Как человек открыл обработку металла: история возникновения и развития металлообработки

С древнейших пор история человечества неразрывно связана с металлом. Люди учились добывать его, обрабатывать, делать прочнее и надежнее. Именно металл и способы его обработки лежат в основе промышленного прогресса. Неслучайно целые эпохи в развитии человечества назывались по распространенному в это время материалу: медный, бронзовый и железный век.

В сегодняшней статье речь пойдет про историю возникновения и развития металлообработки. Рассмотрим, как с развитием технологии появлялись новые вещи, без которых невозможно представить современную жизнь.

Медный век — открытие первого металла

Согласно современным археологическим данным, первым используемым металлом в истории человечества было метеоритное железо. Оно обнаруживается на поверхности земли, имеет красивый вид и легко обрабатывается с помощью каменных орудий. Однако такой материал очень редкий — в те времена он встречался только на территории северной Африки, поэтому широкого распространения не получил и практически не оказал влияния на развитие технологий.

Первым металлом, получившим массовое распространение, стала медь примерно в IV-III тысячелетии до нашей эры. Медь (реже золото) находили в форме самородков и обрабатывали с помощью обивки и шлифования так же, как и каменные орудия. Технологии в это время оставались примитивными, а получившиеся изделия — слишком мягкими. Их использовали в качестве украшений, а вот для практической пользы они не годились.

С течением времени люди начали создавать орудия из меди, но делали это редко, так как по характеристикам они уступали каменным. Новую эпоху в промышленности открывает добавление к меди различных примесей.

Бронзовый век — открытие первых сплавов

Развитию металлургии способствовало появление гончарного дела. Для получения керамики требуется нагреть глину до температуры 1000 ℃ и поддерживать ее в течение нескольких часов. Так появились гончарные печи, в которых можно выплавить и руду.

Неясно, как именно люди пришли к экспериментам с огнем и самородками меди и олова, но таким образом появился их сплав — бронза, оказавшаяся крепче и тверже исходных металлов. В разных регионах период бронзового века растянулся на неодинаковые сроки, в Европе он продлился, приблизительно, с 3200 до 1000 годов до нашей эры.

Бронзовый век характеризуется появлением и бурным развитием металлургии в полном смысле этого слова. Чаще всего из металла производили оружие и доспехи, но археологи обнаруживают и орудия труда, музыкальные инструменты, посуду и украшения.

Основными металлургическими центрами в это время выступали Месопотамия, Египет, Индия и Китай, позже к ним добавилась южная Европа — территории современных Италии, Греции и острова Крит. В бронзовом веке складывается полный цикл металлургического производства, включая:

• Добычу и транспортировку руды;
• Выжиг древесного угля и подготовку материалов;
• Выплавку и рафинирование металла;
• Литье и ковку (реже другие способы металлообработки);
• Импортирование.

Важный этап — торговля с другими племенами и государствами. Так складываются металлургические регионы, специализирующиеся на производстве и продаже бронзовых изделий, вокруг которых возникают древние государства. Специализация позволила достичь нового уровня мастерства — в бронзовом веке активно развивались технологии холодной ковки и литья. Накопление навыка и передача опыта приводят к появлению ремесла, а производство оружия и доспехов становится способом заработка.

Олово — достаточно редкий металл, который встречается далеко не повсеместно. К первому тысячелетию люди практически полностью исчерпали известные на тот момент его месторождения, что привело к серьезному кризису бронзового века. А где кризис, там и возможности. Так начинается новая эпоха металлургии.

Железный век — новые возможности

Железо встречается чаще олова, но для его обработки требуются более высокие температуры, иначе оно остается слишком мягким. Примерно к 1200 году до нашей эры на территории современной Турции появляются сложные кузнечные горны, а вместе с ними и первые железные орудия.

К уже известным ковке и литью добавляются новые методы обработки металла:

• Многократный обжиг и обогащение углеродом. Такая технология позволила преодолеть проблему мягкости железа.
• Сверление. Не все задачи можно было решить с помощью отливки: некоторые изделия требовали сверления сквозного отверстия в металле. Старые технологии успешно проделывали дыру в камне, но не справлялись с металлами. Так возникли металлические сверла.
• Резка. Обработка поверхности режущими инструментами делает изделие более ровным и гладким. В это время возникает прототип современного токарного станка — вращающийся диск с резцом для механической обработки.

С обработкой железа открываются новые сплавы. При чем, как и в случае с бронзой, происходит это, скорее всего, случайно и неосознанно. В это время возникают:

• Около 1000 года до нашей эры в Индии получили сталь. Для этого использовали тигли — сосуды для нагрева и обжига — для плавки железа с углем, благодаря которому сплав насыщался углеродом. Изготовленные таким образом клинки обладали высокой прочностью и остротой.
• Приблизительно в 500 году до нашей эры в Китае смогли достичь температуры 1500 ℃, благодаря чему впервые получили чугун. Новый сплав активно применяли для создания сельскохозяйственного оборудования, инструментов и оружия.
• Уже в средние века в Европе научились нагревать железные заготовки в присутствии угля, насыщая их углеродом. Так получилась дамасская сталь.

Дальнейшее развитие технологий и современность

Дальнейшее развитие металлургии связано с упрощением и автоматизацией производства. На смену станкам, работающим от ручного труда, приходят водяные мельницы. Это не только упростило физическую работу, но и позволило при ковке сообщать всегда одинаковую силу удара по металлу. Это повысило качество изготавливаемых орудий и снизило количество брака. Промышленная революция XVIII века и появление паровых машин оказало огромное влияние на металлургию. Продукция стала массовой, а результат воспроизводимым.

Сегодня существует большое количество разнообразных методов металлообработки, каждая из которых улучшает и дополняет процесс производства. Наиболее распространенные — сварка, литье, механическая обработка и высокое давление прессом. Новые технологии значительно повысили качество выпускаемой продукции.