Железо - история и роль железа. Железо (история изобретения)
Железо англ. Iron, франц. Fer, нем. Eisen) - один из семи металлов древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами. Метеоритное железо обычно легко отличить от земного, так как в нем почти всегда содержится от 5 до 30% никеля, чаще всего - 7-8%. С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Наиболее распространенны руды гематита (Fe 2 O 3 ,), бурого железняка (2Fe 2 O 3 , ЗН 2 О) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO,), магнетита (Fe 3 0 4) и некоторые другие. Все эти руды при нагревании с углем легко восстанавливаются при сравнительно низкой температуре начиная с 500 o С. Получаемый металл имел вид вязкой губчатой массы, которую затем обрабатывали при 700-800 o С повторной проковкой.
Этимология названий железа на древних языках довольно отчетливо отражает историю знакомства наших предков с этим металлом. Многие древние народы, несомненно, познакомились с ним, как с металлом, упавшим с неба, т. е. как с метеоритным железом. Так, в древнем Египте железо имело название би-ни-пет (бенипет, коптское - бенипе), что в буквальном переводе означает небесная руда, или небесный металл. В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н.э.) имеются два упоминания о железе; в одном случае о нем говорится как о металле из города Кэзи (Верхний Египет), в другом - как о металле небесного изготовления (артпет). Древнегреческое название железа, так же как и северокавказское - зидо, связано с древнейшим словом, уцелевшим в латинском языке,-- sidereus (звездный от Sidus - звезда, светило). На древнем и современном армянском языке железо называется еркат, что означает капнувшее (упавшее) с неба. O том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют и распространенные у некоторых народов мифы о богах или демонах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, - плуги, топоры и пр. Интересен также факт, что к моменту открытия Америки индейцы и эскимосы Северной Америки не были знакомы со способами получения железа из руд, но умели обрабатывать метеоритное железо.
В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в. Во II в. н. э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами.
Впрочем, некоторые народы не связывали название железа с небесным происхождением металла. Так, у славянских народов железо называется по "функциональному" признаку. Русское железо (южнославянское зализо, польское zelaso, литовское gelesis и т. д.) имеет корень "лез" или "рез" (от слова лезо - лезвие). Такое словообразование прямо указывает на функцию предметов, изготовлявшихся из железа, -- режущих инструментов и оружия. Приставка "же", по-видимому, смягчение более древнего "зе" или "за"; она сохранилась в начальном виде у многих славянских народов (у чехов - zelezo). Старые немецкие филологи - представители теории индоевропейского, или, как они его называли, индогерманского праязыка - стремились произвести славянские названия от немецких и санскритских корней. Например, Фик сопоставляет слово железо с санскритским ghalgha (расплавленный металл, от ghal - пылать). Но вряд ли это соответствует действительности: ведь древним людям была недоступна плавка железа. С санскритским ghalgha скорее можно сопоставить греческое название меди, но не славянское слово железо. Функциональный признак в названиях железа нашел отражение и в других языках. Так, на латинском языке наряду с обычным названием стали (chalybs), происходящим от наименования племени халибов, жившего на южном побережье Черного моря, употреблялось название acies, буквально обозначающее лезвие или острие. Это, слово в точности соответствует древнегреческому, применявшемуся в том же самом смысле. Упомянем в нескольких словах о происхождении немецкого и английского названий железа. Филологи обычно принимают, что немецкое слово Eisen имеет кельтское происхождение, так же как и английское Iron. В обоих терминах отражены кельтские названия рек (Isarno, Isarkos, Eisack), которые затем трансформировались) isarn, eisarn) и превратились в Eisen. Существуют, впрочем, и другие точки зрения. Некоторые филологи производят немецкое Eisen от кельтского isara, означающего "крепкий, сильный". Существуют также теории, утверждающие, что Eisen происходит от ayas или aes (медь), а также от Eis (лед) и т.д. Староанглийское название железа (до 1150 г.) - iren; оно употреблялось наряду с isern и isen и перешло в средние века. Современное Iron вошло в употребление после 1630 г. Заметим, что в "Алхимическом лексиконе" Руланда (1612) в качестве одного из старых названий железа приведено слово Iris, означающее "радуга" и созвучное Iron.
Ставшее международным, латинское название Ferrum принято у романских народов. Оно, вероятно, связано с греколатинским fars (быть твердым), которое происходит от санскритского bhars (твердеть). Возможно сопоставление и с ferreus, означающим у древних писателей "нечувствительный, непреклонный, крепкий, твердый, тяжкий", а также с ferre (носить). Алхимики наряду с Ferrum ynoтребляли и многие другие названия, например Iris, Sarsar, Phaulec,Mineraи др.
Железные изделия из метеоритного железа найдены в захоронениях, относящихся к очень давним временам (IV - V тысячелетиях до н.э.), в Египте и Месопотамии. Однако железный век в Египте начался лишь с ХIIв. до н. э., а в других странах еще позднее. В древнерусской литературе слово железо фигурирует в древнейших памятниках (с XI в.) под названиями желъзо, железо, жельзо.
Получение и применение железа по праву относится к выдающимся достижениям человечества. По словам Ф. Энгельса, на рубеже II-I тыс. до н. э. «все культурные народы переживают свою героическую эпоху, - эпоху железного меча, а вместе с тем железного плуга и топора. Человеку стало служить железо, последний и важнейший из всех видов сырья, игравших революционную роль в истории...»
Железо как металл стало известно человечеству почти одновременно с медью и обрабатывалось оно, так же как и медь, ковкой. Спорадические находки археологами железных предметов (главным образом украшений, очень небольших по размеру) относятся к IV тыс. до н. э. Химический анализ отдельных предметов того времени показывает высокое содержание в них никеля (до 7,5%), что свидетельствует о метеоритном происхождении железа. Так, например, в Египте, в Эль-Герце при раскопках могил додинастического периода были найдены небольшие бусины, сделанные из кованой железной пластинки, свернутой в трубочку.
В настоящее время большинство исследователей сходится на том, что в начале III тыс. до н. э. племена, населявшие горы Армении на Кавказе (хетты, урартийцы, митани), впервые открыли секрет получения железа из руд. Свободное, так называемое самородное железо в земной коре в отличие от меди встречается крайне редко. Железо входит в состав многих минералов, из которых наиболее широко распространены магнетит, пирит-серный или железный колчедан, гематит (красный железняк), железный блеск и др. Железо плавится при температуре 1539° С. Такую температуру, несмотря на усовершенствование воздуходувных устройств, в небольших горнах получить еще не могли. В начале III тыс. до н. э. был открыт сыродутный процесс получения железа, который на протяжении II и I тыс. до н. э. распространяется повсеместно и до XIV в. нашей эры является единственным (за исключением тигельного способа, не имевшего большого производственного значения) способом производства железа.
При сыродутном процессе железо добывали из широко распространенных и легко доступных залежей бурого железняка, озерных и болотных руд: металл восстанавливался из железной руды при температуре 800-900°С. Процесс шел в горнах, загружавшихся попеременными слоями предварительно измельченной и обожженной на открытом огне железной руды и древесного угля. С помощью воздуходувных устройств (сопел и мехов, которые сначала были кожаными, а затем деревянными и металлическими) в горн нагнетали сырой, неподогретый воздух, откуда и пошло название всего процесса. В результате восстановления на дне горна образовывался ком мягкого сварного железа - крица весом от 1 до 8 кг. Крица состояла из мягкого (малонауглероженного) металла с пустотами, заполненными затвердевшим шлаком, образовавшимся из пустой породы и золы топлива. Шлак из крицы удаляли неоднократными ударами молота. После ковки железо становилось довольно высокого качества, но производительность первых печей была очень невелика, да и степень извлечения железа из руд не превышала 50%. Со временем производительность печей повысилась вследствие увеличения горнового пространства и усовершенствования воздуходувных устройств. Очень рано были открыты и способы получения более твердого металла - закалка и цементация железных изделий. Все дальнейшие достижения и изобретения в черной металлургии относятся к более позднему времени.
Впервые железные предметы (как дань города Пуршханда) упоминаются в начале II тыс. до н. э. В середине II тыс. до н. э. хеттский царь Хаттушиль пишет египетскому фараону Рамсесу II о посылке в Египет железа. В это же время хетты проникают в Северную Сирию, Палестину и Киликию, доходят до Вавилона в Месопотамии, занимают северные области Египта. Археолог В. Петри при раскопках в Гераре в Палестине обнаружил железные сошники, серпы, мотыги, которые он датировал XI в. до н. э. Однако широко применять железо на Древнем Востоке стали с IX-VIII вв. до н. э. Именно к этому времени относится расцвет Ассирийской державы, расположенной к северу от Месопотамии. Еще в XIII в. до н. э. железные предметы клали в виде вотивных даров при закладке храмов. Начиная с IX в. в ассирийских документах упоминаются железные мотыги, кинжалы, но и в это время железо еще полностью не вытеснило бронзу и камень при изготовлении орудий труда. При раскопках современного Хорсабада, во дворце ассирийского царя Саргона II, правившего в VIII в. до н. э., был найден склад железных слитков и орудий (лопаты, лемехи, мотыги). Лишь с VIII в. до н. э. железо получает широкое распространение. Из него начинают изготавливать доспехи и вооружение ассирийских воинов (панцири, щиты, шлемы, мечи, копья).
Железо в ГрецииОб использовании железа в Древней Греции мы впервые узнаем из поэм Гомера «Илиада» и «Одиссея». В тексте «Илиады» встречается 23, а в «Одиссее» 25 упоминаний о железе. В поэмах фигурируют кузнецы, золотых дел мастера, кожевники, гончары, плотники. Однако процесс отделения ремесла от земледелия в Древней Греции еще находился в самом начале своего развития. Главными отраслями хозяйства оставались земледелие и скотоводство. Торговля еще не имела большого значения; земля была собственностью общин. Однако процесс имущественного расслоения все время ускорялся. Постоянные войны доставляли рабов. Рабство носило патриархальный, ограниченный характер. В отличие от стран Древнего Востока, где рабов широко использовали в храмовых и дворцовых хозяйствах, при сооружении и эксплуатации ирригационных систем, на строительных работах, рабы в Древней Греции не занимались ни земледелием, ни ремеслами. Их использовали лишь для домашних работ.
В VII-V вв. до н. э. в Греции в результате широкого распространения железа, проникновения его во все области хозяйства начинается период бурного развития производительных сил. Получает распространение регулярная добыча руд железных и цветных металлов. Главными центрами греческой металлургии становятся Самос, Кнос, Коринф, Халкида, Лаконика, Эгина, Лесбос.
Постепенно в Греции формируется рабовладельческий строй. Появляются рабовладельческие города-государства (полисы). К IV в. до н. э. рабство в Греции достигает максимальных размеров. Оно охватывает все основные отрасли производства и становится господствующей формой эксплуатации.
Свободный труд почти полностью вытесняется рабским, особенно в ремесленном производстве. В первой половине VII в. до н. э. начинают чеканить монеты. В связи с развитием морской торговли (в V-IV вв. до н. э. центром морской торговли становится афинская гавань Пирей) чеканная монета быстро распространяется по всему Средиземноморью. Рост товарно-денежных отношений привел к третьему крупному общественному разделению труда - возникает «класс, который занимается уже не производством, а только обменом продуктов, а именно купцов».
Под влиянием развития производительных сил в Греции, вызванного широким использованием железа в хозяйственной жизни, а также в результате завоеваний Александра Македонского в странах Восточного Средиземноморья, Западной Азии в период эллинизма (Эллинизм - период истории Восточного Средиземноморья, Западной Азии и Причерноморья со времен завоеваний Александра Македонского (IV в. до н. э.) до подчинения Египта Римом (I в. до н. э.)) строй существовавших там рабовладельческих государств приобретает новые черты. Повсюду наблюдается громадный рост рабства и работорговли; рабов селили на землю небольшими группами, подавляющая часть производимой ими продукции поступала рабовладельцу. Большую роль начинают играть города как торгово-ремесленные центры; в них стали прививаться античная форма рабства и полисное устройство, но при этом сохранялись многие черты деспотических государств и прежде всего верховная собственность царя на землю. В период эллинизма греки основали ряд колоний в Причерноморье, где также возникли полисы.
Роль железа в ремесленном производстве
Только в результате широкого использования железа в производстве ремесло окончательно отделилось от сельского хозяйства. С отделением ремесла от земледелия создаются предпосылки производства непосредственно для обмена.
Основу ремесленного производства в Греции составляли мастерские - эргастерии. Как правило, в таких мастерских работало от 3 до 12 рабов. Во главе мастерской стоял или рабовладелец, или надсмотрщик из рабов. Лишь в IV тыс. до н. э. существовали эргастерии, объединявшие несколько десятков рабов. Разделения труда внутри мастерской не было: как правило, изготовление готового продукта от начала до конца было делом рук одного работника. Однако в гончарных мастерских в VI в. до н. э. наблюдалось разделение труда: формовка, обжпг посуды осуществлялись разными мастерами.
Следствием технической революции, вызванной широким распространением железа, прежде всего явилась дифференциация ремесленного производства и высокий уровень изготовления ремесленного инструмента. Наряду с рабами в ремесленном производстве в Древней Греции и в Риме трудились свободные ремесленники.
Высокого уровня достигло кузнечное ремесло. В кузницах стоял горн с ручными двойными воздуходувными мехами. Центральное место занимала железная или бронзовая наковальня. Кузнецы пользовались молотами, клещами, топорами, шарнирными щипцами, зубилами, тисками, сверлами. В VIII в. до н. э. кузнец Главк из Хиоса изобрел способ паяния железа; до этого времени использовали клепку.
При обработке меди и бронзы применяли следующие операции: литье, ковку, штамповку, чеканку, гравировку, инкрустацию, паяние, волочение, серебрение и золочение. В первых веках нашей эры в римских мастерских для обработки металлических поверхностей стали использовать наждак. Наряду с известными ранее цветными металлами и сплавами - медью, золотом и серебром - вошли в употребление латунь и сурьма.
Высокое мастерство было достигнуто в литье бронзы. Известно изображение литейной мастерской на чернофигурной вазе VI в. до н. э. В мастерской находилась плавильная печь со специальной камерой, отделенной от топки; большой глиняный сосуд с металлом помещали в эту камеру для плавки. По восковой модели отливали художественные изделия. В конце VI в. до н. э. впервые применяют полое литье при отливке крупных бронзовых статуй. Примером высокого уровня ремесленной техники может служить сооружение в III в. до н. э. гигантской статуи бога Солнца на о-ве Родос. Железный каркас статуи был установлен на массивном пьедестале; затем на этот каркас монтировали по частям бронзовый покров статуи. Эта статуя высотой 35 м получила название «Колосс родосский» и позднее была причислена к «семи чудесам света».
Роль железа в строительстве
С широким распространением железных инструментов начинается расцвет греческой архитектуры и строительства. Греческим зодчим принадлежит одно из важнейших достижений архитектуры - создание ордера (закономерной системы архитектурных форм): дорического, ионического коринфского.
В классический период Древней Греции (V-IV вв. до н. э.), во время возвышения Афин, разрабатываются приемы гармонической соразмерности отдельных частей зданий. Это время расцвета греческого искусства. Создаются такие шедевры мирового искусства, как афинский акрополь Парфенон, храм Бескрылой победы и др. Парфенон был возведен в 447-438 гг. до н. э. архитекторами Иктином и Калликратом под руководством греческого скульптора Фидия. В IV в. до н. э. в Эпидавре был построен театр - один из лучших памятников строительной техники. Под воздействием греческой культуры римляне переняли ордерную систему. В VI-I вв. до н. э. в строительной технике широко распространяются арочные и сводчатые конструкции, воздвигаются крупные общественные здания. Был построен гигантский амфитеатр Колизей длиной 187,5, шириной 156,7 и высотой до 46,6 м, вмещавший до 90 тыс. человек. Из сооружений, в которых римляне достигли большого искусства, известны огромных размеров стадион на Марсовом поле, дворец Флавиев, арка Тита с двумя триумфальными рельефами. Из памятников нельзя не упомянуть знаменитый маяк (известный как один из «семи чудес света»), сооруженный из белого мрамора в 283 г. до н. э. на о-ве Фарос у входа в Александрийскую гавань. Фаросский маяк представлял собой трехэтажную башню высотой 120 м. Она служила не только маяком, но и защищала от вторжения вражеских кораблей вход в порт; внутри башни размещался большой гарнизон. Нижняя часть башни, построенная из известняка, имела квадратное сечение с длиной сторон 30,5 м; второй этаж представлял собой восьмигранник; в верхнем этаже цилиндрической формы горел огонь маяка. По винтообразной рампе горючее для маяка поднимали на ослах. В нижней части башни находился огромный резервуар с запасом питьевой воды.
В строительстве железо применяли лишь в виде скоб, различного рода скрепок, штырей, затяжек, но его широко использовали и для изготовления столярных и плотничьих инструментов: топоров, сверл, молотков, продольных и поперечных пил, долот, резаков, стамесок, рубанков.
В окна вставляли стекла (при раскопках Помпеи были обнаружены небольшие оконные стекла размером 4X5 см) и слюду (о чем упоминает Плиний). Стекло использовали также для изготовления красочной мозаики.
Чтобы проверить пригонку камней и их уровень, строители пользовались циркулем, ватерпасом, отвесом, линейкой, угольником. С V в. до н. э. были известны механизмы для подъема тяжестей (блоки, вороты, полиспасты).
Качество и области применения железаЖелезо, хотя и не сразу, показало более совершенные качества по сравнению с бронзой. Принято считать, что совершенствование орудий труда повлекло за собой и социальный прогресс.
Как считает большинство специалистов, переход от бронзы к железу, скорее всего, осуществился из-за практических нужд. На самом деле, бронзовые орудия труда более долговечны, и для их производства не требуется столь высокая температура, как для железа. Однако бронза всегда была дорогим металлом, а бронзолитейное дело более трудоемко, прежде всего, из-за жесткой зависимости от источников сырья, в первую очередь, олова, которое встречается в природе гораздо реже, чем медь. По оценкам, даже в Древнем Египте добыча меди не превышала 7 тонн в год. Египтяне ввозили медь. В Центральной Европе производилось приблизительно 16,5 тонн в год. В микенскую эпоху на Пилосе 400 литейщиков производили 1 тонну бронзы в год.
В конце эпохи бронзы началось массовое изготовление бронзовых орудий, что очень быстро привело к истощению запасов олова. А это вызвало кризис производства, который, скорее всего, стал стимулом для поисков в сфере черной металлургии.
Известно, что в стратифицированных обществах металлургия находилась под контролем знати. Это касается, прежде всего, бронзолитейного производства. Железные руды были более доступны. Болотные руды есть практически повсюду. Данное обстоятельство оказалось решающим для обширных пространств лесной зоны, которые в эпоху бронзы отставали в социально- экономическом развитии от южных регионов. Стала совершенствоваться земледельческая техника, появился железный лемех, пригодный для распашки тяжелых лесных почв. Зона земледелия расширилась значительно за счет лесной зоны. В результате в эпоху железа исчезли многие леса Западной Европы. Но и в традиционно земледельческих районах внедрение железа способствовало улучшению ирригационных систем и повышению продуктивности полей.
Античное земледелие складывалось в виде плужного неполивного, имеющего товарный характер. Потребность в земельных и людских ресурсах стимулировала втягивание в экономическую деятельность соседних племен и породила великую греческую колонизацию.
В умеренной полосе земледелие имело иной характер. Долгое время считалось, что здесь подсечно-огневое земледелие возникло в железном веке. Это произошло ранее, но железный век стал временем его распространения. Подсечно-огневое земледелие имело большой недостаток – почвы быстро истощались, и их требовалось гораздо больше, чем при ирригации. Поэтому вместе с подсекой начали использовать двуполье и трехполье. В лесостепи развивалось пашенное неполивное земледелие и различные формы скотоводства. В лесной зоне наряду с пашенным земледелием практиковалось животноводство, в отдаленных районах лесной полосы, в особенности за Уралом основу жизнедеятельности составляли по-прежнему охота и рыболовство.
В степной зоне сложился новый хозяйственно-культурный тип кочевых скотоводов. Это был не только особый тип экономики, но и своеобразный образ жизни, о котором мы поговорим позже.
В сельском хозяйстве появилось много новых или более совершенных орудий, например, серпы, косы, садовые ножи, железные лемехи плугов и сох, топоры для вырубки леса. Железными кирками и лопатами в V в. до н.э. был вырыт туннель на острове Самос.
По свидетельству Г.Чайлда, к началу н.э. все виды ремесел и сельскохозяйственных орудий, кроме винта и шарнирных ножниц, уже были известны. В эпоху железа кузнечное дело стало первым профессиональным ремеслом. Появилось множество кузнечных инструментов и инструментов для изготовления деревянных бочек, обуви и обработки кожи. В IV в. до н.э. была изобретена вращающаяся мельница для размола горной породы. В Аттике стали использовать железную ось в колесах, но в Англии и в Северной Европе ее начали применять только в начале н.э. Уже в VIII в. до н.э. из железа начали делать различные мелкие детали для транспорта.
Оружейное дело стало более специализированным. В вооружении появились стальные мечи, шлемы, наладилось массовое производство наконечников стрел. Еще во II тыс. до н.э. была изобретена легкая конная повозка, но в железном веке преимущество перешло к верховой езде. В IX-VIII вв. до н.э. ассирийцы ввели постоянные конные отряды, а для колес стали использовать стальные ободья. Ассирийская тактика имела свои недостатки: смерть одного всадника вызывала расстройство конницы. Всадник, основным оружием которого был дротик, был весьма уязвим. Поскольку в то время еще не было стремян, всадник вынужден был одной рукой держать поводья. Если пехотинец мог сделать 6-7 выстрелов в минуту, то конник – значительно меньше. Поэтому в Ассирии конники ездили по двое. Позже после появления легкого скифского лука и скифской тактики ассирийцы провели реформу армии.
Известно, что, сидя на коне, скифы стреляли вбок и назад. Появилось массовое конное войско. С VII-VI в. до н.э. скифские стрелы были введены во все армии Ближнего и Среднего Востока. Более совершенной стала осадная техника: понтонные мосты, подкопы, осадные насыпи, тараны, устройства для метания камней и горящей пакли. Появился флот (гребные суда). Из других нововведений следует отметить шадуф (журавль для подъема воды), герд (соединенный в кольцо канат с навешенными кожаными ведрами, приводимый в движение волами), сакию (водоподъемное колесо со стальной осью).
Улучшились приемы домостроительства, стала совершеннее архитектура, усложнились виды фортификаций, зона их распространения значительно расширилась на север. Иногда железный век Восточной Европы называют веком городищ. Облегчилось строительство дорог. Расширился обмен, начали чеканиться монеты.
Экономические предпосылки ускорили формирование сложных иерархических обществ. Появились новые государственные образования. Вступил в силу фактор влияния передовых цивилизаций на первобытную периферию. По словам Гордона Чайлда, дешевое железо и алфавит сделали общество более демократичным.
По мнению Ясперса, I тыс. до н.э. – это осевое время. В Персии возникли классический иудаизм и зороастризм, в Китае – конфуцианство, в Индии произошел переход от ведизма к буддизму, янизму и другим течениям, в Греции – до-Гомеровский мифологический цикл сменился классической философией.
На земле ценилось значительно дороже золота. Советский историк Г. Арешян изучал влияние железа на древнюю культуру стран Средиземноморья.
Он приводит такую пропорцию: 1:160: 1280: 6400. Это соотношение стоимостей меди, серебра, золота и железа у древних хеттов. Как свидетельствует в «Одиссее» Гомер, победителя игр, устроенных Ахиллесом, награждали куском золота и куском железа.
Было в равной степени необходимо и воину, и пахарю, а практическая потребность, как известно,- лучший двигатель производства и технического прогресса.
Термин «железный век» введен в науку в середине XIX в. датским археологом К. Ю. Томсеном. «Официальные» границы этого периода человеческой истории: от IX-VII вв. до н. э. когда у многих народов и племен Европы и Азии начала развиваться металлургия железа, и до времени возникновения у этих племен классового общества и государства. Но если эпохи называть по главному материалу орудий труда, очевидно, железный век продолжается и сегодня.
Как получали наши далекие предки? Сначала так называемым сыродутным методом. Сыродутные печи устраивали прямо на земле, обычно на склонах оврагов и канав. Они имели вид трубы. Эту трубу заполняли древесным углем и железной рудой. Уголь зажигали, и ветер, дувший в склон оврага, поддерживал горение угля.
Железная руда восстанавливалась, и получалась мягкая крица -железо с включениями шлака. Такое железо называют сварочным; в нем содержалось немного углерода и примесей, перешедших из руды. Крицу ковали, куски шлака отваливались, и под молотом оставалось железо, пронизанное шлаковыми нитями. Из него отковывали различные орудия.
Век сварочного железа был долгим, однако людям древности и раннего средневековья было знакомо и другое железо. Знаменитую дамасскую сталь (или булат) делали на Востоке еще во времена Аристотеля (IV в. до н. э.). Но технология ее производства, так же как процесс изготовления булатных клинков, много веков держалась в секрете.
От домницы к домне
Сыродутный процесс во многом зависел от погоды: нужно было, чтобы ветер обязательно задувал в «трубу». Стремление избавиться от капризов погоды привело к созданию мехов, которыми раздували огонь в сыродутном горне. С появлением мехов отпала надобность устраивать сыродутные горны на склонах. Появились печи нового типа - так называемые волчьи ямы, которые выкапывали в земле, и домницы, которые возвышались над землей. Их делали из камней, скрепленных глиной. В отверстие у основания домницы вставляли трубку мехов и начинали раздувать печь. Уголь сгорал, а в горне печи оставалась уже знакомая нам крица. Обычно, чтобы вытащить ее наружу, выламывали несколько камней в нижней части печи. Затем их опять закладывали на место, заполняли печь углем и рудой, и все начиналось сначала.
Само слово «домница» происходит от славянского слова «дмути», что означает «дуть». От этого же слова происходят слова «надменный» (надутый) и «дым». По-анг-лийски доменная печь называется, как и по-русски, дутьевой - blast furnace. А во французском и немецком языках эти печи получили название высоких (Hochofen по-немецки и haut fourneau по-французски).
Домницы становились все больше. Увеличивалась производительность мехов; уголь горел все жарче, и железо насыщалось углеродом.
При извлечении крицы из печи выливался и расплавленный чугун - железо, содержащее более 2% углерода и плавящееся при более низких температурах. В твердом виде чугун нельзя ковать, он разлетается на куски от одного удара молотом. Поэтому чугун, как и шлак, считался вначале отходом производства. Англичане даже назвали его «свинским железом» - pig iron. Только потом металлурги сообразили, что жидкий чугун можно заливать в формы и получать из него различные изделия, например пушечные ядра.
К XIV-XV вв. доменные печи, производившие чугун, срочно вошли в промышленность. Высота их достигала 3 м и более, они выплавляли литейный чугун, из которого лили уже не только ядра, но и сами пушки.
Подлинный поворот от домницы к домне произошел лишь в 80-х годах XVIII в., когда одному из демидовских приказчиков пришла в голову мысль подавать дутье в доменную печь не через одно сопло, а через два, расположив их по обеим сторонам горна. Лиха беда начало! Число сопел, или фурм (как их теперь называют), росло, дутье становилось все более равномерным, увеличивался диаметр горна, повышалась производительность печей.
Еще два открытия сильно повлияли на развитие доменного производства. Долгие годы топливом доменных печей был древесный уголь. Существовала целая отрасль промышленности, занимавшаяся выжиганием угля из дерева. В результате леса в Англии вырубили до такой степени, что был издан специальный указ королевы, запрещающий уничтожать лес ради нужд черной металлургии. После этого английская металлургия стала быстро хиреть. Британия была вынуждена ввозить чугун из-за границы, главным образом из России. Так продолжалось до середины XVIII в., когда Абрагам Дерби нашел способ получения кокса из каменного угля, запасы которого в Англии очень ведшей. Кокс стал основным топливом для доменных печей.
С изобретением кокса связана легенда о Даде Дадли, который якобы изобрел коксование еще в XVI в., задолго до Дерби. Но фабриканты древесного угля испугались за свои доходы и, сговорившись, убили изобретателя.
В 1829 г. Дж. Нилсон на заводе Клейд (Шотландия) впервые применил вдувание в домны нагретого воздуха. Это нововведение повысило производительность печей и резко снизило расход топлива.
Последнее значительное усовершенствование доменного процесса произошло уже в наши дни. Суть его - замена части кокса дешевым природным газом.
Что такое булат
И булат, и дамасская сталь по химическому составу не отличаются от обычной нелегированной стали. Это 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 , драгоценные камни, слоновую кость. Придумывались хитроумнейшие (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, связав их со структурой. Дендриты состоят из тугоплавкость 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 она превращается в зигзагообразную. Особенности рисунка в значительной мере зависят от силы и направления ударов, от мастерства кузнеца.
Дамасская сталь древности - это тот же булат, но позднее так называли сталь, полученную путем кузнечной сварки из многочисленных стальных проволочек или полос Проволочки делались из сталей с разным содержанием углерода, отсюда те же свойства, что и у булату. В средние века искусство приготовления такой стали достигло наибольшего развития. Известен японский клинок, в структуре которого обнаружено около 4 млн. микроскопически тонких стальных нитей. Естественно, процесс изготовления оружия из дамасской стали еще более трудоемок, чем процесс изготовления булатных сабель.
Свободное самородное железо в земной коре, в отличие от меди, почти не встречается. Но оно входит в состав многих минералов и распространено гораздо шире цветных металлов. В древности его можно было добывать буквально повсюду - из озерных, болотистых, луговых и других руд. Однако, по сравнению с металлургией меди, металлургия железа является достаточно сложным процессом.
Железо плавится при температуре 1539 градусов. Такая высокая была совершенно недоступна древним мастерам. Поэтому железо вошло в обиход человека значительно позже меди. Его широкое применение в качестве материала для изготовления оружия и инструментов началось только в первом тысячелетии до Рождества Христова, когда стал известен сыродутный способ восстановления железа.
Впрочем, некоторые народы научились металлургии железа значительно раньше; например, племена, населявшие территорию современной Армении, умели получать железо из руд уже в третьего тысячелетия до 
Рождества Христова.
Наиболее распространенные железные руды (магнитный железняк, красный железняк и бурый железняк) представляют собой либо соединение железа с кислородом (оксид железа), либо гидрат окиси железа. Для того чтобы выделить металлическое железо из этих соединений, необходимо восстановить его - то есть отнять у него кислород.
Разумеется, древние мастера не имели понятия о сложных химических процессах, которые происходили при восстановлении железа. Однако, наблюдая за «плавкой» руды, они, в конце концов, установили несколько важных закономерностей, которые и легли в основу простейших методов производства железа.
Прежде всего, наши предки заметили, что для получения железа вовсе не обязательно доводить его до температуры плавления. Металлическое железо можно получать и при гораздо меньших температурах, но при этом должно быть больше топлива, чем при выплавке меди, и это топливо должно быть лучшего качества. Необходимо также, чтобы огонь был как можно более «горячим». Все это требовало особого устройства печи и условий плавки.
Как правило, приступая к «плавке» железа, мастера сначала выкапывали круглую яму, стенки которой изнутри обмазывались толстым слоем глины. С наружной стороны к этой яме подводилось отверстие для нагнетания воздуха. Затем 
над округлой нижней частью сооружали верхнюю в виде конуса. В качестве топлива использовался древесный уголь. Его засыпали в самый низ печи - в яму. Сверху на него укладывали слоями шихту - измельченную руду и уголь. На самый верх засыпали толстый слой угля.
После того как топливо внизу поджигалось, начинался сильный разогрев руды. При этом шла химическая реакция окисления углерода (угля) и восстановления железа. В виде мельчайших лепестков тестообразное железо, которое было в три раза тяжелее шлака, опускалось вниз и оседало в нижней части печи. В результате на дне ямы собирался ком мягкого сварного железа - крица, весом от 1 до 8 кг. Она состояла из 
мягкого металла с пустотами, заполненными твердыми шлаками. Когда «плавка» заканчивалась, печь разламывали и извлекали из нее крицу.
Дальнейшая обработка происходила в кузнице, где крицу снова разогревали в горне и обрабатывали ударами молота, чтобы удалить шлак. В металлургии железа ковка на многие века сделалась основным видом обработки металла, а кузнечное дело стало важнейшей отраслью производства. Только после ковки железо приобретало удовлетворительные 
качества. Чистое железо, впрочем, невозможно использовать из-за его мягкости.
Хозяйственное значение имел только сплав железа с углеродом. Если полученный металл содержал от 0, 3 до 1, 7% углерода, получалась сталь, то есть железо, которое приобрело новое свойство - способность к закалке. Для этого изготовленный инструмент нагревали докрасна, а затем охлаждали в воде. После закалки он становился очень твердым и приобретал замечательные режущие качества. При естественном притоке воздуха температура в поднималась не выше 1000 градусов.
Уже в древности было замечено, что из той же руды можно получить больше железа и лучшего качества, если в печь 
искусственно нагнетать воздух с помощью мехов. Меха делались из шкур, снабжались дульцами и приводились в движение вручную. С помощью сопел и мехов в печь нагнетали сырой не подогретый воздух, откуда и пошло название всего процесса. Однако и при этом способе температура могла подниматься только до 1200 градусов, и из руды извлекалось не более половины содержавшегося в ней железа.
Являясь общедоступным и дешевым материалом, железо очень скоро проникло во все отрасли производства, быта и военного дела и произвело переворот во всех сферах жизни. Железный топор и соха с железным лемехом позволили освоить земледелие тем народам, которым до этого оно было совершенно недоступно. Только после распространения железа земледелие у большинства народов превратилось в важнейшую отрасль производства.
Железо дало ремесленнику инструменты такой твердости и остроты, которым не могли противостоять ни камень, ни . Они явились той основой, на которой стали бурно развиваться другие ремесла. Эти крупные сдвиги положили конец первобытному обществу. На смену ему пришло более развитое - классовое общество.
История возникновения железа
Железная эра (I тыс. до н.э.) - период ранней истории человечества, который определяется развитием металлургии и использованием железных изделий (ножи, топоры, посуду, оружие, украшения и т.п.).
Железный век в системе трех периодов
Разделение ранней истории человечества на три периода археологических культур: каменный, бронзовый и железный век предложил датский археолог Христиан Юргенсен Томсен для облегчения классификации археологических находок. Лучше предложена Момсеном классификация артефактов работает для археологических находок Средиземноморья и Ближнего Востока. В других древних культурах, например, культуре Древнего Китая, выделить бронзовый и железный века труднее.
Термин «железный век», встречается гораздо раньше, в книге «Труды и дни» Гесиода, где история человечества разделена на 5 эпох: золотая, серебряная, бронзовая, эпоха героев и железная эпоха. Однако это древнее разделение мифологическое, а не археологическое.
Все народы и цивилизации пережили период распространения металлургии и железных изделий. Но к культурам железного века относят только цивилизации ранней истории, которые впоследствии прошли рабовладельческий период.
Продолжительность железной эпохи
Период эпохи железного века - был наименее длительным среди других эпох. Он начался с Темных времен Греции в 12 веке до н.е. в Европе и на Ближнем Востоке, и в 11 веке в Индии и Азии. Считается, что железная эпоха закончилась с возникновением примерно в 3 веке до Рождества Христова писаной истории, дает нам представление о событиях от непосредственных ее участников (развитый эллинизм и Римское государство).
В Америке, Австралии и Океании железная эра началась лишь с появлением европейцев.
Если так можно выразиться, мы продолжаем жить во времена развитого железного века. Железо и металлургия не утратили своего значения до сих пор. Еще недавно СССР был несравненным лидером по производству чугуна и стали.
Открытие железа
Ранняя технология получения и обработки железа была примитивной по сравнению с современной металлообработкой. Древнейшие железные артефакты, найденные археологами, были из метеоритного железа, вернее сплава железа с никелем. Добыча железной руды и выплавление железа началось в конце бронзового века. Вопрос о том, откуда начался этот процесс: существовал ли сначала один центр выплавления железа или эта технология возникла в разных частях мира независимо – дискутируется археологами. Самая распространенная теория утверждает, что плавление железа зародилось в Восточной Анатолии примерно за 1200 лет до нашей эры.
Первой технологией виплавления железа была сыродутная. В земле выкапывалась яма, куда складывали слоями руду и уголь. Над ямой сооружали купол с дымоходом. Воздух в печь подавалось с помощью кузнечных мехов. Такая конструкция обеспечивала возобновление железа без расплавления - температура была слишком низкой. Технология была малоэффективной. В результате, разрушив печь, из нее вынимали пористое вещество, которое называли сталью. Она состояла из железа и шлака. Ее потом уплотняли с помощью кузнечных молотов. Сыродутное железо было низкого качества и хрупкое. Оно уступало по твердости перед бронзой.
Преимуществом железа над бронзой была доступность сырья. Скобяные изделия из железа стали лучше за бронзовых только с началом освоения процесса варки стали, что произошло в раннем Средневековье. С тех пор люди начали широко применять железо. А до того скобяные изделия уступали качеством бронзе, но железная руда была доступна и могла быть найдена практически везде, тогда как производство бронзы требует медных и оловянных руд, месторождения которых были далеко и нуждались перевозок и торговли.
С изобретением технологии плавления железа произошли значительные изменения в человеческом обществе - люди получили в достаточном количестве инструменты. Практически все бытовые скобяные изделия, кроме ножниц и винтов, были впервые изготовлены в железную эру.
