Послушный металл

Кузнецов Е.В.

Металлургия, 1988 г.

ОТ БРОНЗОВОЙ ЭПОХИ ДО ВЕКА ПАРА

Начиная наш рассказ о металлообработке, обратимся прежде всего к истории ее возникновения и развития. И сделаем это не из стремления расставить все в хронологическом порядке. История любой области человеческой деятельности, в том числе и история техники,, помогает нам глубже понять ее значение на современном этапе развития цивилизации. Для пытливого ума накопленные человечеством знания — это источник научных идей и новых технических решений. Ведь прошлое живет Э настоящем и прокладывает дорогу будущему.

Под покровительством Гефеста

Представьте себе первое знакомство нашего далекого пращура с металлом. К тому времени важнейшим материалом в руках человека был камень, из него делали инструменты (рубила, скребки, топоры, молотки, даже сверла и пилы), оружие (наконечники КОПИЙи стрел), различные предметы быта. Камень позволял добывать огонь, помогал обрабатывать землю. Конечно, далеко не всякий камень годился в дело. Вот кремень обладал многими необходимыми свойствами — высокой твердостью, способностью к обработке (он хорошо скалывался, образуя острые режущие кромки).

И вот однажды в поисках подходящего камня, а иногда для этого приходилось копать глубокие ямы, человек обнаружил самородок меди. Почему именно меди? Дело» в том, что в самородном состоянии в земле встречаются только три металла: золото, серебро и медь. Первые два металла найти значительно труднее, чем третий, весьма распространенный в земной коре. Заметим, к слову, что* сейчас по объему мирового производства металлов медь занимает третье место, уступая только железу и алюминию. Итак, обнаружив самородок меди, наш предок принял его за новый вид камня и решил испытать, на что ой годится. С помощью своего привычного инструмента для первичной обработка камня (колотуши) он попытался отколоть от своей находки кусочек. Но не тут-то было, новый камень не поддавался обработке. Тогда на помощь был призван тяжелый булыжник, эффект оказался совершенно неожиданным — на новом камне появились вмятины, раскалываться же он и не собирался.

А возможно, что знакомство с металлом произошла при других обстоятельствах. Случайно разведя костер на? месте выхода легкоплавкой медной руды, человек обнаружил в груде остывшего пепла загадочный предмет— слиток меди и подверг его приведенному выше испытанию. Не исключено, что оба эти события (знакомство с самородным и выплавленным металлом) относятся к одному историческому периоду времени.

Так человек познал металл и его самое удивительное свойство — способность под воздействием внешней силы; изменять форму без разрушения. Это свойствостали называть ковкостью, пластичностью.

Хотя медь была не такой твердой, как кремень, зато она сравнительно легко обрабатывалась. Да и срок службы медных изделий был больше, чем каменных,  ведь затупившееся орудие из меди можно было опять и опять заточить. Было также замечено, что под ударами каменного молота медь становилась более твердой и более пригодной для изготовления различных орудий. Это было второе ценное свойство металла, с которым познакомился человек: способность увеличивать свои прочностныесвойства под воздействием   обрабатывающего инструмента. Названо этоявление было наклепом, упрочнением.

Древний мастер — кузнец, используя простой инструмент—каменный молот и наковальню, которой "служил массивный и прочный камень с плоской поверхностью, изготавливал из найденных самородков меди свои нехитрые орудия, с помощью которых он вместе со своими соплеменниками добывал пищу, выделывал шкуры животных, строил жилища. Это были те самые орудия, которые недавно человек делал из камня, однако изделия из меди имели более совершенную форму, были более удобны в обращении и значительно увеличивали производительность труда.

Так камень  стал постепенно вытесняться металлом, каменный век уступал место веку медному. Это было около 10 тысяч лет тому назад. Можно считать, что тогда-то и зародился самый первый способобработки металла— ковка. Таким образом, весьма вероятно, что, еще не научившись выплавлять металл из руд, человек уже умел его обрабатывать. Только через несколько тысячелетий возникла металлургия, в Анатолии и Двуречьи — районах древнейших цивилизаций — начали выплавлять металл. Первым полученным из руды металлом была медь. Научившись сплавлять медь с оловом, человек получил более прочный металл — бронзу, которая со Временем стала основным материалом для изготовления большинства орудий труда. До наших дней дошло немало искусно выполненных древними мастерами изделий из бронзы и меди.

Надо отметить, что бронза и в «своем» бронзовом веке была дорогим материалом. Выплавка меди велась трудоемким и малопроизводительным способом в примитивных печах — горнах, не обеспечивавших высокой температуры, необходимой для полного про плавления руды. Нужное для получения бронзыолово было довольно редким и дорогим металлом. Поэтому бронзовые орудия были доступны далеко не всем, бронзе оказалось не под силу полностью вытеснить камень. Конечно, это не могло не тормозить развитие цивилизации. Необходим был Новый материал — прочный, хорошо поддающийся обработке и достаточно дешевый.

Таким материаломстало железо. Однако прошло немало времени, пока железо нашло широкое применение, стало главным материалом и дало назвони с следующему периоду в развитии человеческого общества — железному веку. железо почти  не встречается в самородном состоянии, его можно извлечь только из железной руды, нагрев ее до высокой температуры, значительно превышающей ту, которая нужна для выплавки меди. Трудно сказать, с чего началась металлургия железа, известно только то, что первое полученное человеком железо ценилось дороже золота и могло идти только на украшения. железо привлекало своими замечательными свойствами — прочностью и очень хорошей обрабатываемостью. Это заставляло искать более производительные и дешевые способы его получения.

В странах Древнего Востока, а затем в античных государствах железо получали сыродутным методом. Этот метод, применявшийся вплоть до XVI века, заключался в следующем. Размельченную железную руду, которая представляет собой химическое соединение железа с кислородом, смешивали в нагревательном устройстве (горне) с древесным углем. Тепло, даваемое горящим углем, вызывало реакцию восстановления железа — углерод угля «отнимал» у руды кислород, образуя углекислый газ. В горне оставалось освободившееся от кислорода железо, которое имело вид губчатой массы — крицы» с внедрившимися в нее частицами шлака.

Чтобы получить из крицы хорошее железо, ее нагревали и тщательно проковывали. Под ударами тяжелых кувалд крица уплотнялась, из нее выдавливались все чужеродные частицы—шлак, кусочки обгоревшей глины от стенок горна. крица уменьшалась в размерах, ее снова и снова нагревали и проковывали. Наконец, когда металл приобретал гладкую поверхность, ему придавали формубрускамассой от двух до десяти килограммов. Такова была суточная производительность сыродутных: горнов. Выделкой железа из крицы занимались кузнецы-кричники, которые производили заготовку для других кузнецов, делавших готовые изделия. Это была первая стадия, специализации в обработкеметалла давлением.

С приходом железного века каменные орудия были окончательно вытеснены. Металлы прочно заняли ведущее положение среди всех известных человеку материалов. Долгое время единственным способомобработкиметаллов в твердом состоянии была ковка.

Описание кузнечного дела можно найти у Гомера, а изображения древней кузни — на греческих и римскихвазах, саркофагах. Кузнечный инструмент и приемы ковки у древних народов были примерно те же, что и у современных мастеров ручной ковки. Из умелых рук кузнеца получали свои инструменты земледельцы, плотники, каменщики, мастера всех ремесел. Оружие и боевые доспехи также рождались в кузне. Сам процесс получения нужных изделий из бесформенных кусков огнедышащего металла был окружен ореолом таинственности, граничил с чудом. Поэтому и кузнецы казались чародеями, которым подвластны огонь и металл.

Пословица гласит — не боги горшки обжигают. Однако было ремесло, до которого снизошли и они. Это единственное «божественное» ремесло — кузнечное дело. Гефест — сын верховных богов древних греков Зевса и Геры в совершенстве овладел им и с помощью своих могучих «подручных» (циклопов)—ковал молнии для громовержца Зевса, оружие для богов и героев, изящные украшения для богинь. Он же изготовил колесницу для бога солнца Гелиоса. Боги-кузнецы были и у других народов: у римлян — Вулкан, у славян — Сварог.

Что же представляла собой кузня тех далеких лет? Центральную ее часть занимала наковальня — массивный железный брус с плоской поверхностью и скругленным выступом. Наковальню прикрепляли к тяжелому деревянному чурбану. На боковой поверхности чурбана на железных скобах и ремнях размещался инструмент: молотки, клещи, топоры для металла и др. В углу Нагревательное устройство—горн. Он представлял собой сложенный на камней очаг, в который закладывали древесный уголь. Для повышения температуры нагрева применяли принудительную подачувоздуха в горн — дутье. Первоначально дутье осуществляли с помощью трубок (полых стеблей растений), через которые подручные кузнеца вдували воздух в горн. Это был изнурительный, поистине рабский труд.