Человек из альпийского ледника с медным топором

19 сентября 1991 года супруги Хельмут и Эрика Зимон нашли в одном из альпийских ледников труп человека, жившего в конце каменного века. Радиоуглеродный анализ показал возраст человека от 5300 до 5350 лет. Египетские пирамиды еще не были построены, а этот пастух уже спал под альпийскими льдами, замерзнув во время длительной снежной бури. Австрийская пресса быстро нашла имя – Этци – по названию хребта, где он был найден. Все найденное хранится в археологическом музея итальянского города Больцано, так как оказалось, что находка оказалась в 90 метрах южнее австро-итальянской границы. Этци был хорошо вооружен: деревянное копье, нож с кремниевым лезвием и деревянной ручкой, стрелы со съемными кремниевыми наконечниками и медный топор, насаженный на Г-образную рукоятку из тиссового дерева. Медь – новый высокотехнологический материал – свидетельство достаточно высокого положения человека энеолита, погибшего в возрасте 25-35 лет.

Практически полностью вытеснить камень удалось сплаву меди с оловом - бронзе. Бронза, имея более низкую температуру плавления (700-900°С), при этом обладает более высокими эксплуатационными и технологическими характеристиками. Человек познакомился, с бронзой, по-видимому, в шестом тысячелетии до нашей эры: именно так датируют ученые самые ранние бронзовые изделия найденные в Иране, Турции, Месопотамии. Бронза была важнейшим материалом до начала первого тысячелетия до н.э., т.е. более двух тысяч лет. Далее на роль главного металла стало претендовать железо. Уже полпроцента олова повышает твердость сплава в четыре раза, 10 процентов – в восемь раз.

Бронза (bronzo) – сплав меди с другими металлами: олово, свинец мышьяк и др. дала название целому периоду в истории человечества. Бронзовый век длился с конца 4 до начало 1 тысячелетия до нашей эры. Первоначально бронза получалась путем плавки смеси медной и оловянной руд с древесным углем. Позднее добавкой в медь олова и других составляющих. В 20 веке появились алюминиевая бронза (15-12% Al), бериллиевая бронза (2% бериллия). Машинная бронза содержит 10-15% олова и 5-10% свинца.

Уникальность бронзового века состоит и том, что на всем протяжении цивилизованного мира от Испании до восточного побережья Китая, от Балтики до первых порогов Нила оптимальный состав сплава установился очень быстро: 13 процентов олова [31].

При выплавке меди и бронзы всегда присутствовали различные примеси, причем некоторые, например, различные соединения мышьяка, относятся к ядовитым. Больные суставы являлись профессиональной болезнью древних металлургов. По всей вероятности именно этим фактом объясняется хромота богов покровителей кузнечного дела (например, греческого Гефеста).

После наступления железного века производство меди в Европе возрождается в период с 860-1200 гг., но меньше чем в Древнем мире, для изготовления колоколов и пушек. Появляются новые технологии: получения меди с одновременным удалением серы и обогащением руды (Агрикола).

Основное применение металлов было в земледелии, где из него делали всевозможные предметы труда, а именно мотыги, молотки, но самое главное его применение это изготовление вооружения.

7.1.2. Железный век

Легенды приписывают изобретение железа легендарному народу халиберам или халибрам, жившим в 1500 году до н.э. в Закавказье. В библии эта честь отдана филистимлянам. Изделия из метеоритного железа были известны в Египте еще в эпоху Древнего Царства, т.е. за 4-3 тыс. лет до н.э., но они были редки и дороги. Первые письменные упоминания об оружии и орудиях труда из железа найдены в древних индийских и китайских рукописях и в библии, датируемых началом III тысячелетия до н.э.

Плавка железа и изготовление орудий труда из железа в больших масштабах, требующее более высокого уровня развития техники металлургии по сравнению с бронзой, стали возможны на Ближнем Востоке, в Индии и Южной Европе лишь на рубеже II и I тысячелетий до н.э., а на Дальнем Востоке в VII-V до н.э., в Северной Европе в VII веке до н.э.

Основные железные руды: бурый железняк – смесь гидроокисей железа Fe(OH)_n, магнетит Fe₃O₄ и железный блеск или гематит FeS.

Восстановление железа начинается при t» 500°C. Первые металлурги получали в горнах и печах» 1100°C, а для перехода железа в жидкое состояние необходимо 1500°С. Железо скапливалось в виде тестообразной массы, которая сваривалась в пропитанную шлаком и остатками горного материала губку.

Образовавшаяся в горне железная губка (или крица) содержала в себе много шлаков. Чтобы удалить шлак, крицу надо было проковать молотом. Шлак при этом выжимался, металл уплотнялся, превращаясь в монолитный кусок путем сваривания. Такое железо получило название сварного железа. Центром зарождения металлургии железа считается Хеттское царство – государство, существовавшее в Малой Азии во втором тысячелетии до нашей эры.

Археологи экспериментально доказали, что при небольшом дутье была получена температура 1100°C, и железо накапливалось около устья горна. Выход был около 20%. В опытах из 1,8 кг руды было получено 0,34 кг железа (для этого нужно достичь температуры 1250-1350°С). Доисторическая печь шахтной конструкции могла работать, используя естественное движение воздуха на подветренных склонах. Во время одного из тестов было зарегистрирована температура в центре печи от 1200 до 1420°С, а в пространстве колосника 1250°С. Результат плавок – 17,4 кг железа, т.е. 11,5% (шихта состояла из 152 кг бурого железняка и железного блеска и 207 кг древесного угля).

В Африке, на западном берегу озера Виктория, проживает племя хайя. Самые древние члены племени еще помнят древние способы выплавки железа. В результате раскопок на берегу озера, были обнаружены 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. Основой служила яма, футерованная огнеупорной 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. Общее количество загруженной руды достигало 20 кг Температура 1100-1350°С. Раскаленную крицу вынимали из горна и проковывали для уплотнения (сваривания) и частично освобождали от шлака. Сильно железистый шлак выпускали из горна по желобу в жидком виде. Далее для стен стали применять кирпич и естественный огнеупорный кирпич, увеличилось поперечное сечение и высота горна, который постепенно стал превращаться в низкую шахтную домницу. Интенсификация дутья достигалась применением водяного колеса для привода воздуходувных мехов. Масса крицы увеличивалась и достигала 100 килограмм. В 19 веке процесс получения сыродутного железа стал непрерывным.

Качество железной крицы далеко не всегда отвечало требованиям производителей и потребителей железа. Содержание углерода было малым, поэтому металл поддавался ковке в холодном состоянии. Первые железные изделия были мягче бронзовых. Прямое получение железа широко применялось до XVII века.

В тоже время наряду со сравнительно мягкими кусками железа попадались и более твердые куски – те, что вплотную соприкасались с древесным углем. Это была сталь, и спрос на нее все время возрастал.

Уже в 1 тысячелетие до нашей эры – были освоены процессы науглероживания, закалки стали, отпуска. В 1613 году оружейники г. Льежа (Бельгия) - П. Гудрон и Джон Ван Бул (независимо в Англии патент получили Вильям Эллиот и Матьяс Моисей) – освоили изготовление цементированной стали): сыродутное железо в смеси с угольным порошком и некоторыми примесями плотно закрывалось в особый ящик и выдерживалось в печи при температуре ~ 1000 градусов в течение нескольких дней и даже недель.