No Image

Инструменты из железа и стали

20 просмотров
04 декабря 2023

Технология производства железа была заимствована из известного искусства восстановления меди и бронзы. Главным требованием была печь, способная поддерживать восстановительную атмосферу — то есть такую, в которой высокая температура поддерживалась бы за счет хорошей тяги воздуха. Печь должна была быть достаточно высокой, чтобы железо могло выпадать из плавильной зоны и образовывать шлаковый комок, обычно называемый блюмом.

После алюминия железо — самый распространенный металл, составляющий около 5 процентов земной коры. Медь в дефиците, ее содержание составляет всего 0,01 процента. Железная руда, пригодная для простой плавки, была широко распространена в виде поверхностных залежей, которые можно было наскрести без сложных горных работ.

Ограничения, наложенные нехваткой металлов в бронзовом веке, теперь были сняты; стали возможны новые инструменты и орудия труда, и их количество могло расти, пока даже самые бедные слои населения не получили доступ к металлическим инструментам. Древнее железо было кованым, податливым и свариваемым материалом, прочность которого повышалась ковкой. Хрупкий чугун, универсальный и широко используемый в современной промышленности, был неизвестен древним, и он не представлял бы ценности для их острых инструментов и орудий. Древнейшая история выплавки железа неясна, первые скудные свидетельства получения железа человеком датируются примерно 2500 годом до нашей эры на Ближнем Востоке. Тысячу лет спустя обилие руд привело к тому, что в Хеттской империи медь и бронза были вытеснены железом.

На протяжении большей части своей истории железо не добывалось в расплавленном состоянии, а превращалось в губчатый агрегат железа и шлака, образующийся при температуре гораздо ниже температуры плавления чистого железа (1 535 °C, или 2 795 °F). Эту пластичную металлическую губку уплотняли молотом, чтобы выдавить шлак и сварить частицы железа в компактную и вязкую массу; поэтому ее называли кованым железом, essentia

Это практически чистое железо с остатками нерасплавленного шлака, покрывающего частицы железа. Кованое железо содержит так мало углерода, что при быстром охлаждении (закалке) оно не приобретает полезной твердости. Когда железо, содержащее от 0,4 до 1,25 % углерода, нагревают до 950 °C (1 740 °F), а затем погружают в воду или масло, оно закаляется.

Примерно к 1200 году до н. э., когда железо приобрело большое значение на Ближнем Востоке, люди научились создавать на кованом железе стальную поверхность, или корпус, который можно было закалить путем нагрева и закалки. Такая поверхность получалась путем длительного нагрева кованого железа, помещенного в глубокий слой раскаленного древесного угля. Процедура работала потому, что поверхность раскаленного безуглеродистого железа легко поглощает углерод из угарного газа, образующегося в огне, охватывающем древесный уголь.

Знания о литье, полученные при работе с выплавляемой медью и бронзой, не подходили для металла, форму которого можно было изменить только с помощью молота. Кроме того, ковкость железа меньше, чем у меди при тех же температурах, а значит, кузнецу приходится прилагать больше усилий, чтобы изменить форму металла. Каменные молоты уступили место бронзовым молотам с ножнами, а железо вошло в обиход позже. Первые наковальни для меди и бронзы были удобными плоскими камнями; за ними последовали все более крупные модели из литой бронзы, которые в свою очередь были вытеснены рудиментарными формами современного типа, в которых несколько кусков железа свариваются вместе. Самые ранние железные артефакты имеют более грубый вид, чем бронзовые изделия, которые появились до них.

Ценным свойством кованого железа является легкость соединения двух или более кусков при помощи молота, когда металл находится при высокой температуре. Уже на стадии производства небольшие куски губчатого железа соединялись в более крупные. Сварка молотом практиковалась ювелирами и раньше, и, несмотря на трудности, связанные с выделением газов, даже использовалась для соединения меди, например, для изготовления ленты путем сварки полос, вырезанных из листа. Сварка стала неотъемлемой производственной процедурой. Когда срок службы железных инструментов подходил к концу, их можно было использовать повторно, сварив обрезки в заготовку и начав все сначала — процесс, схожий с переплавкой медных и бронзовых обрезков для отливки новых инструментов.

Железо обычно вдвое гибче бронзы и гораздо прочнее, так как железный прут можно согнуть обратно на себя, не сломав, в то время как бронзовый прут (например, лезвие меча) ломается только после легкого изгиба (известны бронзовые клинки, отремонтированные путем заливки новых металлов в места излома). Иными словами, бронза хрупка по сравнению с железом, а медь — нет. С увеличением содержания олова в бронзе повышается твердость, но теряется пластичность. Большая часть ковкости отсутствует у холодной бронзы с 5 % олова, а при 20 % олова ковкость практически сходит на нет. Режущая кромка инструмента из кованой бронзы лучше, чем у аналогично обработанного железного инструмента, и она устойчива к коррозии.

Комментировать
20 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Технологии
0 комментариев
No Image Технологии
0 комментариев
No Image Технологии
0 комментариев
No Image Технологии
0 комментариев