История науки и техники. Материалы и технологии Часть 2

дении опытов из 1,8 кг руды было получено 0,34 кг железа при температуре 1250-1350°С. Доисторическая печь шахтной кон­ струкции могла работать, используя естественное движение воздуха на подветренных склонах. Во время одного из опытов была зарегистрирована температура в центре печи от 1200 до 1420°С, а в пространстве колосника - 1250°С. В результате пла­ вок было получено 17,4 кг железа, т.е. 11,5% (шихта состояла из 152 кг бурого железняка и железного блеска и 207 кг древесно­ го угля).

В Африке, на западном берегу озера Виктория проживает племя хайя. Самые старые члены племени еще помнят древние способы выплавки железа. В результате раскопок на берегу озе­ ра была обнаружено 13 печей, в которых выплавляли металл 15-20 столетий назад.

Получение тестообразного железа непосредственно из руды в сыродутных горнах или небольших печах шахтного типа было основным металлургическим процессом в течение почти трех тысячелетий. Основной служила яма, футерованная огнеупор­ ной глиной, или каменный очаг, работающий на естественной тяге, для чего в нижней части устраивалась открытая фурма (полость). После розжига слоя древесного угля в горн сверху поочередно загружали железную руду и древесный уголь. Об­ щее количество полученного железа достигало 20 кг. Темпера­ тура плавления - 1100-1350°С. Раскаленную крицу вынимали из горна и проковывали для уплотнения (сваривания) и частич­ но освобождали от шлака. Железистый шлак под сильным на­ пором выпускали из горна по желобу в жидком виде. В даль­ нейшем стены и ямы стали обкладывать огнеупорным кирпи­ чом, увеличили поперечное сечение и высоту горна, который постепенно стал превращаться в низкую шахтную домницу. Интенсификация дутья достигалась применением водяного ко­ леса для привода воздуходувных мехов. Масса крицы увеличи­ валась и достигала 100 кг. В XIX в. процесс получения сыро­ дутного железа стал непрерывным.

Качество железной крицы далеко не всегда отвечало требо­ ваниям производителей и потребителей железа. Содержание уг­ лерода было небольшим, поэтому металл поддавался ковке в

С этого времени начинается собственно железный век, практи­ чески его расцвет, когда железо в Европе стало важнейшим и наиболее распространенным металлом, применяемым в хозяй­ ственной и военной деятельности человека. Период с V до кон­ ца I в. до н.э., назывался по месту основных находок «латенским» (Швейцария). В скандинавских странах считают, что «железный век» относится и к первому тысячелетию н.э., вклю­ чая в него период господства викингов, который закончился в XI в. Латенская культура связана с племенами кельтов. Этот на­ род достиг больших успехов в развитии металлургии железа, о чем свидетельствуют их намного более совершенные металлур­ гические печи. Доказано, что кельты применяли уже печи типа шахтных.

Кельты создали новые технологические процессы обработ­ ки железа. Так, они научились оснащать железные инструменты (топоры, лемехи, мечи и ножи) стальными лезвиями, применяли закалку и отпуск, изготавливали медицинские инструменты, владели насечкой, т.е. украшением железных изделий благо­ родными металлами, а также другими способами обработки по­ верхности. У кельтов получению железа и его обработке научи­ лись римляне и германцы.

В течение многих столетий созданные кельтами способы оставались неизменными, поэтому кельтские металлурги и куз­ нецы были непревзойденными учителями. Викинги в X в. полу­ чали железо из руд точно так же, как пятнадцатью веками ранее это делали кельты. Тем не менее, способы обработки железа со­ вершенствовались. Викинги усовершенствовали изготовление железных болтов и гвоздей для своих судов. Очевидно, им при­ надлежит также приоритет в изобретении волочильного про­ цесса (изготовление проволоки) и в изготовлении проволочных сеток. Процесс получения железа выглядел следующим обра­ зом: в начале заполняли нижнюю часть шахты печи древесным углем. В стенке печи делали отверстие, куда были вставлены мундштуки кожаных мехов. При вдувании воздуха уголь в печи разгорался, а, следовательно, повышалась температура, и желе­ зо начинало плавиться, стекая в нижнюю часть горна, так как оно тяжелее других компонентов. По мере остывания менялся состав жидкого железа, и оно становилось все более вязким.

Кроме того, попутно железо захватывало частички шлака. По­ сле того как прогорал весь уголь и переплавлялась руда, полу­ чался пропитанный шлаком кусок железа размером с две чело­ веческие головы. Затем это железо обрабатывалось кузнецами. Широко известны знаменитые кельтские длинные мечи, у кото­ рых на мягкий стержень наплавлены стальные лезвия. Сталь для осталивания инструментов и оружия кельты получали науг­ лероживанием железа в огне древесного угля. Был еще один весьма своеобразный способ получения стали. О нем сообщает древнегреческий историк Диодор Сицилийский: они закапыва­ ли кованные железные пластинки в землю и держали их там до тех пор, пока ржавчина не съедала все слабые части. Из остав­ шихся более прочных частей затем ковали свои превосходные мечи и другое оружие.

Важный шаг в совершенствовании конструкции сыродут­ ных горнов был сделан в Каталонии (Испания) в VIII в. Ката­ лонский горн имел раздельную загрузку руды и древесного уг­ ля, специальную форму для подачи воздушного дутья, отдель­ ную шлаковую летку и наклоненную переднюю стенку горна, позволяющую извлекать готовую крицу щипцами с рабочей площадки без остановки процесса. Впервые процесс производ­ ства кричного железа стал непрерывным, что резко повысило производительность горнов. Постепенно увеличивалась и высо­ та сыродутных горнов, т.е. удлинился путь газов в печи, пони­ зилась температура отходящих газов, повысилась температура и степень восстановления руды, поступающей в наиболее горя­ чую зону горна. Масса крицы достигала 50-100 кг.

Применение клинчатых мехов, приводившихся первона­ чально мускульной силой людей, а затем с помощью либо кон­ ного привода, либо водного колеса, позволило значительно уве­ личить количество сжигаемого в единицу времени древесного угля. Следствием этого было повышение температур в нижней части горна, улучшение условий восстановления железа и сни­ жение содержания оксидов железа в шлаке.

Непревзойденным памятником кричной металлургии явля­ ется знаменитая железная колонна, изготовленная древними индийскими мастерами в 415 г. до н.э. и в 1050 г. установленная

в городе Дели. Ее масса составляет 6,5 т, высота 7,2 м, диаметр у основания 42 см, на вершине - 30 см.

Технология плавки и обработки железа постепенно совер­ шенствовалась. В «Одиссее» Гомер (VIII в до н.э.), характери­ зуя индийскую металлургию, впервые упоминает о чугуне, ко­ торый получили в то время сплавлением железа с древесным углем в тиглях. Таким образом, чугун в Индии и Китае был из­ вестен задолго до появления доменных печей.

Несмотря на то, что многие историки называют железо де­ мократическим материалом, оно долго оставалось достаточно дорогим. В описях сокровищницы ассирийского царя Саргона II (722-705 гг. до н.э.) наряду с золотыми изделиями упоминалось о 200 т кричного железа. Во времена английского короля Эду­ арда III (1327-1377 гг.), начавшего знаменитую Столетнюю войну с Францией, кастрюли, сковородки и вертела королев­ ской кухни считали драгоценностями короны.

7.1.3. Гипотеза

Алексей Кузьмич Югов, автор известных романов «Бес­ смертие» и «Ратоборцы», провел методом сравнительного язы­ кознания анализ эпической поэмы «Илиада» и пришел к инте­ ресной гипотезе об одном из возможных мест зарождения про­ изводства железа [10]. Изумительные, непробиваемые доспехи Ахиллеса, которые выковал знаменитому герою хромой кузнец Гефест, были не медными или бронзовыми, как у микенцев и троянцев, а железными. Железо это было добыто на Керчен­ ском полуострове, где с древнейших времен известно залегание поверхностных железных руд. Корчий, или керчий на древне­ русском языке означало - кузнец. Здесь добывали руду, вы­ плавляли из нее железо и ковали доспехи и оружие древнерус­ ские кузнецы, а до них - тавроскифские. Ахиллес же был вож­ дем, или князем мирмидонян, живших за Дунаем. Это слово происходит от греческого «мирмекс» - муравей, свидетельствуя о многочисленности племени.

Троянская десятилетняя война была одной из первых миро­ вых войн. На стороне микенского царя Агамемнона сражалось множество союзных вождей или басилеев, в том числе не гре­

ческих. Троянцам во главе с царем Приамом и военачальником и грозным бойцом Гектором помогали малоазиатские народы, эфиопы и даже легендарные амазонки. Причиной троянской войны, по версии Гомера, явилось похищение Елены Прекрас­ ной, жены царя Спарты Менелая, Парисом, сыном Приама. Од­ нако была и другая, экономическая причина. Греция всегда бы­ ла бедна хлебом, местного хлеба не хватало и его приходилось закупать в других областях: в Египте, на Сицилии и на север­ ных берегах Черного моря (Понта Эвксинского). «Отец исто­ рии» Геродот писал о том, что скифы-пахари сеяли хлеб не для собственного употребления, а для продажи. Слово Понт (pontos) первоначально обозначало не просто море, а открытый путь, предлагаемый морем корабельщикам. Черное море было путем интенсивного торгового обмена между народами Среди­ земноморья и народами, живущими севернее его. Троя парази­ тически богатела за счет торговых пошлин с проходящих мимо нее кораблей с хлебом и другими товарами. Во власти троянцев была возможность в любое время перекрыть эту «дорогу жиз­ ни» и обречь Грецию на голод.

По свидетельству древнегреческих писателей, топонимика северного Причерноморья сохраняла в то время целый ряд на­ именований в честь и память Ахилла: Ахиллов бег, Ахилий, Ахиллов остров. На этот остров богиня Фетида, родившая сына от брака со смертным царем мирмидонян Пелеем, перенесла душу Ахилла. Погиб он под стенами Трои, южнее Дарданелл, а его культ на протяжении тысячи лет царил в Крыму и в низовь­ ях Днепра (древнего Борисфена). Греческие писатели разных веков ставили знак равенства между понятиями народ Рос, Тавроскифы и Мирмидоны. «Черные корабли» мирмидонян стоят отдельно от греческих. Греки в поэмах Гомера называются раз­ ными именами: ахейцы, аргивиняне, данайцы. Ахиллес единст­ венный отваживается подняться против «царя царей» Агамем­ нона. Оскорбленный последним, он перестает участвовать в схватках с троянцами, и положение греков становится катаст­ рофическим. Но, несмотря на то, что Агамемнон умоляет героя сменить гнев на милость, гордый Ахиллес остается непреклон­ ным.

После гибели своего друга, мирмидонянина Патрокла, Ахилл не может вступить в бой и отомстить троянцам. У героя нет достойных доспехов, снятых с Патрокла Гектором. Матьбогиня Фетида летит к богу кузнецов Гефесту и просит его сде­ лать новые доспехи. Гомер дает описание ковки стальных дос­ пехов, трудной даже для бога-кузнеца:

«............От наковальни великан закоптелый поднялся, Снял с горна меха и снаряды».

Новые доспехи Ахилла выковываются также из железа («седое железо»), хотя на украшение доспехов и оружия пошло также серебро, золото и медь. Поэтому новый шлем Ахиллеса назван «четверобляшным».

Железо ценилось очень высоко и особенно «скифское желе­ зо». Этот термин обозначал высшее качество. Древние писатели свидетельствовали о «скифском народе, в земле которого добы­ вается лучшее железо». Эсхилл (V в. до н.э.) писал о том, что в Скифии впервые найдено железо. У Аристотеля можно найти сведения о поверхностно лежащем скифском железе, что за­ ставляет нас подумать о керченских месторождениях. «И толь­ ко одно это железо не подвергается ржавчине; но добывается оно в незначительном количестве».

В «Илиаде» железо упоминается 23 раза, в «Одиссее» - 25 раз, так например, соревнований дискоболов награждается Ахиллесом диском из железной крицы. Медь и бронза упомя­ нуты на два порядка больше. И ахейцы и троянцы живут в бронзовом веке, который очень скоро сменится железным.

Таким образом, скифы-пахари, гены которых получили и восточные славяне, не только кормили Древнюю Грецию пше­ ницей, но и были три тысячи лет тому назад создателями одной из первых технологий железного века.

Интересна оценка личности Ахилла, данная Виссарионом Григорьевичем Белинским: «Ахилл выше всех других героев целою головою...Ахилл представляет совокупность субстанци­ альных сил народа...он присутствует в поэме не от себя, а от лица народа, как его представитель».

В заключение приведем еще одно лингвистическое иссле­ дование А.К. Югова. У Гомера сказано: «Сих пятьдесят кораб­ лей предводил Ахиллес знаменитый. Тавроскифские корабли

вряд ли существенно отличались от древнерусских ладей, кото­ рые вмещали по двадцать воинов, не считая гребцов. Вероятно, что Ахиллес привел под стены Трои тысячу воинов. Тысяча погречески: хилиой. Отсюда могло возникнуть прозвище вождя, приведшего свою тысячу. Имеются исторически достоверные случаи перевода русского имени на греческий язык греческими историками. Так прозвище племянника русского князя Влади­ мира Золотая Рука было просто переведено греками: Хризохир. Еще один пример. Известно, что князь Ярослав Мудрый был хромой. Враги нередко называли его «Хромцом». В книге «Деяния нормандских герцогов» Ярослав Мудрый назван «Юлиус Клоудиус», а по латыни «клоудиус» означает хромой.

Отметим также, что растение тысячелистник имеет назва­ ние «Ахиллеа Миллефолиум», сочетая греческое и латинское название тысячи.

7.1.4. Дамасская сталь, булат

В ряде художественных произведений, например в романе Вальтер Скотта «Талисман», описаны знаменитые дамасские клинки, обладавшие исключительной прочностью и красивым волнистым узором на поверхности.

Еще в древности металлурги знали тигельный тип плавки, который обеспечивал высокое качество металла. Тигель это за­ крытый сосуд из жаропрочного материала. О знаменитой бу­ латной стали писал еще Аристотель, живший в VI в. Процесс плавки был распространен главным образом в странах Древнего Востока, Индии, Сирии.

Существовали различные названия одного и того же мате­ риала в зависимости от места изготовления конечного товарно­ го продукта: в Персии - пулад (отсюда - русский булат), в Ин­ дии - вуц, в Сирии - Дамаск, в Средней Азии - хорасан. Исход­ ным материалом обычно служили стальные слитки, получаемые из Индии. Даже в середине XVIII в. лучшая сталь, полученная в результате тигельного процесса, экспортировалась из Индии.

Однако тигельный способ плавки практически не был при­ годен для массового производства метала из руды: процесс представлял собой, по сути дела, переплав в небольших огне-

упорных сосудах - тиглях уже добытого ранее металла в целях очистки от нежелательных примесей. Особой славой пользова­ лись стальные клинки, созданные умельцами из Дамаска. По­ скольку тайной выплавки тигельной стали владели лишь не­ многие мастера, то и масштабы ее производства были сравни­ тельно невелики. В последствии концов технология тигельного процесса и производства дамасской стали оказались утерянны­ ми. Разгадать секрет дамасской стали стремились многие, в том числе великий Майкл Фарадей, сын кузнеца. Его выводы оказа­ лись ошибочными, но статья Фарадея вдохновила Жана Робера Бреана, инспектора Парижского монетного двора, провести се­ рию экспериментов, показавших, что необычайная прочность и вид дамасской стали обусловлены высоким содержанием угле­ рода (от 1,5 до 2%). Однако он не смог понять важности всех последовательных операций своего процесса. В 1841 г. русский инженер П.П. Аносов опубликовал свою работу «О булатах», в которой писал об открытии технологии получения булата [28]. Однако, по мнению американских металлургов Олега Шерби и Джефри Уодсворта (1985 г.), огромные возможности сверхуг­ леродистых сталей остаются пока неиспользованными. Процесс изготовления дамасской стали по американскому праву счита­ ется настолько неясным, что может быть запатентован.

Индийские сталевары изготавливали вуц, добавляя углерод к кричному железу или удаляя углерод из чугуна. Процесс по­ лучения вуца из кричного железа легче поддается научному описанию. Небольшие куски железа смешивали с древесным углем и помещали в закрытый глиняный тигель диаметром око­ ло 8 см и высотою примерно 15 см. Тигель нагревали примерно до 1200°С. При этой температуре железо еще остается твердым, но его кристаллы уже имеют гранецентрированную кубическую структуру, так что атомы углерода могут внедряться в решетку между атомами железа. Углерод медленно диффундирует в же­ лезо, образуя структуру, известную ныне как аустенит. Добавка углерода снижает температуру плавления металла. Вследствие этого при достижении на поверхностях кусков металла содер­ жания углерода примерно 2% они покрывались тонким слоем жидкого белого чугуна. Появление расплава определялось по хлюпающему звуку при встряхивании тигля. Это означало, что