Появление железа и его роль в истории. Железо (история изобретения)
Железные сплавы
Более-менее общеизвестно, что материал, в обиходе называемый железом, даже в простейшем случае представляет собой сплав собственно железа, как химического элемента, с углеродом . При концентрации углерода менее 0.3% получается мягкий пластичный тугоплавкий металл, за которым и закрепляется название его основного ингредиента - железа. Представление о том железе, с которым имели дело наши предки, сейчас можно получить, исследовав механические свойства гвоздя.
При концентрации углерода более 0,3%, но менее 2,14% сплав называется сталью . В первозданном виде сталь походит по своим свойствам на железо, но, в отличие от него, поддается закалке - при резком охлаждении сталь приобретает большую твёрдость - замечательное достоинство, однако, почти совершенно сводимое на нет благоприобретенной в процессе той же закалки хрупкостью.
Наконец, при концентрации углерода свыше 2,14% мы получаем чугун . Хрупкий, легкоплавкий, хорошо пригодный для литья, но не поддающийся обработке ковкой, металл.
Первым шагом в зарождающейся чёрной металлургии было получение железа путём восстановления его из окиси. Руда перемешивалась с древесным углем и закладывалась в печь. При высокой температуре создаваемой горением угля, углерод начинал соединяться не только с атмосферным кислородом, но и с тем, который был связан с атомами железа.
После выгорания угля в печи оставалась так называемая крица - комок вещества с примесью восстановленного железа. Крицу потом снова разогревали и подвергали обработке ковкой, выколачивая железо из шлака. Долгое время в металлургии железа именно ковка была основным элементом технологического процесса, причём, с приданием изделию формы она было связана в последнюю очередь. Ковкой получался сам материал.
Сталь производилась уже из готового железа путём науглероживания последнего. При высокой температуре и недостатке кислорода углерод, не успевая окисляться, пропитывал железо. Чем больше было углерода, тем тверже оказывалась сталь после закалки.
Как можно было заметить, ни один из перечисленных выше сплавов не обладает таким свойством, как упругость. Железный сплав может приобрести это качество, только если в нем возникает чёткая кристаллическая структура, что происходит, например, в процессе застывания из расплава. Проблема же древних металлургов заключалась в том, что расплавить железо они не могли. Для этого требуется разогреть его до 1540 градусов, в то время как технологии древности позволяли достичь температур в 1000−1300 градусов. Вплоть до середины XIX века возможным считалось расплавить до жидкого состояния только чугун, так как плавкость железных сплавов возрастает по мере увеличения концентрации углерода.
Таким образом, ни железо, ни сталь сами по себе для изготовления оружия не годились. Орудия и инструменты из чистого железа выходили слишком мягкими, а из чистой стали - слишком хрупкими. Потому, чтобы изготовить, например, меч, приходилось делать бутерброд из двух пластин железа, между которыми закладывалась стальная пластина. При заточке мягкое железо стачивалось и появлялась стальная режущая кромка.
Такое оружие, сваренное из нескольких слоев с разными механическими свойствами, называлось сварным. Общими недостатками этой технологии являлись излишняя массивность и недостаточная прочность изделий. Сварной меч не мог пружинить, вследствие чего неизбежно ломался или гнулся при ударе о непреодолимую преграду.
Отсутствием упругости недостатки сварного оружия не исчерпывались. В дополнение к упомянутым недостаткам, его, например, невозможно было толком заточить. Железу можно было придать какую угодно остроту (хотя и стачивалось оно со страшной скоростью), но и тупилась мягкая режущая кромка из железа почти мгновенно. Сталь же точиться не желала - режущая кромка крошилась. Здесь налицо полная аналогия с карандашами - мягкий грифель легко сделать очень острым, но он сразу затупится, а твёрдый до особой остроты не доведешь - десять раз сломается. Так что, бритвы приходилось делать из железа и затачивать заново ежедневно.
В целом же, сварное оружие не превосходило остротой столовый нож. Уже одно это обстоятельство требовало делать его достаточно массивным для придания удовлетворительных рубящих свойств.
Единственной мерой позволяющей достичь сочетания остроты и твёрдости в рамках технологии сварки была закалка изделия уже после его заточки. Применим же этот метод становился в случае, если стальная режущая кромка приваривалась просто к железному обуху, а не заключалась в «бутерброд» из железа. Либо, закалены после заточки могли быть клинки, у которых железный сердечник оковывался снаружи сталью.
Недостатком такого метода было то, что заточка оказывалась возможна лишь однажды. Когда стальное лезвие иззубривалось и тупилось, весь клинок приходилось перековывать.
Тем не менее, именно освоение техники сварки - несмотря на все её недостатки - произвело настоящий переворот во всех сферах человеческой деятельности и привело к огромному возрастанию производительных сил. Сварные орудия были вполне функциональны и, при том, общедоступны. Только с их распространением каменные орудия оказались окончательно вытеснены, и наступил век металла.
Железные орудия решительно расширили практические возможности человека. Стало возможным, например, строить рубленные из брёвен дома - ведь, железный топор валил дерево уже не в три, как медный, а в 10 раз быстрее, чем каменный. Широкое распространение получило и строительство из тесаного камня. Он, естественно, употреблялся и в эпоху бронзы, но большой расход сравнительно мягкого и дорогого металла решительно ограничивал такие эксперименты. Значительно расширились также и возможности земледельцев.
Впервые железо научились обрабатывать народы Анатолии. Древнегреческая традиция считала открывателем железа народ халибов , для которых в литературе использовалось устойчивое выражение "отец железа", и само название народа происходит именно от греческого слова Χάλυβας ("железо").
«Железная революция» началась на рубеже I тысячелетия до н. э. в Ассирии . С VIII века до н. э сварное железо быстро стало распространяться в Европе, в III веке до н. э. вытеснило бронзу в Китае и Галлии , во II веке новой эры появилось в Германии , а в VI веке нашей эры уже широко употреблялось в Скандинавии и в племенах, проживающих на территории будущей Руси . В Японии железный век наступил только в VIII веке нашей эры.
Увидеть железо жидким металлурги смогли только в XIX веке , однако, ещё на заре железной металлургии - в начале I тысячелетия до новой эры - индийские мастера сумели решить проблему получения упругой стали без расплавления железа. Такую сталь называли булатом , но из-за сложности изготовления и отсутствия необходимых материалов в большей части мира, эта сталь так и осталась индийским секретом на долгое время.
Более технологичный путь получения упругой стали, при котором не требовались ни особо чистая руда, ни графит, ни специальные печи, был найден в Китае во II веке нашей эры. Сталь перековывали очень много раз, при каждой ковке складывая заготовку вдвое, в результате чего получался отличный оружейный материал, называемый дамаском , из которого, в частности, делались знаменитые японские катаны .
Прежде всего, надо сказать, что до XVIII века включительно каменный уголь в металлургии практически не использовался - из-за высокого содержания вредных для качества продукта примесей, в первую очередь - серы. С XI века в Китае и с XVII века в Англии каменный уголь, правда, начали применять в пудлинговочных печах для отжига чугуна, но это позволяло достичь лишь небольшой экономии древесного угля - большая часть топлива расходовалась на плавку, где исключить контакт угля с рудой было невозможно.
Потребление же топлива в металлургии уже тогда было огромно - домна пожирала воз угля в час. Древесный уголь превратился в стратегический ресурс. Именно изобилие дерева в самой Швеции и принадлежащей ей Финляндии позволило шведам развернуть производство таких масштабов. Англичане, имевшие меньше лесов (да и те были зарезервированы для нужд флота), вынуждены были покупать железо в Швеции до тех пор, пока не научились использовать каменный уголь.
Обработка металла
Самой первой формой организации производства железных изделий были кузнецы -любители. Обычные крестьяне , которые в свободное от обработки земли время промышляли таким ремеслом. Кузнец этого сорта сам находил «руду» (ржавое болото или красный песок), сам выжигал уголь, сам выплавлял железо, сам ковал, сам обрабатывал.
Умение мастера на данном этапе закономерно было ограничено выковыванием изделий самой простой формы. Инструментарий же его состоял из мехов, каменных молота и наковальни и точильного камня. Железные орудия производились с помощью каменных.
Если удобные для разработки залежи руды имелись поблизости, то и целая деревня могла заниматься производством железа, но такое было возможным только при наличии устойчивой возможности выгодного сбыта продукции, чего практически не могло быть в условиях варварства.
Если же, допустим, на племя из 1000 человек имелся десяток производителей железа, каждый из которых за год соорудил бы пару-тройку сыродутных печей , то их трудами обеспечивалась концентрация железных изделий всего порядка 200 граммов на душу населения. И не в год, а вообще.
Цифра эта, конечно, очень приблизительная, но факт тот, что, производя железо таким способом, никогда не удавалось за его счёт полностью покрыть все потребности в самом простом оружии и самых необходимых орудиях труда. Из камня продолжали изготавливаться топоры , из дерева - гвозди и плуги . Металлические доспехи оставались недоступными даже для вождей .
Такого уровня возможностями обладали наиболее примитивные племена бриттов , германцев и славян в начале нашей эры. Каменным и костяным оружием отбивались прибалты и финны от крестоносцев - а это уже оказывались XII -XIII века. Все эти народы, конечно, умели уже делать и железо, но ещё не могли получить его в необходимом количестве.
Следующим этапом развития чёрной металлургии были профессиональные кузнецы, которые все ещё сами выплавляли металл, но на добычу железоносного песка и выжигания угля чаще уже отправляли других мужиков - в порядке натурального обмена. На этом этапе кузнец, обычно, уже имел помощника-молотобойца и как-то оборудованную кузницу.
С появлением кузнецов концентрация железных изделий возрастала в четыре-пять раз. Теперь уже каждый крестьянский двор мог быть обеспечен персональным ножом и топором. Возрастало и качество изделий. Кузнецы профессионалы, как правило, владели техникой сварки и могли вытягивать проволоку. В принципе, такой умелец мог получить и дамаск , если знал как, но производство дамаскового оружия требовало такого количества железа, что не могло ещё быть сколько-то массовым.
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.
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.
Много тысячелетий назад народы, населяющие разные уголки нашей планеты, почти в одно время познакомились с самородными металлами. Знакомство же с железом относится к более позднему времени. Получать его некоторые народы научились раньше, а некоторые — значительно позже. Дело в том, что самородное железо в природе почти не встречается. Предполагается, что первое железо, которое попало в человеческие руки, было метеоритного происхождения. Первые упоминания о железе встречаются около 5 тысяч лет назад, тогда оно ценилось дороже самородного золота, которое служило оправой для изделий из железа.
Согласно историческим фактам племена, проживавшие на территории современной Армении, уже в начале третьего тысячелетия до нашей эры умели получать железо. В Египте и Древней Греции железо получали во втором, а в Китае — в середине 1-го тысячелетия до н. э. Небольшие запасы у этих государств таких самородных металлов, как медь и олово, послужили толчком для поиска новых металлов. А в Америке, богатой крупнейшими залежами меди, железо начали добывать лишь с приходом на континент европейцев. Африканские племена, напротив, сразу шагнули в Железный век, минуя Медный.
Правда, процесс добычи железа был намного сложней, чем меди. Древним мастерам был недоступен способ получения настолько высокой температуры, при которой железо начинало плавиться. 
Лишь в первом тысячелетии до новой эры появился сыродутный способ восстановления железа и оно получило широкое применение при изготовлении оружия, орудий труда и различных инструментов, т. к. было самым прочным из известных тогда металлов. Первоначально металлическое железо добывали из железных руд путем нагревания их с углем на хорошо продуваемых местах. Первоначально такое железо было губчатым, хрупким и содержало много шлаков. Было замечено, что металлическое железо можно получить и не доводя его до температуры плавления, только топлива должно быть больше и оно должно быть лучшего качества, чем при выплавке меди, а должен быть очень «горячим». Все это потребовало дополнительных условий плавки и особого устройства печи.
Важным шагом на пути получения железа явилось изобретение горна, который был обложен внутри огнеупорными материалами, а сверху был открыт. 
Благодаря данному способу железо получалось более качественное. Дальнейшая обработка металла происходила в кузнице, где разогретый в горне металл обрабатывали ударами молота, чтобы избавиться от шлака, после чего получалось железо удовлетворительного качества. Ковка на многие столетия стала главным видом обработки металла, а кузнечное дело — важной отраслью производства.
Использовать железо в чистом виде было сложно из-за его мягкости, практическое значение получил сплав железа с углеродом. Если в железе содержалось до 1,7% углерода, получалась сталь, а железо приобретало способность к закалке. Вначале инструмент нагревали докрасна, а потом опускали в воду, после этого он становился очень твердым с отличными режущими качествами. Очень скоро железо, как одно из наиболее доступных и дешевых материалов, проникло во все сферы человеческой деятельности и сделало огромный переворот в истории развития человечества.
Что было в плотницком ящике? Обыкновенный железный инструмент: топор, пила, молоток, гвозди.
Через два столетия на другой необитаемый остров попали герои другого известного романа - пятеро американцев. Они сумели не только выжить на острове, но и создать себе более или менее нормальные условия жизни, что определенно не удалось бы, если бы всеведущий инженер Сайрес Смит (заметим, что по-английски «смит» означает «кузнец») не сумел найти на таинственном острове железную руду и сделать железные инструменты. Иначе опять пришлось бы Жюлю Верну выручать своих героев с помощью знаменитого капитана Немо.
Как видим, без железа не может обойтись даже приключенческая литература. Чрезвычайно важное место занимает этот металл в жизни человека.
Цифры, отражающие годовой уровень выплавки стали, в значительной степени определяют экономическую мощь страны.
Развитию черной металлургии - металлургии железа - придавал первостепенное значение Владимир Ильич Ленин. Еще до Октябрьской революции, в 1913 г., в статье «Железо в крестьянском хозяйстве» он писал: «Относительно железа - ...одного из фундаментов, можно сказать, цивилизации - отсталость и дикость России особенно велики». Действительно, в тот год, а 1913 год считался в царской России годом промышленного подъема, в огромной стране со 150-миллионным населением было выплавлено лишь 3,6 млн. т стали. Сейчас это средняя годовая производительность среднего металлургического завода. Сегодня Россия по выплавке чугуна и стали уверенно держит первое место в мире. В 1975 г. в нашей стране было выплавлено 141 млн. т стали, а в 1980 г. - 148 млн. т. Мировое производство стали подошло уже к рубежу 700 млн. т. Много стали (данные за 1980 г.) выплавляют Япония - 111,5 млн. т, США - 100,8 млн. т, страны Общего рынка - 128,6, в том числе ФРГ - 44,1 млн. т.
Общая доля развивающихся стран - 56,8 млн. т, в том числе Бразилии - 15,4, а Индии - 9,4 млн. т (остальные - меньше).
Начало железного века
Использование железа первобытными людьми Было время, когда железо 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. Железо 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, то, очевидно, железный век продолжается и сегодня.
Как получали железо 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 и. э.). Но технология ее производства, так же как процесс изготовления булатных клинков, много веков держалась в секрете.
Процесс производства стали сводится в сущности к выжиганию из чугуна примесей, к окислению их кислородом воздуха. То, что делают металлурги, рядовому химику может показаться бессмыслицей: сначала восстанавливают окисел железа, одновременно насыщая металл углеродом, кремнием , марганцем (производство чугуна), а потом стараются выжечь их. Обиднее всего, что химик совершенно прав: металлурги применяют явно нелепый метод. Но другого у них не было.
Главный металлургический передел - производство стали из чугуна - возник в XIV в. Сталь тогда получали в кричных горнах. Чугун помещали на слой древесного угля, расположенный выше фурмы для подачи воздуха. При горении угля чугун плавился и каплями стекал вниз, проходя через зону, более богатую кислородом, - мимо фурмы. Здесь железо частично освобождалось от углерода и почти полностью от кремния и марганца. Затем оно оказывалось на дне горна, устланном слоем железистого шлака, оставшегося после предыдущей плавки. Шлак постепенно окислял углерод, еще сохранившийся в металле, отчего температура плавления металла повышалась, и он загустевал. Образовавшийся мягкий слиток ломом поднимали вверх. В зоне над фурмой он еще раз переплавлялся, при этом окислялась еще какая-то часть содержащегося в железе углерода. Когда после переплавки на дне горна образовывалась 50-100-килограммовая крица, ее извлекали из горна и тут же отправляли на проковку, цель которой была не только уплотнить металл, но и выдавить из него жидкие шлаки.
Наиболее совершенным железоделательным агрегатом прошлого была пудлинговая печь, изобретенная англичанином Генри Кортом в конце XVIII в. (Кстати, он же изобрел и прокатку профильного железа на валках с нарезанными в них калибрами. Раскаленная полоса металла, проходя через калибры, принимала их форму.)
Пудлинговая печь Корта загружалась чугуном, а подина (дно) и стены ее были футерованы железной рудой. После каждой плавки их подновляли. Горячие газы из топки расплавляли чугун, а потом кислород воздуха и кислород, содержащийся в руде, окисляли примеси. Пудлинговщик, стоящий у печи, помешивал в ванне железной клюшкой, на которой осаждались кристаллы, образующие железную крицу.
После изобретения пудлинговой печи в этой области черной металлургии долго не появлялось ничего нового, если не считать разработанного англичанином Гунстманом тигельного способа получения высококачественной стали. Но тигли были малопроизводительны, а развитие промышленности и транспорта требовало все большего и большего количества стали.
Мартен и конвертер
Генри Бессемер был механиком, вдобавок без систематического образования. Он изобретал, что придется: машинку для гашения марок, нарезную пушку, различные механические приспособления. Бывал он и на металлургических заводах, наблюдал за работой пудлинговщиков. У Бессемера появилась мысль переложить эту тяжелую «горячую» работу на сжатый воздух. После многих проб он в 1856 г. запатентовал способ производства стали продуванием воздуха через жидкий чугун, находящийся в конвертере - грушевидном сосуде из листового железа, выложенном изнутри кварцевым огнеупором.
Для подвода дутья служит огнеупорное днище со многими отверстиями. Конвертер имеет устройство для поворота в пределах 300°. Перед началом работы конвертер кладут «на спину», заливают в него чугун, пускают дутье и только тогда ставят конвертер вертикально. Кислород воздуха окисляет железо в закись FeO. Последняя растворяется в чугуне и окисляет углерод, кремний, марганец... Из окислов железа, марганца и кремния образуются шлаки. Такой процесс ведут до полного выгорания углерода.
Затем конвертер снова кладут «на спину», отключают дутье, вводят в металл расчетное количество ферромарганца - для раскисления. Так получается высококачественная сталь. Способ конвертерного передела чугуна стал первым способом массового производства литой стали.
Передел в бессемеровском конвертере, как выяснилось позже, имел и недостатки. В частности, из чугуна не удалялись вредные примеси - сера и фосфор . Поэтому для переработки в конвертере применяли главным образом чугун, свободный от серы и фосфора. От серы впоследствии научились избавляться (частично, разумеется), добавляя в жидкую сталь богатый марганцем «зеркальный» чугун, а позже и ферромарганец.
С фосфором, который не удалялся в доменном процессе и не связывался марганцем, дело обстояло сложнее. Некоторые руды, такие, как лотарингская, отличающиеся высоким содержанием фосфора, оставались непригодными для производства стали. Выход был найден английским химиком С. Д. Томасом, который предложил связывать фосфор известью. Конвертер Томаса в отличие от бессемеровского был футерован обожженным доломитом , а не кремнеземом. В чугун во время продувки подавали известь. Образовывался известково-фосфористый шлак, который легко отделялся от стали. Впоследствии этот шлак даже стали использовать как удобрение.
Самая большая революция в сталеплавильном производстве произошла в 1865 г., когда отец и сын - Пьер и Эмиль Мартены - использовали для получения стали регенеративную газовую печь, построенную по чертежам В. Сименса. В ней, благодаря подогреву газа и воздуха, в особых камерах с огнеупорной насадкой достигалась такая высокая температура, что сталь в ванне печи переходила уже не в тестообразное, как в пудлинговой печи, а в жидкое состояние. Ее можно было заливать в ковши и формы, изготовлять слитки и прокатывать их в рельсы, балки, строительные профили, листы... И все это в огромных масштабах! Кроме того, появилась возможность использовать громадные количества железного лома, скопившегося за долгие годы на металлургических и машиностроительных заводах.
Последнее обстоятельство сыграло очень важную роль в становлении нового процесса. В начале XX в. мартеновские печи почти полностью вытеснили бессемеровские и томасовские конвертеры, которые хотя и потребляли лом, но в очень малых количествах.
Конвертерное производство могло бы стать исторической редкостью, такой же, как и пудлинговое, если бы не кислородное дутье. Мысль о том, чтобы убрать из воздуха азот, не участвующий в процессе, и продувать чугун одним кислородом, приходила в голову многим видным металлургам прошлого; в частности, еще в XIX в. русский металлург Д. К. Чернов и швед Р. Окерман писали об этом. Но в то время кислород был слишком дорог. Только в 30-40-х годах прошлого столетия, когда были внедрены дешевые промышленные способы получения кислорода из воздуха, металлурги смогли использовать кислород в сталеплавильном производстве. Разумеется, в мартеновских печах. Попытки продувать кислородом чугун в конвертерах не привели к успеху: развивалась такая высокая температура, что прогорали днища аппаратов. В мартеновской печи все было проще: кислород давали и в факел, чтобы повысить температуру пламени, и в ванну (в жидкий металл), чтобы выжечь примеси. Это позволило намного увеличить производительность мартеновских печен, но в то же время повысило температуру в них настолько, что начинали плавиться огнеупоры. Поэтому и здесь кислород применяли в умеренных количествах.
В 1952 г. в австрийском городе Линце на заводе «Фест» впервые начали применять новый способ производства стали - кислородноконвертерный. Чугун заливали в конвертер, днище которого не имело отверстий для дутья, было глухим. Кислород подавался на поверхность жидкого чугуна. Выгорание примесей создавало такую высокую температуру, что жидкий металл приходилось охлаждать, добавляя в конвертер железную руду и лом. И в довольно больших количествах. Конвертеры снова появились на металлургических заводах. Новый способ производства стали начал быстро распространяться во всех промышленно развитых странах. Сейчас он считается одним из самых перспективных в сталеплавильном производстве.
Достоинства конвертера состоят в том, что он занимает меньше места, чем мартеновская печь, сооружение его гораздо дешевле, а производительность выше. Однако в конвертерах сначала выплавляли только малоуглеродистые мягкие стали. В последующие годы был разработан процесс выплавки в конвертере высокоуглеродистых и легированных сталей.