iCNC > Материалы > Железо – его история и виды

Железо – его история и виды

11.07.2015

9883160-640x480

Желе­зо – это один из наи­бо­лее рас­про­стра­нен­ных эле­мен­тов на нашей пла­не­те. Дока­за­тель­ством тому слу­жит инфор­ма­ция, что зем­ная кора содер­жит в сво­ем соста­ве более 5% желе­за. Несмот­ря на это, толь­ко соро­ко­вая часть запа­сов это­го метал­ла доступ­на для раз­ра­бот­ки. К основ­ным руд­ным мине­ра­лам желе­за отно­сят­ся маг­не­тит, гема­тит, бурый желез­няк, а так­же сиде­рит. По мне­нию мно­гих уче­ных сло­во желе­зо про­изо­шло от сан­скрит­ско­го сло­ва «джаль­жа», обо­зна­ча­ю­щее металл или руду. Дру­гая кате­го­рия уче­ных склон­на к мне­нию, что этот тер­мин появил­ся от дру­го­го сан­скрит­ско­го сло­ва «жель», кото­рое обо­зна­ча­ет «бле­стеть» или же «пылать».

Немно­го о метео­рит­ном желе­зе

Пер­вое желе­зо, кото­рое ста­ло доступ­но чело­ве­че­ству име­ло кос­ми­че­ские кор­ни, а не зем­ные. Желе­зо в боль­ших коли­че­ствах при­сут­ству­ет в метео­ри­тах, кото­рые пада­ют на Зем­лю. Имен­но из-за это­го шуме­ры ста­ли назы­вать его «небес­ной медью» и «небес­ным кам­нем». В эпо­ху пер­вых ста­рин­ных дина­стий УР на тер­ри­то­рии Месо­по­та­мии желе­зо было при­ня­то назы­вать ан-бар, то есть в пере­во­де это озна­ча­ет «небес­ное желе­зо». Древ­ние егип­тяне посто­ян­но изоб­ра­жа­ли все изде­лия из желе­за синим цве­том – цве­том неба. Неко­то­рые древ­ние пле­ме­на вери­ли, что желе­зо изго­тав­ли­ва­ют ино­пла­не­тяне.

Один из самых круп­ных метео­ри­тов был обна­ру­жен иссле­до­ва­те­ля­ми в 1920-ом году на тер­ри­то­рии юго-запад­ной части Афри­ки, кото­рый назва­ли «Гоба». Его вес соста­вил 60 тонн. О том, что древ­ние пле­ме­на поль­зо­ва­лись исклю­чи­тель­но кос­ми­че­ским желе­зом сви­де­тель­ству­ют мно­го­чис­лен­ные древ­ние мифы, в кото­рых гово­рит­ся о богах, сбро­сив­ших людям все­воз­мож­ные метал­ли­че­ские ору­дия, то есть топо­ры, плу­ги и мно­гие дру­гие инстру­мен­ты. Дело в том, что метео­рит­ное желе­зо отлич­но под­да­ет­ся ков­ке в холод­ном состо­я­нии. Имен­но поэто­му люди нача­ли изго­тав­ли­вать из него все­воз­мож­ные инстру­мен­ты, облег­ча­ю­щие быт. Древ­ние куз­ни­цы про­из­во­ди­ли обра­бот­ку желе­за так же, как и обра­ба­ты­ва­ли медь. В про­цес­се обра­бот­ки при помо­щи холод­ной ков­ки желе­зо лег­ко при­ни­ма­ло нуж­ную фор­му и при этом ста­но­ви­лось замет­но проч­нее. Если нуж­но было пере­де­лать изде­лие, то куз­не­цы при­ме­ня­ли отжиг в огне, что сно­ва дела­ло металл подат­ли­вым и мяг­ким.

«Сыро­дут­ное» желе­зо

d3d3LmFydGVsLWFtdXIucnUvaW1hZ2VzL25ldy9zYW1vcm9kb2suanBnP19faWQ9MTI2Mjk=

По окон­ча­нии брон­зо­во­го века желе­зо ста­ли исполь­зо­вать прак­ти­че­ски повсе­мест­но, при этом спо­соб его добы­чи из желез­ной руды оста­вал­ся оди­на­ко­вым на про­тя­же­нии трех тыся­че­ле­тий, пока на тер­ри­то­рии Евро­пы в 8-ом веке не была изоб­ре­те­на домен­ная печь. Желе­зо, кото­рое полу­ча­ли с ее помо­щью, назы­ва­ли «сыро­дут­ным», из-за того, что сырую луго­вую и болот­ную руду закла­ды­ва­ли пря­мо в печь, кото­рая пред­ва­ри­тель­но обма­зы­ва­лась белой гли­ной. Во вре­мя обра­бот­ки руды окись желе­за пре­вра­ща­лась в металл, а пустая поро­да попро­сту сте­ка­ла вниз печи. На самом дне соби­ра­лись зер­на желе­за, кото­рые сли­па­лись и обра­зо­вы­ва­ли «кри­цу», то есть рых­лую мас­су, силь­но про­пи­тан­ную шла­ка­ми. Когда кри­ца рас­ка­ля­лась до бело­го цве­та, ее выни­ма­ли и неза­мед­ли­тель­но про­ко­вы­ва­ли, что дава­ло воз­мож­ность выжать шлак, после чего ее сва­ри­ва­ли в моно­лит­ные кусок чисто­го желе­за в фор­ме лепеш­ки.

Крич­ное желе­зо пред­став­ля­ло собой обыч­ный сплав с угле­ро­дом, одна­ко его про­цент­ное содер­жа­ние не пре­вы­ша­ло и сотой доли. В насто­я­щее вре­мя назва­ние желе­зо­уг­ле­ро­ди­сто­го спла­ва может зави­сеть в первую оче­редь от про­цент­но­го соот­но­ше­ния угле­ро­да и метал­ла: если в желе­зе при­сут­ству­ет 2% угле­ро­да, то оно име­ну­ет­ся ста­лью. При­ме­ча­тель­но, если в спла­ве будет при­сут­ство­вать менее 0.25% угле­ро­да, то такой сплав будет назы­вать­ся мяг­кой ста­лью. Соглас­но ста­рой фор­му­ли­ров­ке имен­но такой сплав было при­ня­то назы­вать желе­зом. Если про­цент­ное содер­жа­ние угле­ро­да в спла­ве пре­вы­ша­ет отмет­ку в 2%, то этот металл име­ну­ет­ся чугу­ном.

Загад­ка древ­ней колон­ны

В Дели рас­по­ло­же­на извест­ней­шая Кутуб­ская колон­на, вес кото­рой состав­ля­ет более 6.5 тонн, а высо­та 7.5 мет­ров, при этом диа­метр колон­ны состав­ля­ет 42 сан­ти­мет­ра. Изго­тов­ле­на оно была прак­ти­че­ски из чисто­го желе­за, а имен­но 99.72%, что и объ­яс­ня­ет ее дол­го­ле­тие. Уди­ви­тель­но, но даже в насто­я­щее вре­мя на ней не обна­ру­жи­ли ни еди­но­го сле­да ржав­чи­ны. Из исто­рии извест­но, что эта колон­на была воз­двиг­ну­та еще в 425 году в чести царя Чанд­ра­гуп­ты II. Ста­рин­ная леген­да гла­сит, что тот чело­век, кото­рый при­сло­нит­ся спи­ной к колонне и обхва­тит ее рука­ми, сбу­дет­ся самое завет­ное жела­ние. Как уда­лось метал­лур­гам того вре­ме­ни изго­то­вить такую вели­че­ствен­ную коло­ну, кото­рую не спо­соб­но раз­ру­шить даже вре­мя? Во все вре­ме­на Индия сла­ви­лась сво­и­ми метал­лур­га­ми. В ригве­дах – свя­щен­ных кни­гах Древ­ней Индии гово­рит­ся о пер­вых выплав­ках из желе­за. Сто­ит отме­тить, что эти писа­ния дати­ру­ют­ся 8-ым веком до нашей эры. Из это­го сле­ду­ет, что на момент созда­ния колон­ны индий­ские метал­лур­ги име­ли дело с желе­зом и раз­ви­ва­ли свое ремес­ло как мини­мум пол­то­ры тыся­чи лет. Еще в те года желе­зо ста­ли исполь­зо­вать для изго­тов­ле­ния пер­вых плу­гов. Что каса­тель­но спо­со­ба изго­тов­ле­ния этой колон­ны, то в насто­я­щее вре­мя еще не выдви­ну­то ни еди­но­го пред­по­ло­же­ния, кото­рое мож­но было бы обос­но­вать.

Неко­то­рые экс­пер­ты пола­га­ют, что эта колон­на созда­ва­лась из неболь­ших частиц, вес кото­рых не пре­вы­шал 36-ти кило­грамм, кото­рые сва­ри­ва­лись меж­ду собой, после чего под­вер­га­лись ков­ке. Дру­гие спе­ци­а­ли­сты убеж­де­ны, что древ­ние метал­лур­ги с целью полу­че­ния чисто­го желе­за рас­ти­ра­ли губ­ку сва­роч­но­го желе­за в мел­кий поро­шок, после чего под­вер­га­ли его тща­тель­но­му про­се­и­ва­нию. После это­го поро­шок нагре­ва­ли до высо­кой тем­пе­ра­ту­ры, а после того как желе­зо крас­не­ло, его ско­вы­ва­ли в еди­ное целое. В насто­я­щее вре­мя дан­ный метод актив­но исполь­зу­ет­ся метал­лур­га­ми и назы­ва­ет­ся мето­дом порош­ко­вой метал­лур­гии.

Непре­взой­ден­ный в литье

При домен­ном мето­де обра­бот­ки желе­за мож­но полу­чить толь­ко три вида чугу­на:

  • Литей­ный чугун;
  • Пере­дель­ный чугун;
  • Спе­ци­аль­ный чугун или фер­ро­сплав.

При­ме­ча­тель­но, что толь­ко литье из серо­го литей­но­го чугу­на пре­вос­ход­но рабо­та­ет на сжа­тие, одна­ко при этом оно очень сла­бое на изгиб и очень пло­хо рас­тя­ги­ва­ет­ся. На эти свой­ства спла­ва сто­ит обра­щать осо­бен­ное вни­ма­ние при про­ек­ти­ро­ва­нии худо­же­ствен­ных изде­лий, кото­рые пред­на­зна­че­ны для даль­ней­шей отлив­ки. Серый чугун изве­стен высо­чай­шей стой­ко­стью к кор­ро­зии, поэто­му неред­ко его исполь­зу­ют для про­из­вод­ства изде­лий экс­те­рьер­но­го типа, напри­мер, деко­ра­тив­ных скульп­тур, ваз и укра­ше­ний фон­та­нов. Кро­ме это­го дан­ный сплав отли­ча­ет­ся очень высо­кой дол­го­веч­но­стью и проч­но­стью на сти­ра­ние, что при­ве­ло к широ­ко­му его при­ме­не­нию в изго­тов­ле­нии лест­ниц и ограж­де­ний. Более того, пре­дель­но высо­кие литей­ные харак­те­ри­сти­ки поз­во­ля­ют из это­го спла­ва отли­ва­ют тон­чай­шие ажур­ные пред­ме­ты, име­ю­щие кра­си­вый чер­но-корич­не­вый отте­нок. Из чугу­на в насто­я­щее вре­мя неред­ко изго­тав­ли­ва­ют кра­си­вей­шие быто­вые пред­ме­ты, напри­мер, пепель­ни­цы, руч­ки для две­рей и даже цепоч­ки для доро­го­сто­я­щих часов.

Сталь явля­ет­ся одним из самых рас­про­стра­нен­ных желе­зо­уг­ле­ро­ди­стых спла­вов. Еще в дав­ние вре­ме­на куз­не­цы уме­ли полу­чать из желез­ной руды не толь­ко мяг­кое желе­зо, но и высо­ко­уг­ле­ро­ди­стую сталь, отли­ча­ю­щу­ю­ся высо­кой проч­но­стью. Во вре­ме­на Древ­ней Руси такая сталь при­ме­ня­лась для про­из­вод­ства слож­ных клин­ков и мечей. Тех­но­ло­гия изго­тов­ле­ния тако­го ору­жия была неве­ро­ят­но слож­ной и в то же вре­мя очень тру­до­ем­кой. Ведь неспро­ста куз­не­цы того вре­ме­ни почи­та­лись как осо­бое при­ви­ле­ги­ро­ван­ное сосло­вие. Во вре­ме­на ран­ней язы­че­ской эпо­хи их счи­та­ли одни­ми из самых могу­чих и муд­рых людей, посколь­ку сам Бог Перун был ихним покро­ви­те­лем и совет­чи­ком. Из исто­рии извест­но, что в древ­них пись­ме­нах сталь име­но­ва­ли Оле­лом, Харо­лу­гом и Укла­дом. Про­дол­жая тему об исто­рии ста­ли про­сто невоз­мож­но сно­ва не упо­мя­нуть Индию. Запи­си одно­го араб­ско­го гео­гра­фа 7-го века сви­де­тель­ству­ют о том, что куз­не­цы Индии уже тогда сла­ви­лись про­из­вод­ством ста­ли и желе­за высо­чай­ше­го каче­ства. При­ме­ча­тель­но, что имен­но эта сталь в даль­ней­шем исполь­зо­ва­лась в каче­стве сырья куз­не­ца­ми Пер­сии для полу­че­ния из нее раз­ных сор­тов була­та. Спу­стя неко­то­рое вре­мя этот сплав ста­ли исполь­зо­вать даже егип­тяне для изго­тов­ле­ния клин­ков и сабель. Из это­го сле­ду­ет, что роди­ной широ­ко извест­ной дамас­ской ста­ли явля­ет­ся никак не Дамаск, а имен­но Индия.

В пре­де­лах Ближ­не­го Восто­ка и Китая желе­зо было извест­но еще за 2500 лет о нашей эры, а на тер­ри­то­рии Егип­та оно появи­лось и того рань­ше. Что каса­тель­но Цен­траль­ной Евро­пы, то там желез­ный век при­хо­дит­ся на 1000 – 450-ые года до нашей эры. Дан­ную эпо­ху исто­ри­ки име­ну­ют голь­штатт­ской в честь назва­ния неболь­шо­го горо­да в Австрии, где архео­ло­ги смог­ли отыс­кать мно­же­ство древ­них метал­ли­че­ских пред­ме­тов.

При­ме­ча­тель­но, что одни­ми из пер­вых полу­чать желе­зо ста­ли халиб­ры – леген­дар­ный народ, про­жи­вав­ший на тер­ри­то­рии Закав­ка­зья поряд­ка полу­то­ра тысяч лет до нашей эры. В сыро­дут­ных гор­нах вос­ста­нов­ле­ние желез­ной руды про­из­во­ди­ли при помо­щи дре­вес­но­го угля, что дава­ло воз­мож­ность в конеч­ном ито­ге полу­чить ков­кое желе­зо, кото­рое еще назы­ва­ли крич­ным. Обра­ти­те вни­ма­ние, что в дав­ние вре­ме­на неко­то­рые наро­ды цени­ли желе­зо гораз­до выше золо­та. Лишь неко­то­рые пред­ста­ви­те­ли зна­ти име­ли воз­мож­ность поку­пать укра­ше­ния из это­го метал­ла, при этом зача­стую эти укра­ше­ния были оформ­ле­ны в золо­той опра­ве. Извест­но, что на тер­ри­то­рии Древ­не­го Рима мест­ные метал­лур­ги изго­тав­ли­ва­ли из желе­за даже обру­чаль­ные коль­ца. Сто­ит отме­тить, что до наше­го вре­ме­ни дошли ста­рин­ные доку­мен­ты, где один из еги­пет­ских фара­о­нов напи­сал пред­ло­же­ние царю хет­тов об обмене любо­го коли­че­ства золо­та на желе­зо. В одной из еги­пет­ских гроб­ниц архео­ло­ги нашли уни­каль­ные бусы, в кото­рых соче­та­лось желе­зо и золо­то.

Нет ниче­го необыч­но­го в том, что каж­дый из метал­лов извест­ных в насто­я­щее вре­мя, при теп­ло­вой или любой дру­гой обра­бот­ке может кар­ди­наль­но менять свой цвет. Палит­ра каж­до­го метал­ла может зави­сеть толь­ко от сте­пе­ни его нагре­ва, а так­же от мето­да его обра­бот­ки. Нема­ло­важ­ное вли­я­ние на изме­не­ние цве­та ока­зы­ва­ет и хими­че­ский состав того или ино­го спла­ва. Несмот­ря на это, про­сто невоз­мож­но пред­ста­вить голу­бое сереб­ро или же крас­ное золо­то. Что каса­тель­но желе­за и ста­ли, то эти метал­лы име­ют бога­тей­шую цве­то­вую палит­ру. В холод­ном состо­я­нии спла­вы могут при­ни­мать серый, чер­ный и прак­ти­че­ски белый окрас. При­ме­ча­тель­но, что желе­зо явля­ет­ся един­ствен­ным метал­лом, кото­рый спо­со­бен сам себя укра­шать ори­ги­наль­ны­ми орна­мен­та­ми, кото­рые про­сту­па­ют слов­но изнут­ри метал­ла. Вари­ан­ты дан­но­го фак­тур­но­го орна­мен­та не зна­ют гра­ниц, при этом их нель­зя клас­си­фи­ци­ро­вать в соот­вет­ствии с обще­из­вест­ны­ми сего­дня орна­мен­та­ми, посколь­ку каж­дый раз рису­нок рож­да­ет­ся по воле само­го метал­ла.