Історія освоєння та сучасні методи обробки металів

1. Освоєння металів

1.1 Перші метали в житті людини

Метали відносяться до числа найбільш поширених матеріалів, які людина використовує для забезпечення своїх життєвих потреб. На протязі багатьох років людина оточувала себе металевими предметами домашнього вжитку, зброєю і прикрасами. Тому історію освоєння металів слід розглядати на фоні історичного розвитку людства.

Метали з’явились в людини не зразу, не в результаті якогось революційного стрибка, вони з’явились поступово на протязі перехідного періоду між кам’яним віком і віком металів.

В палеоліті, початок якого відділений на сотні тисяч років від нас, людина не знала металу, їй тільки траплялися шматки металу (самородки), які вона використовувала, в основному, як прикраси. Людина помітила, що на відміну від крихкого каміння, такі шматки піддаються куванню. Але про техніку обробки металів не було ще й мови. Тому можна зробити висновок: людині спочатку стало відомо золото, потім срібло, бронза і, нарешті, залізо. Правда, з золота неможливо зробити зброю, але знайомство з ним принесло людям досвід роботи з металом. Прикладом цього може бути гробниця фараона Тутанхамона, який помер в 1350 році до нашої ери. Вага лише одного саркофагу становила близько 110,4 кг золота. Важко собі уявити, що б знайшли сучасні археологи в гробницях великих фараонів, якщо б їх не пограбували.

В той час золото плавили в горнах, і майстер виливав розплавлене золото із тигля в форму, яка стояла на землі. Подача повітря до горнів виконувалася за допомогою трубок і легенів людини. Для кування металу застосовувалося каміння.

Після золота людина зустрілась з міддю, яка також знаходиться в природі у вигляді самородків. Тому зараз вчені вважають, що перед бронзовим віком йшов кам’яно-мідний. З міді виготовляли наконечники для стріл і списів. Люди відкрили, що зміцнену холодним куванням мідь знову можна зробити м’якою, якщо нагріти її на вогні. Потім люди навчились плавити мідь і виливати її в форми так, як і золото. Мідна сокира, яка була вилита у відкриту форму, була знайдена близько 4000 років до нашої ери, мідний котел, діаметром 0,5 м був знайдений в гробниці фараона Перибсена (2695–2665 рік до нашої ери). З’явилися постійні форми, в які можна багато разів розливати метал. Люди навчились паяти мідь срібним дротом.

При всіх своїх перевагах, мідь мала великий недолік: мідна зброя і інструменти, наприклад ножі, швидко затуплювалися. Навіть в холоднозміцненому стані міцність, зносостійкість та інші властивості міді були настільки високі, що вони могли повністю замінити кам’яні. Вирішальний крок в цьому напрямку дозволив зробити сплав міді – бронза.

1.2 Бронзовий вік

Якщо до міді добавити олово, то отримаємо сплав, який називається олов’яниста бронза. Крім неї існують і інші бронзи: свинцевиста бронза, миш’яковиста бронза, сурмиста бронза і т. ін.

Головна перевага бронзи в порівнянні з міддю полягає в кращих її ливарних властивостях, більшій твердості і міцності, а також в більшій міцності в результаті холодної деформації.

Датський знавець древньої історії Христіан Юргенс Томсон (1788–1865 рр.), основоположник Національного музею в Копенгагені, систематизував всі археологічні знахідки в хронологічному порядку і прийшов до звичного для нас ділення старовинної історії на три періоди: кам’яний вік, бронзовий вік і залізний вік.

Бронзовий вік, його металургія і металообробка зародилися в перших великих культурних центрах – в долинах річок Тигр, Євфрат і Ніл. В той час бронзу плавили в тиглях, які нагрівали деревним вугіллям. Необхідну температуру підтримувало роздування вогнища міхами, які замінили скляні трубки. Виготовлення бронзових дверей храмів, прикрас, зброї і предметів вжитку говорять про набуті певні знання і навички металургів. Великий попит на бронзу стимулював розвиток гірничого ремесла, а також торгівлі.

1.3 Залізний вік

Можна передбачити, що перше залізо людина отримала з космосу, у вигляді метеоритів. Саме таке залізо знайдено в Єгипті, відноситься воно до IV тисячоліття до нашої ери і представляє собою намисто з прокованих смуг метеоритного заліза. Метеоритний метал легко відрізнити від заліза земного походження, тому що він має 8…10% нікелю. Метеоритне залізо обробляли так як і мідь (при холодному куванні воно набуває необхідну форму і одночасно підвищує свою міцність і твердість). Для повернення металу міцності його необхідно відпалити у вогні.

В ті часи залізо було оточене ореолом таємності, його називали "небесною міддю". Єгиптяни завжди зображали залізні предмети синім кольором неба. Це збереглося навіть і тоді, коли залізо почали отримувати із руд (воно почало мати земне походження).

Навіть в наші дні можна знайти ножі і наконечники, які зроблені із метеоритного заліза. Американський полярний дослідник Роберт Едвін Пірі (1856–1970) в звіті про експедицію в Гренландію писав про зустріч з ескімосом, який привів його до великого метеориту, поблизу мису Йорк. Метеорит сторіччями слугував ескімосам джерелом матеріалу для виготовлення зброї і інструментів. Вони просто відбивали від нього куски і без всякого нагрівання надавали йому необхідної форми куванням. Залізний метеорит важив біля 37 тон.

В II тисячолітті до нашої ери залізо було в 15–20 разів дорожчим замідь. Поступово ціна на нього падала. Залізо не витіснило бронзу. Один із ассірійських царів, який жив три ти