует сохранившаяся на колонне надпись, в древности она стояла в храме Вишну города Матхура, а на колонне помещалась фигура Гаруды.

Ученые предполагают, что колонну построил Чандрагупта, а Ананг Пал привез ее в Дели. О языке надписей до сих пор не утихают бурные споры. Традиционные историки считают, что это - архаичный санскрит, но многие лингвисты не склонны считать этот язык санскритом лишь по причине схожести написания; они считают, что это - совершенно неизвестный науке язык, родственный санскриту, а, возможно и послуживший его прообразом.

Известно, что колонна выкована из чистого железа, но относительно точного процентного содержания его и примесей мнения специалистов расходятся. Некоторые специалисты говорят, что железо в колонне достигает 99,7%, с незначительным содержанием примесей фосфора, углерода и серы. Другие же называют цифру 98% железа, при небольшом содержании углерода, необычно большим содержанием фосфора, при полном отсутствии серы. Такая значительная разница в результатах металлографических анализов, по данным различных исследований, ставит вопрос об их достоверности и точку в этом ставить еще рано.

Секрет антикоррозийной стойкости колонны не раскрыт до сих пор. Ученые так и не пришли к единому мнению. Некоторые из них считают, что этому способствует сухой климат Дели, что, так же, вызывает вопросы, ведь, Дели, хоть и находится на севере страны, но, все же, страны - Индии, где господствует, преимущественно муссонный климат. И даже, если участь, что основная часть муссонных дождей приходится на юг страны, совершенно очевидно, что и на север они оказывает свое влияние.

Так что разговоры о том, что железная колонна, находящаяся в Дели, сохранилась так хорошо, благодаря сухости местного воздуха, так, как принято говорить о пирамидах Гизы, по меньшей мере, не вполне соответствуют действительности.

Другие считают, что этому способствует значительная масса колонны, способная в местных условиях сохранять тепло и предотвращать образование конденсата. Но при чем тут масса, когда мы говорим о поверхностном слое? Для образования ржавчины наличие конденсата вовсе не обязательно. Вполне достаточно, чтобы молекулы воды, содержащиеся в воздухе, вступили во взаимодействие с поверхностным слоем металла. И в этом случае, сохраненное колонной тепло не только не предотвратит процесс окисления металла, а наоборот - ускорит его, сыграв роль катализатора химической реакции.

Третьи указывают на защитную пленку, образовавшуюся в результате обжига, а так же высказывались предположения о покрытии колонны тончайшими антикоррозионными пленками от жиров до окалины. И наличие подобной пленки могло бы вполне объяснить причину наблюдаемого явления. Но! Во-первых, разговоры о "защитной пленке, образовавшейся в результате обжига" - не более чем недоказанная версия, так как ни о какой технологии получения подобных пленок в древности и, тем более, используя обжиг, ничего не известно. Во-вторых, нет никаких химических анализов, свидетельствующих о наличии на поверхности колонны пленки, способной образоваться именно в результате обжига, равно как и наличия "пленки из жиров и окалины". Да и каким именно должен быть ее состав, чтобы настолько хорошо обеспечивал сохранность металла столь длительное время?

Есть, так же предположение о том, что в значительном количестве входящий в состав сплава фосфор, каким-то таинственным образом смог выделиться и образовать эту самую защитную пленку. Но, опять же, результатов этих анализов нет, а о таком "беспричинном самодвижении" фосфора в сплавах никто и никогда не слышал. Так что эта версия - не более чем отчаянная попытка объяснить необъяснимое еще более необъяснимым. И не авторам ли именно этой версии принадлежит утверждение о том, что содержание фосфора в составе сплава необычайно высоко? Если это так, то, в данном случае, налицо не просто попытка представить необоснованное утверждение, как научно доказанный факт, но и откровенная подтасовка результатов анализов или, что еще хуже, - полная их фальсификация.

Несколько лет назад в прессу, просочилась информация о том, что ученые Лос-Аламосского университета (США) провели серьезные лабораторные исследования образцов металла делийской колонны и доказали, что древние металлурги покрыли ее тончайшей силиконовой пленкой, слой которой не превышает нескольких микрон и наличие этой пленки можно обнаружить только при помощи современного электронного микроскопа. Но после, практически единственной публикации об этом, дальнейшей информации не последовало. В чем тут причина: в откровенной дезинформации или в очередном "заговоре молчания" - трудно судить, но, если отбросить в сторону естественное недоумение, которое вызывает сам факт возможности наличия у древнеиндийских мастеров подобной сверхтехнологии, становится очевидным, что именно эта версия способна объяснить все наличиствующие, в данном случае, необъяснимые явления.

"Шведским металловедом Й. Врангленом были поставлены опыты, при которых отрезанные от колонны кусочки доставлялись на морское побережье и промышленный район Швеции (морская и промышленная атмосфера наиболее опасны для стали), где они успешно коррозировали. Подземная часть колонны, исследованная тем же Й. Врангленом, покрыта слоем ржавчины толщиной в сантиметр. Встречаются также коррозионные язвы глубиной до 10 сантиметров.

Способ изготовления колонны, вопреки расхожему мнению, также установлен. Согласно нему, колонна изготовлена ковкой отдельных криц железа массой до 36 кг. В качестве доказательства приводятся отчетливо видимые следы ударов и линии сварки, а также малое содержание серы (благодаря древесному углю, использованному для плавки руды) и большое количество неметаллических включений (недостаточная проковка).

Первый вклад в мифологию Железной колонны внес Александер Каннингем, утверждавший, что высота колонны не менее 60 футов (18 м), а вес 17 тонн. Кроме того, из его описания следует, что колонна цельная, а не сварная. Эти домыслы подхватили историки, и даже более поздние научные исследования уже не могли поколебать их веру в чудесные свойства "вечной" колонны". (Алексеев С. Железная колонна в Дели: история мифа // Химия и жизнь, 1979 г., № 4)

Из приведенной цитаты отчетливо видно следующее: а) подземная часть колонны, все же, коррозирована; б) если металл "отколотый от колонны" легко коррозирует сам по себе, то причина антикоррозийности всей колонны, по-видимому, все же, не в качестве металла, а именно в наличии защитной пленки, предохраняющей ее поверхность от окисления; в) в данном случае, доказано использование при изготовлении колонны сварки.

Но давайте вернемся к информации о наличии на поверхности делийской колонны именно силиконовой пленки. Сразу же оговоримся, что данная информация, на сегодняшний день, является непроверенной, но, если предположить, что она соответствует действительности, то складывается очень интересная картина.

Если металл, из которого изготовлена колонна является почти 100% железом и опытным путем доказано, что он легко коррозирует, но, при этом, сама колонна не подвержена коррозии (во всяком случае, ее надземная часть), то совершенно очевидно, что единственным объяснением этого явления может являться наличие защитной пленки. И с этим согласны практически все исследователи и специалисты.

Попытки обнаружить такую пленку проводились неоднократно, на протяжении длительного времени и очень многими исследователями, но обнаружено так ничего и не было.

Есть только одно объяснение того, что пленка до недавнего времени обнаружена не была, но реально наблюдаемые явления явно свидетельствуют в пользу ее наличия - слой этой пленки невероятно тонок и доступен для обнаружения только в случае применения чрезвычайно чувствительной оптики.

Именно крайне тонкий слой защитной пленки может объяснить как то, что, при отсутствии коррозии на надземной части колонны, он присутствует на ее подземной части; так и то, что, несмотря на весьма значительный возраст самого памятника, коррозийный слой подземной его части не слишком велик. Такое явление напрямую указывает на то, что первоначально, вся колонна была покрыта антикоррозийной пленкой, которая поддерживала ее сохранность в различных средах. Но земля является более химически агрессивной средой, чем воздух и поэтому воздействие ее на защитную пленку происходило более интенсивно. Со временем она настолько истончилась, что в ней образовались дыры, после чего, она распалась совсем. Именно в местах первоначальных дыр слой ржавчины резко увеличивается от одного сантиметра, что соответствует среднему показателю толщины ржавчина на поверхности подземной части колонны, сразу до десяти.

Именно силикон и является наиболее эффективным антикоррозийным изолятором, способным обеспечить хорошую сохранность металла в агрессивных средах. Он настолько хорош, что для защиты металла, достаточно всего нескольких микрон его слоя (о чем и говорится в отчете ученых из Лос-Аламоса).

Силикон обладает крайне низкой химической активностью, что и делает его таким хорошим изолятором, но в природе не существует веществ, химическая активность которых равна нулю. Это означает, что агрессивная среда, воздействуя на силикон, все же, разрушает его, хотя и крайне медленно. И тут возникает вопрос: каков же реальный возраст делийской колонны, если защитная пленка ее подземной части успела за истекшее время, раствориться полностью, а еще и потом образовался такой слой ржавчины?

Вспомним о том, что, согласно утверждениям некоторых ученых, надпись на колонне сделана не на санскрите, а на неизвестном языке.

Принятая сегодня датировка изготовления колонны весьма условна и не подтверждена никакими фактическими результатами, кроме некоторых упоминаний о ней в письменных источниках, которые (как будет показано ниже) далеко не всегда оперируют достоверными фактами.

Если колонна изготовлена кустарным способом, как утверждают современные историки, то как тогда объяснить доказанный факт наличия на ней сварочных швов?

В приведенной здесь "непроверенной информации", упоминаются работы, проводимые в Лос-Аламосе, где на самом деле, имеются сверхсовременные микроскопы, действительно способные обнаружить слой пленки, толщиной в несколько микрон, что не под силу обычной оптике, применяемой, в ходе проведения анализов металла других исследователей (если таковые вообще имели место, иначе, откуда такая разница в результатах?).

И не следует забывать, что именно в Лос-Аламосе ведутся главные разработки в области военных и космических технологий США, так что уровень секретности там не просто серьезный, а практически абсолютный. Это вполне может объяснить факт отсутствия подтверждения случайно просочившейся в прессу сверхсекретной информации.

И еще немного и делийской колонне. Н.А. Мезенин, в своей статье "Занимательно о железе" наглядно иллюстрирует то, насколько можно опираться на сведения, почерпнутые из древних источников, как это делают современные историки, в случае с датировкой изготовления делийской колонны. Источникам, конечно же, верить нужно, но их надо еще и перепроверять, ища подтверждения приведенной информации у других авторов. Вот какой курьезный эпизод приводит в своей книге Н.А. Мезенин:

"В 1048 г. среднеазиатский ученый из Хорезма Бируни закончил свой большой труд "Минералогия, или собрание сведений для познания драгоценностей". В 1963 г. книга была впервые опубликована полностью на русском языке. Там есть интересная глава "О железе", в которой Бируни с удивлением сообщает: "К небылицам о происхождении железа, хотя они и так во множестве упоминаются в летописях, относится и то, что в Кандахаре во время его завоевания арабами был найден железный столб высотой в 70 локтей. Хишам ибн-Амир приказал откопать его до основания, и при этом было обнаружено, что столб был вкопан еще на 30 локтей в землю. Тогда он стал расспрашивать о нем, и ему сообщили, что один Тубба из Йемена вступил в их страну вместе с персами, и когда они овладели Индией, то йеменцы отлили из своих мечей этот столб и сказали: "Мы не хотим идти отсюда дальше в другую страну", - и завладели Синдом. И говорят: "Эти слова тех, кто ничего не понимает в деле обработки металлов и изготовления крупных отливок из него. Это даже глупость, ибо тот, кто нуждается во время завоевания страны в увеличении количества оружия, не стал бы его уменьшать вместо того, чтобы увеличивать, точно он собирался сражаться при помощи столба. Это напоминает рассказ тех людей, которые совершают поездки между Хорезмом и страной гузов о железной наковальне величиной с большой дом, мимо которой проходят по дороге, ведущей...

К сожалению, на этом обрывается глава о железе - конец ее потерян. Однако сообщение о железном столбе Бируни напрасно отнес к небылицам. Такой столб уже в его время более 600 лет стоял в Индии. Он сохранился и до наших дней".

И далее, там же: "Более полутора тысяч лет назад изготовлена эта колонна, стоящая ныне на одной из площадей индийской столицы, в получасе езды от центра. Темная поверхность колонны на высоте человеческого роста блестит. С давних времен стекались с ней толпы богомольцев - считалось, что кто прислонится спиной к колонне и обхватит ее руками, тот будет счастлив….

... Древняя Индия вообще славилась искусством своих металлургов. Во многих древних храмах встречаются железные балки длиной до 6 м. Историки сообщают, что применявшиеся при сооружении египетских пирамид орудия из железа для обработки камня изготовляли в Южной Индии, которая вела оживленную торговлю с Римом, Египтом и Грецией. Индия настолько была известна на Востоке своими изделиями из стали, что у персов в разговоре о чем-нибудь излишнем и ненужном бытовала поговорка: "В Индию сталь возить".

Известен памятник иранской архитектуры XIV в. - купольный мавзолей-мечеть Ольдшайту-хана в Султании. Мечеть была декорирована мозаикой из разноцветных глазурованных и люстровых плиток. Главной достопримечательностью мавзолея были двери гробницы хана, сделанные из тончайшей индийской стали. Из стали была сделана и решетка "толщиной в руку", окружавшая могилу Ольдшайту-хана. Она якобы была изготовлена из одного куска стали, и в Индии над ней трудились более семи лет.

…По мнению одного автора, древние металлурги для получения чистого железа растирали губку сварочного железа в порошок и просеивали его. А потом полученный чистый порошок железа нагревали до красного каления и под ударами молота его частицы слипались в одно целое - сейчас это называется методом порошковой металлургии. Из таких кусков железа, возможно, и слепили огромную колонну в Дели".

И еще немного об антикоррозийности делийской колонны и использовании древними метеоритного железа, из которого, как считают некоторые исследователи, она изготовлена. Самое интересное, что обычно, речь о метеоритном железе заходит исключительно в тех случаях, когда в наличии имеется артефакт, изготовленный из железо-никелиевого сплава, а делийская колонна - практически чистое железо.

Вот что пишет Б.А. Шевченко, в своей книге "Как возникла металлургия железа": "Отношение людей к тяжелым и блестящим камням, упавшим с неба, хорошо иллюстрирует железный столб в Индии, который некоторые исследователи, осмотрев святыню, считают железным метеоритом. Много тысяч лет на него молятся, и никому за это время не пришло в голову желание отрубить (чем?) от него кусок железа и выковать, например, себе нож. Небольшой железный метеорит, скорее попадет в родовое святилище, чем на наковальню к кузнецу, которых в каменном веке еще и не было.

В 1953 году Хадсон опубликовал в журнале "Nature" (т.172, с.499) сообщение о скорости коррозии медистой стали (согласно строгим исследованиям материал колонны представляет собой банальную низкоуглеродистую сталь, очень чистую по сере и недопустимо грязную по фосфору) и цинка в местах с различным климатом, в том числе рядом с колонной. Атмосфера в Дели оказалась по агрессивности на предпоследнем месте, уступив лишь атмосфере в Хартуме, еще более сухой. Даже в период муссонов влажность делийского воздуха превышала критическое значение (70%), при котором сталь заметно коррозирует, только в утренние часы. В делийской атмосфере даже нестойкий цинк окисляется очень незначительно. Кроме того, до недавнего времени атмосфера в Дели была слегка аммиачной (из-за скопления людей и животных), что также способствовало сохранению материала колонны".

Железные деньги.

История человечества без денег или их эквивалента не мыслима так же, как и без металла. С древнейших времен понятие "деньги" и понятие "металл" неразрывно связаны между собой, по той простой причине, что бумажные деньги появились в обиходе сравнительно недавно, уж о таких новоявленных "монстрах", как "пластиковые деньги" или "кибер-деньги" даже и говорить не приходится.

На протяжении веков деньгами назывались исключительно монеты из металла, преимущественно из золота, серебра и меди (иногда бронзы), но и железные деньги тоже были в ходу, что совершенно неудивительно, учитывая ценность железа в древнем мире.

Первое введение железных монет приписывается легендарному спартанскому законодателю Ликургу (IX в. до н. э), который все подчинил созданию в древнегреческом государстве Спарте своеобразного быта и системы военизированного воспитания.

Древнегреческий историк Плутарх, рассказывая о Ликурге, говорит: "он, желая до конца уничтожить всякое неравенство, решил одолеть алчность и корыстолюбие косвенными средствами". Ликург вывел из пользования всю золотую и серебряную монету, оставив в обращении только железную.

Железные монеты были многоугольной формы и при огромной массе и больших размерах имели ничтожную стоимость. Так что для хранения вполне умеренной суммы, равной 10 минам, требовался большой склад, а для перевозки - парная упряжка.

Плутарх уверяет, что по мере распространения новой монеты многие виды преступлений в Спарте исчезли. "Кому, в самом деле, - пишет он, - могла припасть охота воровать, брать взятки или грабить, коль скоро нечисто нажитое и спрятать было немыслимо, и ничего завидного оно собою не представляло, и даже разбитое на куски не получало никакого употребления? Ведь Ликург, как сообщают, велел закалять железо, окуная его в уксус, и это лишало металл крепости, он становился хрупким и ни на что более негодным, ибо никакой дальнейшей обработке уже не поддавался".

Железные деньги Спарты не имели ни малейшей ценности в других греческих городах, там над ними только потешались. "Так что спартанцы не могли купить ничего из чужеземных пустяков, да и вообще купеческие грузы перестали приходить в их гавани", - заключает Плутарх свой рассказ. Таким способом Ликург стремился стеснить торговую деятельность спартанцев, дабы они не отвлекались от своего основного занятия - военного дела.

Позже и другие древнегреческие города-государства, например Аргос, Гегея и Герайя, в IV в. до н.э. имели у себя в обращении собственные железные монеты. Эти монеты были уже более удобными для пользования - легче, округлой формы с надписями и изображениями. До нас дошло лишь восемь железных монет этих трех городов. По своим типам и характеру надписей монеты относятся к шестидесятым годам IV в. до н.э. Все они весят от 9 до 14 гр.

Монеты из железа иногда вводились из-за недостатка других металлов. Так, например, Аристотель (IV в. до н. э) рассказывает, что жители города Клазомены задолжали наемникам сумму в 20 талантов и обязаны были платить им по 4 таланта ежегодных процентов. Тогда правители города решили выпустить номинально на 20 талантов железную монету, обязательную для расчетов в торговых сделках граждан. Полученная сумма в 20 талантов была выплачена наемникам, а 4 таланта ежегодных процентов употреблено на выкуп железной монеты, что вскоре дало возможность совершенно изъять ее из обращения.

Во всем мире ни в древности, ни в средние века не было такого разнообразия монет и средств мена, как в Африке. Полезность железа африканские племена осознали давно. Оно ценилось везде как необходимый материал для изготовления орудий войны и земледелия. Поэтому на значительной территории Африки железо сделалось мерой, по которой устанавливалась ценность всех других товаров. Известное количество какого-нибудь товара, казавшееся африканцам равным по ценности железному слитку, составляло на языке торговцев "бару" этого товара.

В нескольких районах Дарфура (Западный Судан) почти каждая местность имела особые средства мены. В Логуне это были куски железа подковообразной формы, внутри страны Понгво, а также от Сенегала до мыса Мезурадо - железные слитки.

Шотландский путешественник конца XVIII в. Мунго-Парк видел у племен Мандинго в Западном Судане железные бруски определенной массы, служившие вместо монеты. Немецкий путешественник Г. Швейнфурт в конце XIX в. нашел у племен Бонго в Судане железные наконечники копий и лопаты, употреблявшиеся в значении денег.

В Восточно-Африканском округе Табора, жители называли свою страну "Уньянбембе" - "страна мотыг", потому что в конце XIX в. жители Уссинджа доставили туда 150 тыс. железных мотыг, которые и употреблялись в качестве денег. К этой валюте затем добавились копья, ножи и ружья. В 1906 г. пангве стабилизировали цены всех своих важнейших товаров. Главными деньгами пангве стали железные наконечники копий, стоимость которых зависела от их величины и качества. Нередко можно было встретить пангве, на руке которого висела плетеная сумка с железными деньгами.

Наиболее употребительные железные деньги у африканских племен делались в форме традиционных видов оружия и инструментов. В качестве мерила стоимости они часто изготовлялись в миниатюре. Например, старинные деньги пангве имели форму маленьких топориков, прикрепленных веерообразно к шнуру из растительных волокон.

Восточноафриканское племя васандаки ведет счет на деньги в виде копий, западные банту - топоров и наконечников копий, в бозонго - метательных ножей. Африканские пигмеи покупают себе товары у соседних племен на железные ножи и наконечники копий, восточные банту - на железные бусы.

Железные деньги были не только у африканцев. Голландский путешественник Гартмен, посетивший в 1790 г. остров Борнео, встретил и там куски железа, служившие меновой ценностью. Английский экономист XVIII в. Адам Смит упоминает о том, что в его время в шотландских селениях за любой товар расплачивались железными гвоздями вместо мелкой монеты. Гвозди охотно принимались торговцами и имели определенную цену. То же самое говорит и Шевалье про каменноугольные районы Франции. Железные монеты встречались у народов Азии и Европы.

В Китае и Японии они не чеканились, а отливались из чугуна. Монеты в Китае, Японии и Корее делали с отверстием в середине для продевания шнура из рисовой соломы, на который они нанизывались связками.

Древнейшие китайские железные монеты относятся к 520 г., ко времени династии Лян. Десять железных монет соответствовали семи медным. Во второй половине X в. первый император династии Сун Тай-цу выпустил новую железную монету, получившую название "Та-Цзинь" - большая монета. Она весила около 8.5 гр. и выпускалась в очень большом количестве; на ее литье ежегодно расходовалось (с 1000 по 1020 г) до 246 319 пудов железа.

Железные монеты в Китае с перерывами сохранились до начала XX в., проникнув и в Россию, в Туркестанское генерал-губернаторство, где около 1880 г.123 чоха обменивались на одну русскую копейку. Чох (монета весом в 2.13 г), а также монеты в 2.5 и 10 чохов отливались из чугуна с ничтожной примесью меди.

В Японии железные монеты отливались с 1739 по 1769 г. стоимостью в один "мон" (одна сотая копейки), а затем появилась монета в четыре "мона". От волнистых линий на оборотной стороне монета получила название "Намисен" - монета волнистая. В 1871 г. в Японии была введена монета европейского образца, а всю железную монету было велено сдавать в казначейство. В Корее железная монета появилась в конце XI в., но в очень малом количестве и совершенно подобная китайской.

Существовали железные монеты неправильной формы и без всяких надписей. Так, в Индии, в княжестве Траванкаре, в XIV в. была железная монета очень малой величины - с кедровый орешек. Английский капитан Мундес на острове Борнео видел монеты, состоящие из небольших квадратных плиток железа без всяких изображений. Железные монеты обнаружил и майор Д. Денхем во время своей экспедиции в Центральном Судане в 1824 г. Они состояли из тонких пластинок железа подковообразной формы. Подковки эти соединялись в связки по 10 или 16 штук, и 30 таких связок соответствовали по цене одному талеру. Одна подковка весила около 13 гр. и стоила одну треть копейки. Однако цена эта часто колебалась, ибо назначалась фирманами султана в зависимости от того, что предстояло правительству - платить или принимать платежи. Это вызывало сильное недовольство населения, даже бунты, и монета продержалась недолго.

ИГЛЫ, НОЖНИЦЫ, ПРЯЖКИ И ПУГОВИЦЫ.

Ну и как же говоря о железе и его роли в истории человечества, не вспомнить о таких простых и, вместе с тем, таких важных вещах? Игла, как совершенно необходимое для изготовления одежды и обуви орудие было известно уже в первобытные времена. Уже тогда из рыбных и других костей изготовлялись иголки с ушками, просверленными осколком кремния. Затем появились металлические иголки и булавки. При раскопках в районе Магдаленсберга (Австрия) среди найденных железных изделий 2000-летней давности обнаружены иглы, лезвия ножниц.

По мере развития искусства обработки металла, в частности с появлением волочения проволоки, булавки и иголки стали предметом значительного производства. Утверждают, что первые швейные стальные иглы в Европу были доставлены арабами.

Пуговицы и ременные пряжки, так же использовались людьми с незапамятных времен, причем их всегда (или почти всегда) изготовляли именно из металла. А, в случае, с ременными пряжками, где требовался металл, способный выдерживать большие нагрузки и, при этом, не обладающий хрупкостью и большим весом, поэтому чаще всего использовалось железо.

Металлическое изделие в виде гибкой нити или тонкого прута, имен

В древности изготовление проволоки совмещалось с ее обработкой. Как уже было сказано выше, из проволоки изготавливали кольчуги, поэтому железной проволоки в древние времена требовалось очень и очень много.

Кроме того, проволока шла на изготовление всевозможных цепей, имевших очень широкое применение. Выковывание проволоки из драгоценных металлов для украшения тканей (скань и филигрань) и из железа для изготовления кольчуг производилось до X в. Затем появилась волочильная доска.

Доска укреплялась между двумя низкими столбами. Работник садился перед ней на качели, привешенные у потолка. Захватывал конец проволоки прикрепленными к его поясу клещами у самой доски и, упираясь ногами в столбы, отталкивался назад. Потом, отпустив клещи и согнув ноги, он возвращался в прежнее положение и начинал сначала.

В XIV в. в Нюрнберге некто Рудольф приспособил к этому производству водяное мельничное колесо - появились "проволочные мельницы", сначала в Германии, в 1590 г. в Лондоне и Франции, хотя есть письменные свидетельства того, что подобные механизмы имелись еще в Древнем Египте и Китае.

В начале XIX в. проволока изготовлялась уже из железа, стали, красной и желтой меди, сплавов томпак и аргентин, серебра и золота. Реже встречалась проволока платиновая, цинковая и свинцовая. Форма проволоки усложнилась. Появилась волоченная четырехугольная сталь, квадратная или плоско четырехугольная в разрезе, конусовидная колесная проволока с 6, 7, 8, 10 или 12 продольными желобками. От этого поперечный разрез получал вид маленького зубчатого колеса. Часовщики из этой проволоки делали часовые колеса.

О разнообразии сфер применения проволоки в древности говорит уже одно перечисление ее видов: общего назначения, пружинная, бердная (для изготовления одной из основных деталей ткацкого станка - гребня), игольная, цепная, ремизная (прочная металлическая нить с петельками посередине в ткацком станке),) и д. р.

Подшипники.

"Изобретение колеса явилось подлинным триумфом человеческого разума, - отмечает Дж. Бернал, - потому что ни колесо, ни вращающийся гончарный круг не копируют никаких природных явлений, наблюдаемых человеком".

В ранних месопотамских и индийских повозках до нашего времени ось вращалась вместе с колесами, прикрепляясь к телеге кожаным ремнем. Это был первый настоящий подшипник...

Появление шарикоподшипника явилось революцией в истории колеса. Сейчас в мире миллионы машин самых различных конструкций, и трудно найти такую, в которой не было бы подшипника. Нет его - нет и стремительного бега автомобиля, не взлетит самолет, остановится велосипед, будут неподвижны станки и машины.

Идею шарикоподшипника высказал в своих набросках еще Леонардо да Винчи. Первый патент получен в Англии в 1787 г. Однако впервые подшипники начали изготовлять в Германии в 1883 г. на заводе Фридриха Фишера во Франкфурте-на-Майне.

Часть 3. Цветная металлургия

Цветной металлургией называется отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов.

Цветные металлы - это все металлы, кроме железа и его сплавов: медь, алюминий, цинк, олово, свинец, никель, хром, серебро и другие. Они имеют общее свойство образовывать на поверхности окислительную пленку, которая предотвращает дальнейшую коррозию металла.

По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на тяжелые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и легкие (алюминий, титан, магний). На основании этого деления различают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов. Но нас, в нашем исследовании, интересует непосредственно древняя металлургия цветных металлов, а в древности подобной жесткой градации не существовало, поэтому и мы ее делать не будем.

Медь.

Медь - элемент побочной подгруппы первой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum). Простое вещество медь (CAS-номер: 7440-50-8) - это пластичный переходный металл золотисто-розового или розового цвета, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придает ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Медь обладает высокой тепло - и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра). Имеет два стабильных изотопа - 63Cu и 65Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, 64Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами.

Температура плавления + 1083°C

Латинское название элемента происходит от названия острова Кипр (лат. Cuprum), на котором во времена античности добывали в медь. Из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления медь - один из первых металлов, широко освоенных человеком. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом - бронзы, так же существует ряд других сплавов меди: латунь - сплав меди с цинком, мельхиор - сплав меди и никеля, и т.д.

Медь встречается в природе, как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3 (CO3) 2 (OH) 2, малахит Cu2CO3 (OH) 2. Иногда медь встречается в самородном виде.

Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах медистые песчаники и сланцы. Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,4 до 1,0%.

В соединениях медь бывает двух степеней окисления: менее стабильную степень Cu+ и намного более стабильную Cu2+, которая дает соли синего и сине-зеленого цвета. В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Последняя встречается в солях купраборанового аниона Cu (B11H11) 23-, полученных в 1994 году.

Медный купорос

Карбонат меди (II) имеет зеленую окраску, что является причиной позеленения элементов зданий, памятников и изделий из меди. Сульфат меди (II) при гидратации дает синие кристаллы медного купороса CuSO4∙5H2O, используется как фунгицид. Также существует нестабильный сульфат меди (I) Существует два стабильных оксида меди - оксид меди (I) Cu2O и оксид меди (II) CuO. Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди (YBa2Cu3O7-δ), который является основой для получения сверхпроводников. Хлорид меди (I) - бесцветные кристаллы (в массе белый порошок) плотностью 4,11 г/см³. В сухом состоянии устойчив. В присутствии влаги легко окисляется кислородом воздуха, приобретая сине-зеленую окраску. Может быть синтезирован восстановлением хлорида меди (II) сульфитом натрия в водном растворе.

Многие соединения меди (I) имеют белую окраску либо бесцветны. Это объясняется тем, что в ионе меди (I) все пять Зd-орбиталей заполнены парами электронов. Однако оксид Cu2O имеет красновато-коричневую окраску. Ионы меди (I) в водном растворе неустойчивы и легко подвергаются диспропорционированию:

2Cu+ (водн) → Cu2+ (водн) + Cu (тв)

В то же время медь (I) встречается в форме соединений, которые не растворяются в воде, либо в составе комплексов. Например, дихлорокупрат (I) - ион [CuCl2] - устойчив. Его можно получить, добавляя концентрированную соляную кислоту к хлориду меди (I):

CuCl (тв) + Cl- (водн) → [CuCl] - (водн)

Хлорид меди (I) - белое нерастворимое твердое вещество. Как и другие галогениды меди (I), он имеет ковалентный характер и более устойчив, чем галогенид меди (II). Хлорид меди (I) можно получить при сильном нагревании хлорида меди (II):

CuCl2 (тв) → 2CuCl (тв) + Cl2 (г)

Другой способ его получения заключается в кипячении смеси хлорида меди (II) с медью в концентрированной соляной кислоте. В этом случае сначала образуется промежуточное соединение - комплексный дихлорокупрат (I) - ион [CuCl2] -. При выливании раствора, содержащего этот ион, в воду происходит осаждение хлорида меди (I). Хлорид меди (I) реагирует с концентрированным раствором аммиака, образуя комплекс диамминмеди (I) [Cu (NH3) 2] +. Этот комплекс не имеет окраски в отсутствие кислорода, но в результате реакции с кислородом превращается в синее соединение.

Традиционно количественное выделение меди из слабокислых растворов проводилось с помощью сероводорода.

В растворах, при отсутствии мешающих ионов медь может быть определена комплексонометрически или потенциометрически, ионометрически.

Микроколичества меди в растворах определяют кинетическими методами.

Из-за низкого удельного сопротивления (уступает лишь серебру), в современности медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов и силовых трансформаторов.

Другое полезное качество меди - высокая теплопроводность. Это позволяет применять ее в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления.

В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широкораспространенными из которых являются бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, куда помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. Например, в состав так называемого "пушечного металла", который в XVI - XVIII вв. действительно использовался для изготовления артиллерийских орудий, входят все три основных металла - медь, олово, цинк. Рецептура менялась от времени и места изготовления орудия. В наше время находит применение в военном деле в кумулятивных боеприпасах благодаря высокой пластичности, большое количество латуни идет на изготовление оружейных гильз.

Медноникелевые сплавы используются для чеканки разменной монеты, а так же широко используются в современном судостроении и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за образцовой коррозионной устойчивости.

В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям.

Сплав меди с оловом - бронзу, предположительно, получили впервые в III тысячелетии до н.э. на Ближнем Востоке. Бронза привлекала людей прочностью и возможностью применения техники литья, что делало ее пригодной для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопах. Медь добывали из малахитовой руды, без применения предварительного обжига и из сульфидной руды, с его применением. Для этого смесь руды и угля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийся угарный газ восстанавливал малахит до свободной меди:

2CO + (CuOH) 2CO2 (t°) → 3CO2 + 2Cu + H2O.

Достоверно известно, что добыча и выплавка меди были налажены еще в Древнем Египте, во времена фараона Рамзеса II (1300 - 1200 гг. до н. э). Древние египтяне нагнетали воздух в плавильные печи с помощью мехов, а древесный уголь получали из акации и финиковой пальмы

Сейчас известно более 170 минералов, содержащих медь, но из них только 14 - 15 имеют промышленное значение. Это - халькопирит (он же медный колчедан), малахит, встречается и самородная медь. В медных рудах часто в качестве примесей встречаются молибден, никель, свинец, кобальт, реже - золото, серебро.

Любопытные сведения о знании древних в области металлургии, приводит Игорь Царев, в своей книге "Эзотерические знания, откуда они?": "Атланты знали какую-то загадочную "горную медь" - орихалк. Он занимал по ценности второе место в атлантском обществе, будучи дешевле лишь золота. По мнению Шпанут, это был янтарь. Однако янтарь вовсе не металл, кроме того, для янтаря у греков было специальное название "электрон".А.Г. Галанопулос и Э. Бэкон считают, что это особый сплав меди, вероятнее всего латунь. Но в предании говорится о самородном орихалке. В ответ на это они утверждают, что это была желтая медь. Но ведь медь была великолепно известна египтянам и грекам. Правда, путаница могла возникнуть при записи предания самими египтянами, ведь записано предание могло быть очень давно, в самом начале медного века в Египте. Однако, орихалк - слово греческое. Солон, вероятно, перевел какое-то египетское наименование. А уж он-то и с медью и с другими самородными металлами явно был знаком, ведь добыча самородных металлов обычно предшествует изготовлению сплавов, например бронзы, или туднообрабатываемых материалов, например, железа.

Слово "орихалк" (или орейхалк) в переводе обозначает "горная медь". Однако, древние греки словом "халка" обозначали вообще металл, так что, смысл слова "орихалк" может быть и другой - "горный металл", "горная руда". Как говорится в диалоге, орихалк во времена Платона уже не добывался, и был известен только по названию.

Орихалк не выдуман Платоном. О металле такого наименования зиял еще Гомер, упоминая о нем в гимне Афродите. Знал о нем и Гесиод. Псевдо-Аристотель (неизвестный автор, писавший "под Аристотеля", и живший, предположительно, в 4 - 3 вв. до н. э) говорит об орихалке или горной меди, как о блестящем металле, получаемом плавлением меди с добавлением какой-то земли, находимой на берегах Черного моря. Эта земля называлась "калмиа" - слово, которым впоследствии стали называть окись цинка.

Об орихалке упоминают многие античные авторы, в один голос, называя его каким-то медным сплавом. Отпадает, видимо, и вариант отождествления орихалка со сплавом золота и серебра - электреумом, (3 части золота и 1часть серебра), который, однако, не содержит меди, кроме того, он гораздо светлее орихалва, и имеет белый или слабо-желтоватый цвет.

Итак, орихалк, вероятнее всего, медный сплав, но, однако же, не оловянистая бронза. Есть гипотеза, что орихалк - это берилловая бронза, однако расчеты показывают, что для ее изготовления требуются весьма высокие температуры, недостижимые сжиганием угля (даже с применением дутья), а также наличие вакуума. Всего этого в те времена быть, конечно, не могло. Точно также недоступна была в древности и фосфористая бронза, вещество, отождествляемое с орихалком исследователями Брайонтом и Сайксом.В. Брюсов в книге "Учители учителей" выдвигал еще одну, полуфантастическую гипотезу. Он считал орихалк алюминиевой бронзой. Однако алюминий - металл, который нереально получить без помощи электролиза. Даже, в прошлом веке он был дороже золота! Основания не отвергать гипотезу Брюсова категорически появилось только сейчас. В Китае есть гробница известного полководца Чжау-Чжу (265-316 г. н. э). Ученых поразил химический состав деталей орнамента захоронения: орнамент состоял из сплава, 10% которого составляла медь, 5% магнезий и 85% алюминий!"

В древней металлургии использовалась медь, получаемая восстановительной плавкой ее руд - минералов, первоначально из окисленных, например малахита СuСОз. Сu (ОН) 2. Окисленные руды не требовали предварительного обжига по сравнению с сульфидными рудами, обжиг которых был необходим для удаления химически связанной серы.

При достаточном доступе кислорода в печи в смеси малахита с углем последний сгорает, образуя окись углерода, которая, вступая в реакцию с малахитом, восстанавливает химически связанную медь до металла (CO + СuСОз = 2СОз + Сu). Однако при избытке кислорода окись углерода окисляется до двуокиси, и восстановление меди из природного карбоната при этом не достигается.

Выдвигалось немало гипотез относительно открытия возможности получения меди путем восстановительной плавки ее руд. Некоторые ученые считают, что первым металлургическим горном явился лагерный костер. Однако чтобы восстановить руду до металлической меди, необходимы, по крайней мере, два условия: первое - температура должна быть достаточно высокой, чтобы произошло восстановление без принудительного дутья; второе - руда должна быть перемешана и покрыта углем или древесным топливом так, чтобы она находилась в восстановительной зоне пламени. Иначе восстановление до металлической меди не произойдет.

Температура древесного огня лежит около 700˚С. Для восстановления же меди из карбонатной руды - малахита требуется температура не ниже 700 - 800˚С. Поэтому, лагерный костер мог служить для этих целей только в том, случае, если он дополнительно раздувался сильным ветром. В этом случае, температура нагрева получалась достаточной для восстановительного процесса.

Проведенные недавно опыты по плавке малахита на костре, подобном лагерному, показали, что хотя при этом температура для выплавки меди доходила до нужных показателей, восстановительная способность среды для получения металла оказалась все же недостаточной.

Малахит лишь кальцинировался, превращаясь в окись меди. Выяснилось, что для выплавки меди необходимо вести процесс в изоляции от избытка кислорода воздуха: в миниатюрном обжигательном горне или же в накрытом тигле. Таким образом, гипотеза открытия металлургии меди в результате случайного попадания кусков руды в лагерный костер не отвечает действительности.

Умение древних мастеров плавить медь в виде самородков до того, как они научились получать ее плавкой руд, указывает на то, что в те времена существовали печи, в которых достигалась температура не ниже +1084˚С. Древние печи для обжига керамики, в которых температура нагрева достигала +1100˚С, были обнаружены в Тепе-Гавра (Северная Месопотамия).

Там же, равно как и в Сузах (Иран), были найдены керамические сосуды, обжиг которых был проведен при температурах в пределах 1000 - 1200˚С. То же самое показали найденные в Египте сосуды, датированные додинастическим периодом (5000 - 3400 гг. до н. э). Обжиг их был проведен при температуре 1100 - 1200˚С.

Древние мастера поэтому могли получать медь восстановительной плавкой малахитовых руд. Плавку производили в печах примитивного типа, например глиняный тигель с рудой и углем помещался в неглубокую ямку с насыпанным поверх слоем древесного угля. В этих случаях, несомненно, могла быть достигнута температура, необходимая как для восстановительной плавки руды, так и для получения расплава меди, то есть, температура не ниже +1084˚С.

В опытных плавках, проведенных в наше время, в лабораторных условиях, когда восстановление меди достигалось при существенно более низкой температуре, не выше 700 - 800˚С, она получалась лишь в губчатой форме, непригодной для непосредственного использования; полученный продукт необходимо было подвергать дополнительному нагреву в отдельном тигле для плавки.

Отсутствие химико-аналитических данных о составе древнейших металлических изделий, не подвергавшихся химическому анализу, в частности из-за плохого состояния металла, не позволяет подтвердить, что они действительно изготовлены из самородной меди. К таким изделиям относятся в первую очередь мелкие изделия из меди, обнаруженные в древнейших памятниках эпохи раннего металла в Восточной Азии.

Самым древним свидетельством использования человеком металла служат находки в докерамическом неолитическом поселении на холме Чайоню-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 н.э. Это были проволочные булавки, четырехгранное шило, сверла, бусы и их "полуфабрикаты" из меди, а также непросветленные, но хорошо обработанные бусы. Кроме металлических бус, там же были найдены и малахитовые бусы. Было высказано предположение, что все металлические предметы изготовлены из самородной меди. Однако спектральный анализ шила показал содержание около 0,8% мышьяка, что вносит определенные сомнения о самородном происхождении меди. Остальные же предметы анализированы не были. Поселение Чайоню-Тепези расположено недалеко от богатого меднорудного месторождения в Анатолии - Эргани Маден, которое, вероятно, и являлось центром снабжения медью. Вопрос о том, какая же медь использовалась для изготовления предметов в Чайоню-Тепези, пока обсуждается.

На Ближнем Востоке, на территории Анатолии в начале VII тысячелетия до н.э. уже использовалась металлургическая медь. В горизонтах этого многослойного поселения, датированных 6400 - 5700 гг. до н.э., были найдены различные мелкие металлические украшения: медные, бусины, трубочки, колечки, а также бусины и привески из свинца. В развалинах же одного жилища, в горизонте, датированном 5900 - 5800 гг. до н.э., обнаружен шлак от плавки медной руды.

В связи с вопросами производства меди в конце V тысячелетия до н.э. значительный интерес представляет памятник Тали-Иблис на территории. Ирана, расположенный вблизи Машиза в центральной части Керманской горной цепи. Несколько южнее от него, около Бафта, находится месторождение медных руд, в котором обнаружены остатки древних рудных разработок в виде открытых ям, где добывали малахит и азурит.

В горизонте этого поселения, датированном по радиоуглероду 4091+/-74 гг. до н.э., было найдено небольшое число медных изделий и множество фрагментов тиглей с окисленными остатками застывшей плавленой меди. По-видимому, в Тали-Иблисе производилась пирометаллургическая выплавка меди, а самородную медь, возможно, там не плавили. Судя по большому количеству фрагментов тиглей, предполагается, что в конце V тысячелетия до н.э. в Тали-Иблисе выплавляли медь в количестве, превышающем местное потребление; излишек ее переправляли в Южную Месопотамию.

Одним из древнейших памятников ранней металлургии являются также находки в районе Тепе-Сиалк, близ г. Кашана, где в слоях, датированных в пределах 5100 - 4900 гг. до н.э., обнаружены шила, наконечник стрелы, медная булавка и другие металлические изделия небольшой величины. Включения закиси меди, найденные в микрошлифе одной из булавок, свидетельствуют о том, что металл был либо литым, либо булавка была откована вгорячую.

В Египте наиболее ранние из обнаруженных на сегодняшний день предметов из меди, относятся ко времени Бадарийского периода, т.е. к IV тысячелетию до н.э., хотя вблизи Каира был найден кусок медной руды, который, по всем данным, был обработан даже в V тысячелетии до н.э. и относится к меднорудному месторождению на Синайском полуострове. В погребениях бадарийского времени были найдены несколько бусин из свернутой узкой медной полоски и иглы для закрепления погребальных ковриков.

Медные изделия бадарийского времени в Египте изготовлены, по-видимому, не из самородной меди, а из меди, полученной восстановительной плавкой малахита. О применении же минерала малахита в Египте еще до начала использования самородного металла свидетельствуют обнаруженные там древнейшие малахитовые изделия. Кроме того, древнее население Египта использовало косметическую малахитовую пасту как краску для век; малахитом же окрашивали стены жилищ.

Изучение древних металлических предметов, найденных в других местах Древнего мира, показало, что они вообще по возрасту "моложе" памятники, в которых они обнаружены, не старше 6000 лет до н.э. В них также найдены изделия из меди. Например, в Телль Эс-Саван, в Северном Ираке (вблизи Багдада), в горизонтах, датированных 5600 - 5400 гг. до п. э., обнаружены бусы и небольшой нож из меди. А в Саммара, возраст которого 5000 лет до н.э., кроме медных бус, обнаружено также железное долото.

Бронза.

Бронза - обычно с оловом как основным легирующим элементом, но применяются и сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка и никеля. Название "бронза" происходит от итал. bronzo которое, в свою очередь, либо произошло от персидского слова "berenj", означающего "латунь", либо от названия города Бриндизи, из которого этот материал доставлялся в Рим.

В зависимости от легирования бронзы называют оловянными, алюминиевыми, кремневыми, бериллиевыми и т.д. Все бронзы принято делить на оловянные и безоловянные. Плотность бронзы в зависимости от марки составляет 7,5 - 8,8; температура плавления 930 - 1140°С.

Оловянные бронзы.

Наиболее раннее применение нашли оловянные бронзы. Олово на механические свойства меди влияет аналогично цинку: повышает прочность и пластичность. Сплавы меди с оловом обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами.

Оловянная бронза хорошо обрабатывается давлением и резанием. Она имеет очень малую усадку при литье: менее 1%, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5%, а стали - более 2%. Поэтому, несмотря на склонность к ликвации и сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литье. Оловянные бронзы знали и широко использовали в древности. Большинство античных изделий из бронзы содержат 75 - 90% меди и 25 - 10% олова, что делает их внешне похожими на золотые, однако они более тугоплавкие. Они не утратили своего значения и в настоящее время.

Оловянная бронза - непревзойденный литейный сплав. Оловянные бронзы легируют цинком, никелем и фосфором. Цинка добавляют до 10%, в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле. Оловянная бронза с добавлением цинка называется "адмиралтейской бронзой" и обладает повышенной короззионной стойкостью в морской воде. В старину из нее делались, например, астролябии и другие штурманские инструменты для мореплавания.

Безоловянные бронзы.

В силу высокой стоимости олова были найдены заменители оловянной бронзы. Они содержат олово в меньшем количестве по сравнению с ранее применявшимися бронзами или не содержат его совсем. В настоящее время существует ряд марок бронз, не содержащих олова. Это двойные или чаще многокомпонентные сплавы меди с алюминием, марганцем, железом, свинцом, никелем, бериллием и кремнием. Величина усадки при кристаллизации у всех этих бронз более высокая, чем у оловянных.

По некоторым свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянные. Алюминиевые, кремниевые и особенно бериллиевые бронзы - по механическим свойствам, алюминиевые - по коррозионной стойкости, кремнецинковые - по текучести. Кроме того, прочность алюминиевой и бериллиевой бронзы может быть увеличена при помощи термической обработки.

Также необходимо упомянуть сплавы меди и фосфора. Они не могут служить машиностроительным материалом, поэтому их нельзя отнести к бронзам. Однако они являются товаром на мировом рынке и предназначаются в качестве лигатуры при изготовлении многих марок фосфористых бронз, а также и для раскисления сплавов на медной основе.

История меди и бронзы.

Начало веку меди положило освоение людьми техники горячей ковки и литья. Печи и керамические формы для отливки дали возможность взяться за опыты с медью уже всерьез.

Согласно общепринятому мнению, произошло это на Ближнем Востоке примерно в IV тысячелетии до н. э, в Европе и Китае во II - III тысячелетии до н. э, а в Перу только в начале I тысячелетия до н.э.

Литье в высшей степени упрощало процесс изготовления орудия, когда была открыта возможность получения металлов из руды. Одновременно, было установлено, что, если в тигль, где плавится медь, подбросить немного олова, качество полученного материала решительно улучшится.

В начале II тысячелетия до н.э. уже повсеместно появляются изделия из бронзы. Приблизительно в эту же пору появились и первые железные изделия.

Из бронзы делали даже прямые длинные мечи. Причем, в Китае, где бронза стоила дешево, изготовление оружия из нее продолжалось даже во II веке нашей эры, - то есть уже в эпоху широкого распространения железных орудий. Бронзовый меч тогда, в принципе, получался легче и острее железного, хотя из-за меньшей, чем у стали, твердости рубящей кромки не годился для рубки железных доспехов и фехтования против железного меча. Это лишний раз доказывает нам, что, зачастую в вопросе о первостепенности цены и качества, первое играет более важную роль.

И позже бронза сохраняла некоторое значение, так как превосходила железо в технологичности, - если форму железному изделию можно было придавать только ковкой (поэтому даже старинные гвозди имели квадратное сечение), то бронзовые орудия можно было отливать, что существенно облегчало процесс их производства.

Вероятно, идея о том, что человечество, на протяжении всей своей истории долго и упорно мучалось, решая проблему, что же, в конце концов, выбрать: бронзу или железо, по меньшей мере, надумана, так как, здесь наблюдается тенденция, скорее, к чисто прагматическому подходу.

Основных определяющих факторов было три: наличие близко расположенного и максимально доступного сырья, скорость и простота изготовления необходимого предмета; а так же вопрос о том, нужно ли придавать конкретному изделию прочность и долговечность или оно должно быть временным, возможно, многофункциональным и пригодным к последующей переработке.

Изделие сложной формы, например, шлем, проще было именно отлить, чем выковать. Что же касалось прочности, то бронза однозначно была тверже железа и не такой хрупкой как сталь. Бронзовые доспехи, в том числе цельнолитые кирасы, вплоть до начала нашей эры употреблялись в Риме, шлемы же в Европе и в XIX веке делали из бронзы по преимуществу.

Дополнительным достоинством бронзы было ее удобство при массовом производстве. Так китайцы, например, уже в первом тысячелетии новой эры отливали из бронзы детали к арбалетным замкам, наконечники и ушки для арбалетных болтов и многое другое. Бронзовый наконечник, конечно, не обладал пробивной способностью железного, но каждый из железных надо было выковывать и закаливать персонально, а бронзовые отливались в специальным станке по 100 - 200 штук разом, причем обладали качеством для железных изделий в ту пору почти недостижимым - стандартностью.

Таким образом, мы видим, что по количеству найденных артефактов из железа и бронзы в каждом конкретном раскопе, совершенно неправильно делать вывод о том: могли ли жители этой местности и этого времени обрабатывать тот или иной металл или нет. Следовательно, это уже - аргумент против деления исторического периода на эпохи, по приоритету в металлах.

Кроме того, что, как уже упоминалось выше, преобладание в раскопах предметов из определенного вида металла говорит нам, по большей части, о доступности именно данного вида сырья для жителей этой местности.

Наличие в раскопах древних культурных слоев преимущественно не железных, а бронзовых изделий говорит нам лишь о том, что данная культуры была достаточно высокоразвитой, чтобы иметь массовое производство металлических изделий и нуждаться в нем. То есть, нет никакого противоречия в высоком уровне развития древних культур, традиционно относящихся к эпохе "бронзового" века и тем фактом, что представители этих культур мало использовали изделия из железа.

Если, изучаемая нами, культура характеризуется большим количеством бронзового оружия, то это означает не то, что она была недостаточно развитой, чтобы обеспечить себя более эффективным железным оружием, а то, что она была достаточно воинственной, чтобы нуждаться в снабжении своей армии большим количеством, пусть и не слишком качественного, но стандартного и дешевого оружия, которое способно давать массовое производство. Следовательно, в этой древней культуре такое массовое производство имелось, что напрямую указывает о ее высоком уровне развития.

Бронза имеет лишь одно существенное преимущество перед железом - сравнительно низкая температура плавления, что дает возможность производить отливку, без особых энергозатрат и высокотехнологичных плавильных печей, но не стоит забывать о том, что и в наш индустриальный век, мы всего около ста лет тому назад смогли достичь такого технологического уровня и обеспечить себя таким количеством энергоносителей, чтобы сталелитейная промышленность стала неотъемлемой частью производства.

С XV века бронза снова стала стратегическим материалом, так как оказалось, что она незаменима для изготовления пушек.

Существенным недостатком бронзы была, однако, ее дороговизна, вследствие которой, в период бронзового века, она не могла вытеснить из употребления каменных орудий и оружия. Ведь, необходимая для изготовления бронзы медь встречается несравненно реже железа, а олово было остродефицитным материалом еще в глубокой древности, - финикийцы плавали за ним в Англию.

Техника получения металла из руды дала людям доступ к новым ресурсам, но запасы руды тоже истощались. Сначала эксплуатировались только выходы рудных пластов на поверхность, - главным образом на склонах гор. Но жила уходила вглубь и, чтобы добраться до нее, скоро возникала необходимость строить глубокие колодцы. Рудокопам приходилось решать задачи по укреплению сводов деревом, освещению, подъему добытой руды на поверхность. В горном деле стали использоваться первые механизмы - журавли и вороты.

Ранние рудники колодезного типа возникли кое-где еще в эпоху неолита. Создавались и обслуживались они небольшими артелями земледельцев, работавших в них в свободное время. С возникновением государств появились и огромные (по тем временам, естественно) карьеры, разработки в которых осуществлялись силами тысяч рабов.

Но даже тысячи работников ни чего не могли сделать, когда жила уходила в землю на десятки метров. В I тысячелетии до н.э. в наиболее развитых государствах появились уже настоящие шахты, - со стволами, уровнями, вагонетками и водоподъемными механизмами.

Впрочем, строительство шахт не снимало проблему дефицита бронзы. Ведь, у народов, располагающих такими возможностями, соответственно, были и очень высокие потребности в металле. Удовлетворить их могло только в 15 раз более распространенное, чем медь, железо. Быстрое истощение доступных запасов меди и олова ускоряло переход к новому этапу металлургии.

Дефицит меди и олова в итоге приводил к тому, что бронзовая индустрия оказывалась характерна почти только для цивилизованных народов. Сырье, необходимое для получения бронзы в количестве достаточном для изготовления орудий труда и массового вооружения армии, можно было добыть только в рудниках, либо получить в результате обмена.

Производство бронзы на душу населения, согласно древнейшим источникам, в Вавилоне, например, составляло около 300 граммов в год! Учитывая тот факт, что в самом Междуречье ни олова, ни меди не было. В Египте же оно было порядка 50 граммов в год. Чтобы оценить масштабы данных показателей, напомним, что в России при Петре I за счет освоения уральских месторождений производство бронзы достигло 100 граммов в год на душу населения.

Медно-мышъяковые сплавы (мышьяковая бронза).

Новейшими исследованиями, с применением химического и количественного спектрального анализов, установлено, что многие древние медные и бронзовые предметы, найденные в различных регионах Старого света, изготовлены не из чистой меди, а из медно-мышьяковых сплавов.

Наиболее древняя выплавка мышьяковистой меди относится к середине V тысячелетия до и. э. Это доказали обнаруженные металлические предметы из V культурного слоя в древнем многослойном памятнике Тепс-Яхья, на юго-востоке Ирана. Это самая ранняя из существовавших в Древнем мире металлургия мышьяковистой меди на всем Ближнем Востоке.

В остальных регионах Ближнего Востока орудия труда, оружие и украшения, изготовленные из медно-мышьяковых сплавов, появляются позднее, например, в Анатолии, по данным анализа одного шила из Чайоню-Тепези, с VII тысячелетия до н.э.

Предметы, изготовленные из медно-мышьяковых сплавов, найдены также в Германии, Испании, Португалии в памятниках начиная с III тысячелетия до н.э. В тех областях, где не было месторождений оловянных руд, мышьяковистую медь продолжали производить в большом количестве до начала I тысячелетия до н.э. Но среди древнейших предметов, найденных в Юго-Восточной Азии, пока нет ни одного предмета, который был бы изготовлен из медно-мышьяковых сплавов.

Мышьяк в медных сплавах улучшал их физико-механические свойства. Присутствие в меди 0,5% мышьяка улучшает ее ковкость в холодном состоянии, дает возможность получить более плотные отливки, а также увеличивает жидкотекучесть сплава. Таким образом, присутствие мышьяка в меди облегчало получение плотных отливок в рельефных литейных формах; без присадок мышьяка или же других легирующих элементов это представлялось сложной задачей.

Кроме того, по сравнению с чистой медью, плавящейся при температуре +1083˚С, медь, легированная мышьяком, плавится при более низкой температуре, зависящей от содержания мышьяка в сплаве. То же самое относится и к твердости мышьяковистой меди, которая в результате наклепа резко повышается. Предметы из мышьяковой бронзы легко поддаются холодной ковке и по твердости мало уступают оловянистой бронзе.

Медно-никелевые сплавы.

Большое содержание никеля в некоторых шумерских предметах из медных сплавов впервые привлекло внимание при исследовании этих предметов специальным комитетом, организованным Британской ассоциацией развития науки.

Полагали, что присутствие никеля позволит установить происхождение меди, использовавшейся шумерами, поскольку считалось, что примесь никеля в медных рудах необычна. Вскоре в меднорудном месторождении в Омане на Аравийском полуострове были найдены руды, соотношение меди и никеля в которых составляло 19: