Дополнительный материал о железе и его сплавах

ЧТО ВЫ ЗНАЕТЕ И ЧЕГО НЕ ЗНАЕТЕ О ЖЕЛЕЗЕ

ДРАГОЦЕННЫЙ МЕТАЛЛ                                                                                                                                       В «Одиссее» говорится, что побе­дителю игр, устроенных Ахилле­сом, была назначена награда: ку­сок золота и кусок железа.

        В «Географии» древнегрече­ского писателя Страбона упоми­нается о том, что африканские народы за один фунт железа от­давали десять фунтов золота.

       Извлеченное из древнесканди­навских гробниц оружие также свидетельствует о драгоценности железа в прошлом — из него сде­ланы только острия мечей, а все остальные части — из бронзы.

ОРУЖИЕ ИЗ МЕТЕОРИТОВ                                                                                                                                       С давних времен люди пытались использовать метеоритное железо, хотя сделать это было не просто.

            Бухарский эмир приказал своим лучшим оружейникам отковать ему меч из куска «небесного же­леза». Но сколько они ни стара­лись, ничего не получалось. Ору­жейников казнили.  Они погибли из-за того, что нагретый метали не поддавался ковке, — это харак­терно для никелистого метеоритного железа, оно куется только холодным, а при нагревании ста­новится хрупким.

        Несмотря на это, у властителя индийского княжества Джехангира в XVII веке были две сабли, кинжал и наконечник пики из ме­теоритного железа. Есть сведения, что из этого же материала были изготовлены шпаги Александра I и Боливара — героя Южной Аме­рики.

САМОРОДНЫЙ ЧУГУН                                                                                                                           Металлическое железо встречается не только в метеоритах. Еще в 1789 г. в «Словаре коммерче­ском» Василия Левшина о самородном железе писалось: «Так называется железо совсем приго­товленное природой в недрах тем­ных, и совсем очищенное от ве­ществ посторонних настолько, что можно из него ковать без переплавки всякие вещи».

            Крупное   скопление   самородного железа было найдено на южном берегу острова Диско у берегов Гренландии. Оно залега­ло здесь в извергнутом через пласты каменного угля базальте в виде блесток, зерен и, иногда, мощных глыб.

            В отличие от метеоритного же­леза, всегда содержащего сравни­тельно много никеля, самород­ное железо содержит не более 2% никеля, иногда до 0,3% ко­бальта, около 0,4% меди и до 0,1 % платины. Обычно оно исклю­чительно бедно углеродом. Одна­ко возможно образование и са­мородного чугуна — например, в результате контакта раскаленного углерода с железной рудой.

            В 1905 г. геолог А. А. Иностран­цев обнаружил в районе острова Русского на Дальнем Востоке не­большие пластообразные скопле­ния самородного чугуна, находя­щегося на глубине 30—40 метров под скальными породами мор­ского берега. В извлеченных образцах металла содержалось около 3,2 % углерода.

ТРАГЕДИЯ ГОРЫ БЛАГОДАТЬ

            В 1737 году вогул Степан Чумпин нашел у горы Благодать большой кусок магнитного железняка и показал его горному технику И. Яр­цеву. После осмотра месторожде­ния Ярцев помчался с докладом в Екатеринбург. Эта поездка была самым настоящим бегством — по следу Ярцева скакали вооружен­ные стражники некоронованного короля Урала Демидова, который не допускал и мысли, что новые богатства минуют его. Ярцеву удалось уйти от погони. Первоот­крыватели рудника получили воз­награждение от Горной канцеля­рии, но вскоре Степан Чумпин был убит. Убийца остался не пой­манным.

КРИСТАЛЛ ЧЕРНОВА                                                                                                                                   Знаменитый русский металлург Д. К. Чернов (1839—1921 гг.) со­брал коллекцию кристаллов желе­за. Некоторые кристаллы, найденные им в стальных слитках, дости­гали длины 5 мм, большин­ство же — не более 3 мм.

            Главной ценностью коллекции был уникальный «кристалл Д. К. Чернова», описанный во мно­гих учебниках по металловедению. Его нашел в груде стального лома шихтового двора подполковник морской артиллерии А. Г. Берсе­нев, служивший приемщиком на металлургическом заводе. Как удалось выяснить, кристалл вырос в 100-тонном слитке стали, Берсе­нев подарил его своему учителю — Чернову.

            Д. К. Чернов тщательно иссле­довал кристалл. Вес его оказался 3 кг 450 г, длина — 39 см, химиче­ский состав: 0,78% углерода, 0,255% кремния, 1,055% марганца 97,863% железа.

КАК ЗАКАЛЯЛИ СТАЛЬ

            В английских патентах вплоть до конца XIX в. содержались реко­мендации добавлять в закалочную жидкость полевые цветы. Твер­дость закаленной стали в течение долгого времени объясняли пре­вращением углерода, содержащегося в ней, в алмаз.

СТАЛЬНОЕ ВИНО

            В старинных журналах можно най­ти рецепты различных «железных» лекарств. Так, в «Экономическом журнале» за 1783 год сообщалось: «В некоторых случаях и болезнях и самое железо составляет весь­ма хорошее лекарство, и прини­маются с пользой на мельчайшие оного опилки, либо просто, либо обсахаренные». Там же перечис­ляются другие лекарства того времени: обсахаренное железо, же­лезный снег, железная вода, сталь­ное вино («виноградное кислое вино, как например, рейнвейн, на­стоять с железными опилками, то получится железное или стальное вино и вкупе весьма хорошее ле­карство»).

МАГНИТНЫЕ ЛЕКАРСТВА

            В 1835 г. «Журнал мануфактур и торговли», сообщая о товарах, присланных из Вены в Петербург, упоминает металлические намаг­ниченные бруски как средство от зубного и головной боли. Бруски рекомендовалось носить на шее» «Этот способ лечения ныне в мо­де, — сообщалось в журнале, — и по отзывам врачей, заслужи­вающих вероятия, помогает весь­ма многим».

            В древности и в средние века магнит употребляли не только как наружное, но и как внутреннее. Гален считал магнит слабительным, Авиценна лечил им ипохондриков, Парацельс приготовлял «магнит­ную манну», Агрикола — магнит­ную соль, магнитное масло и маг­нитную эссенцию.

ГВОЗДИ В ЖЕЛУДКЕ

            В 1963 г. в некоторых газетах по­явилась небольшая заметка: «130 гвоздей и 340 швейных иго­лок извлекли врачи из организма сорокалетней женщины. Под тя­жестью непосильного груза желу­док опустился. Иглы, проникшие в печень, поджелудочную железу и в другие органы, вызывали тя­желые страдания, но женщина упорно скрывала от врачей мест­ной больницы причину болез­ни. Хирурги извлекли из организ­ма больной иглы и двенадцати­сантиметровые гвозди, общим весом 610 граммов. Металличе­ские предметы под воздействием кислоты желудочного сока потеря­ли свой первоначальный вес при­мерно на 400 граммов. После опе­рации больная поправилась».

            В животном мире встречаются еще более поразительные приме­ры. Так, желудочные соки кроко­дила за несколько месяцев пол­ностью растворяют проглоченные железные наконечники копий и пятнадцатисантиметровые сталь­ные крючки.

ЖЕЛЕЗНАЯ РУСЬ

1. Свидетельство Даниила заточника

«...Храбрая сердца в жестоцем харалузе скована, а в буести зака­лена», — говорит неведомый ав­тор «Слова о полку Игореве». «Харалуз» — это пламя, «буесть» — буйный ветер; остальные слова нам понятны и так. Понятно и уподобление храброго серд­ца — стальному.

            Ко времени создания «Слова» железо на Руси уже было своим, хорошо освоенным металлом. В другом знаменитом литературном памятнике XII столетия — «Слове Даниила Заточника» сказано: «Луч­ше бы ми железо варити, нежели со злою женою быти». Это кате­горическое утверждение характе­ризует не только отношение авто­ра к браку, но и труднейший в те времена процесс варки железа.

            Впрочем, тот же Даниил Заточ­ник рассказывает об этом процес­се и нечто гораздо более сущест­венное: «Не огнь творит разжение железу, но надмение мешное». Разумеется, надменность тут не при чем: если вспомнить, что «надменный» — это просто-напро­сто надутый, а «мешный» — при­лагательное от слова «мех», — то все сразу станет на свои места. Основной работой при варке же­леза было раздувание мехов вручную — дело настолько тяж­кое, что утверждение Даниила от­носительно «злой жены» воистину следует считать преувеличением.

            Кстати, понятие «дуть» выра­жалось в те времена и другим словом — «сопеть». Отсюда про­исходит и название старинного духового инструмента — «сопели», и не менее старинное, но кажу­щееся в наш ракетный век сугубо современным слово «сопло». Соп­лом издавна именовалась трубка, которой оканчивался кузнечный мех.

2. Центры металлургии

            Несмотря на трудность, варка же­леза была для наших предков де­лом обыкновенным. В этом убе­дились археологи, когда вели рас­копки в Старой Рязани. Из девят­надцати раскопанных жилищ го­рожан в шестнадцати были встре­чены несомненные следы домаш­ней варки железа — в горшке, в обыкновенной печи.

Но наряду с таким, уже в те времена дедовским способом по­лучения металла существовало и специализированное, крупное про­изводство. Одну из наиболее совершенных домниц XIII века уда­лось раскопать близ Бердичева, в Райковецком городище. Она была даже совершеннее новгородских домниц XVIII века: шлак у нее непрерывно стекал по восьми канальцам в специальные гнезда. Диаметр райковецкой печи дости­гал почти двух метров.

            А в Гочевском городище, на юго-восточной границе Курского княжества, удалось обнаружить форменный металлургический квартал — пространство площадью 10 000 квадратных метров было сплошь завалено остатками дом­ниц, шлаком и крицами.

            В наше время расцвет черной металлургии сопровождался по­явлением на карте страны Магни­тогорска, Рудного, Электростали. Возникновение производства же­леза на Руси также сопровожда­лось возникновением соответст­вующих названий — Устюжна Же-лезнопольская (от Железного по­ля — местности неподалеку oт Новгорода, где добывали болот­ную железную руду), Керчь (в XI веке Кърчев — от того же кор­ня, что и крица), Бронницы (бро­ней называли кольчугу).

3. Сырьё и продукция

            Сырье для варки железа — уже упомянутая нами болотная руда — встречалось на Руси повсеместно. Это — бурый железняк (2Fe₂О₃ • ЗН₂О) органического про­исхождения, крайне легко восста­навливаемый: металл начинает восстанавливаться из болотной руды уже при 400°, а при 700— 800° можно получить железо. Ру­ду находили на дне болот, озер, на берегах рек. В августе копали, осенью сушили — обжигали на кострах, зимой в санях везли к печам.

            Невозможно перечислить все, что делали из железа древнерус­ские кузнецы — «хытрецы», «кърчи», «железоковцы». От иглы — до меча, от лемеха — до кольчуги.

            Первые найденные археоло­гами в наших курганах подковы датируются X веком. Описание первой железной кровли — «По­крыта церковь святые Софии железом» (Псковская летопись) — относится к 1465 году.

Особое искусство требовалось при изготовлении замков. Искус­ством этим славились мастера Приднепровья. Вплоть до XIV ве­ка в Чехии замки определенной конструкции называли «русскими замками».

4. Трьпенный оцел

            Это значит — «стойкая сталь». На­варенные «оцелом» топоры нахо­дили в курганах, относящихся к XI веку. «Каленые стрелы», «ка­леные сабли» — постоянно встре­чаются в былинах. Письменные памятники XI—XII веков часто упоминают в той или иной связи о закалке стали. «Слово о полку Игореве» мы уже цитировали. А вот две древние пословицы: «Пещь искушает оцел во кале­нии»; «Донъжде сильна любы — възьми възлюбленое, донъжде же горить железо — студеном до ся калить».

            О высоких качествах русского «трьпенного оцела» свидетельст­вует оживленная торговля сталь­ными изделиями, которую вели московские   купцы — бронники.

ножевники, игольники — на запа­де и на юге. Сохранилась занят­ная переписка между Иваном III и крымским ханом Менгли-Гиреем. Хан, имевший в своем рас­поряжении доспехи из Дамаска, Милана, Багдада, выпрашивал рус­ские: «Да пожаловал князь вели­ки, прислал третьего году пансырь; и яз ходил на недругов, да пансырь утерял; и он бы пожало­вал пансырь прислал». Другое письмо: «Сего году ординских Та­тар кони потоптали есмя, мелкой доспех истеряли есмя. У тебя, у брата своего мелкого доспеху просити послал есми».

            Но об искусстве древнерусских оружейников можно судить не только по косвенным данным. Кое-какие образцы их мастерства дошли до нашего времени. На­пример, хранящаяся в Оружейной палате рогатина тверского князя Бориса Александровича — с рож­ном из булатной стали, со втул­кой, оправленной набитым на сталь позолоченным серебром,,

ЧТО ЖЕ ТАКОЕ — БУЛАТ?

            И булат, и дамасская сталь по хи­мическому составу не отличаются от обычной нелегированной стали. Это сплавы железа с углеродом. Но в отличие от обычной углеро­дистой стали, булат обладает очень большой твердостью и упру­гостью, а также способностью да­вать лезвие исключительной остроты.

            Секрет булата не давал покоя металлургам многих веков и  стран. Каких только способов и рецеп­тов не предлагалось! В железо добавляли золото, серебро, дра­гоценные камни, слоновую кость. Придумывались хитро умнейшие [и порой — ужаснейшие) «техноло­гии». Один из древнейших сове­тов: для закалки погружать кли­нок не в воду, а в тело мускули­стого раба — чтобы его сила пере­шла в сталь.

            Раскрыть секрет булата уда­лось в первой половине прошлого века замечательному русскому металлургу П. П. Аносову. Он брал самое чистое кричное железо и помещал его в открытом тигле в горн с древесным углем. Желе­зо, плавясь, насыщалось углеро­дом, покрывалось шлаком из кри­сталлического доломита, иногда с добавкой чистой железной ока­лины. Под этим шлаком оно очень интенсивно освобождалось от кислорода, серы, фосфора и крем­ния. Но это было только полдела. Нужно было еще охладить сталь как можно спокойнее и медлен­нее, чтобы в процессе кристалли­зации сначала могли образоваться крупные кристаллы разветвленной структуры — так называемые дендриты. Охлаждение шло прямо в горне, заполненном раскален­ным углем. Затем следовала ис­кусная ковка, которая не должна была нарушить образовавшуюся структуру.

            Другой русский металлург — Д. К. Чернов впоследствии объ­яснил происхождение уникальных свойств булата, связал их со структурой. Дендриты состоят из тугоплавкой, но относительно мяг­кой стали, а пространство меж их «ветвями» заполняется в процессе застывания металла более насы­щенной углеродом, а следова­тельно, и более твердой сталью.  Отсюда большая твердость и большая вязкость одновременно. При ковке этот стальной «гиб­рид» не разрушается, сохраняется его древовидная структура, но только из прямолинейной он превращается в зигзагообразную Особенности рисунка в значительной мере зависят от силы направления ударов, от мастерства кузнеца.

            Дамасская сталь древности -это тот же булат, но позднее так стали называть сталь, полученную путем кузнечной сварки из много численных стальных проволочек или полос. Проволочки делались из сталей с разным содержанием углерода, отсюда —- те же свой­ства, что и у булата. В средние века искусство приготовления такой стали достигло наибольшего развития. Известен японский кли­нок, в структуре которого обнару­жено около 4 миллионов микро­скопически тонких стальных нитей. Естественно, процесс изготовления оружия из дамасской стали еще более трудоемок, чем процесс изготовления булатных сабель.

            Кстати, после смерти П. П. Аносова секрет булата был вновь уте­рян. В третий раз его открыли уже в середине двадцатого века.

КАК ПИСАЛ ПЛИНИЙ СТАРШИЙ

            «Железные рудокопи доставляют человеку превосходнейшее и зло­вреднейшее орудие. Ибо сим ору­дием прорезываем мы землю, об­рабатываем плодовитые сады и, обрезая дикие лозы с виноградом, понуждаем их каждый год юнеть. Сим орудием выстраиваем домы, разбиваем камни и употребляем железо на все подобные надобно­сти. Но тем же железом произво­дим брани, битвы и грабежи и употребляем оное не только вбли­зи, но мещем окрыленное вдаль то из бойниц, то из мощных рук, то в виде оперенных стрел. Самое порочнейшее, по мнению моему, ухищрение ума человеческого. Ибо, чтобы смерть скорее постиг­ла человека, соделали ее крыла­тою и железу придали перья. Того ради да будет вина приписана че­ловеку, а не природе.»