Методи тигельної плавки. Розкажіть де і коли вона застосовувалась

Металургія та способи кування у Хазарському каганаті.

У хазар була вже розвинута металургія. Виробництво заліза було принесено новими етнічними групами, які стали основою Хазарського каганата. Хазарське клинкове озброєння було виготовленню різними способами ковання, в якості матеріали для роботи ковалі брали не тільки декілька сортів заліза, але і сталь. Переважним матеріалом була м’яка галогенна сталь.

Була також відома і високовуглецева сталь, отримана спеціально, шляхом допоміжної цементації заготівки.

Маючи різний матеріал, майстри в сов. Володіли всіма операціями вільної ковальської ковки: рубкою, різкою, розгонкою, пробивкою та прошивкою отворів, гнучкою, зкручиванием, заточкою. Великої майстерності ковалі досягли в області зварки. Звичайною для них була не тільки зварка металу близького за составом, але й та, що потребує значно більшого мистецтва та знань – зварка м'якого заліза з твердою сталлю. Так шабля №2 з Маяцького комплексу була зроблена з смуги заліза, яку рискували по довжіні майбутнього вироби, а потім по всій довжіні приварили смугу високо вуглецевої сталі. Смуга підверглася для отримання стальної структури цементації.

Майстри також знали цементацію, вварку, наварку – прийоми направлені на покращення робочих свойств лез поковок. Основною особливістю залізних вироби є широке використання прийому пакетування. В пакет зварювались, як правило, смуги заліза і м'якої сталі, що само по себе підвищувало механічні властивості виробу, сковане з такого напівфабрикату, як і багатошаровий виріб, має ряд переваг перед однорідним, має підвищеною гнучкістю, опору ударного навантаження, пружність, твердістю.

Наявність серед пакетних виробів предметів, які на поєднували залізо з якісною сталлю, а також серед двохшарові, які поєднували ці матеріали, свідкує, що підбір здійснювався при пакетуванні ціле направлено, і може роздивлятися в деяких випадках як технологічна схема, яка робить краще якість леза.

Тигельный способ производства ковкого железа, а впоследствии стали, был повсеместно распространён уже в Древнем Мире. Тяготение европейской металлургии к сыродутной плавке железа наметилось лишь в последние столетия этой эпохи. В Азии тигельная плавка просуществовала в качестве основной металлургической технологии до конца XIX в., а в кустарном производстве применяется до сих пор. Расцвет тигельной металлургии высококачественной стали, так называемых, вутца (вуца), дамаска или булата, приходится на V-ХІІІ вв.

Именно в тиглях впервые был выплавлен новый высокоуглеродистый железный сплав - чугун. Произошло это, по-видимому, в Китае в середине I тыс. до н.э. Для получения чугуна в тигли помещали шихту, состоящую из кричного железа и древесного угля, и производили длительную выдержку тиглей в горнах при температуре свыше 1200 °С. Постепенное растворение углерода угля в железе позволяло получить из твердого кричного железа насыщенный углеродом жидкий металл - «синтетический» чугун.

Известны многочисленные археологические находки остатков печей, фрагментов тиглей со шлаками и невосстановленными спеками, складов руд, древесного угля и флюсов этого периода. Исследования этих материалов, в том числе методами металлографии и «практической археологии», позволили достаточно точно воспроизвести технологию процесса.

Опишем ее в том виде, в котором она применялась в Средней Азии в ІХ-ХІІ вв. Для плавки применялись тигли цилиндрической формы, высотой до 1,2 м и внутренним диаметром до 12 см. Толщина стенок составляла от 2 до 4 см. Материалом для изготовления тиглей служила специальная смесь из песка и жаростойкой глины. Тигли изготавливались по «шаблону» - матерчатому чулку. Они могли выдерживать температуру до 1650 °С. Сверху тигли закрывались полусферическими крышками с отверстиями в центральной части для выхода газов во время плавки.

В состав шихты входили: железная руда, древесный уголь и флюсы, из которых наиболее часто использовался доломит. Все шихтовые материалы предварительно дробились до крупности лесного ореха и тщательно перемешивались. Шихту загружали в Выступавшие над гравием части тиглей обкладывались древесным углем, камышом и кустарниковыми растениями, дававшими при горении высокую температуру. По мере повышения температуры в тигле начинался процесс восстановления оксидов железа углеродом древесного угля, затем плавился шлак и, наконец, железо.

Окончательный состав стали формировался в нижней части тигля в результате просачивания капель металла через слой ранее образовавшегося и более легкого шлака. Тигель оставался в горне после окончания процесса до полного остывания. Остывший слиток металла извлекали, разбивая тигель. Его масса редко превышала 2-3 кг, но этого количества было вполне достаточно для изготовления клинка или деталей доспехов.

Секрет высокого качества тигельной стали заключался в длительном контакте сначала крицы, а позднее - расплавленного металла, с железистым шлаком. При этом из металла в шлак переходили наиболее вредные, с точки зрения качества металла, примеси: фосфор и сера.