Содержание

Печатается в авторской редакции.

Подписано в печать 29.09.2005. Сдано в производство 29.09.2005.

Формат бумаги 60´90/16 Бум. множ. Гарнитура Times.

Усл.печ.л. 17,0 Уч.изд.л. 16,75 Тем. план 2005 г.

Тираж 200 Заказ № 1911

ООП МИИР, 109280, Москва, Автозаводская, 16.

Содержание

7. Металлургия. 4

7.1. Первые семь металлов. 4

7.2. Другие металлы и сплавы.. 29

7.3. Литье. 36

7.4. Кузнечное производство. 44

7.5. Сварка. 50

7.6. Порошковая металлургия. 52

7.7. Русские ученые-металлурги. 53

7.8. Горное дело. 58

8. Инструмент, станки, производство. 66

8.1. Введение. 66

8.2. Металлорежущие станки и инструмент. 69

8.3. Производство. 82

9. Приборы и измерения. 92

9.1. Введение. 92

9.2. Приборы для измерения длины.. 95

9.3. Приборы для измерения массы и веса. 95

9.4. Приборы для измерения давления. 96

9.5. Приборы для измерения температуры.. 97

9.6. Приборы для измерения времени. 98

10. Строительство. 128

10.1. Жилище. 128

10.2. Водоснабжение и канализация. 154

10.3. Мусор. 164

10.4. Строительные материалы.. 168

10.5. Некоторые знаменитые здания и соружения. 173

10.6. Гидротехническое строительство. 187

10.7. Мосты и туннели. 202

Вместо заключения: наука, техника и традиции. 213

Литература. 224

Приложение. 227

7. Металлургия

Семь металлов создал свет

По числу семи планет.

Дал нам космос на добро

Медь, железо, серебро,

Злато, олово, свинец…

Сын мой! Сера их отец!

И спеши, мой сын, узнать:

Всем им – ртуть родная мать!

Из записок алхимика

7.1. Первые семь металлов

7.1.1. От камня к бронзе

Русское слово металлургия происходит от греческого metalurgeo – добываю руду, обрабатываю металлы (metallon – рудник, металл, ergon – работа).

Первые потребители металла безусловно не думали, что их открытие поставят на одно из первых мест из достижений человечества на пути экономического и технического развития. Открытие состоялось по-видимому в результате случайности при выполнении хорошо известного технологического процесса. Самый распространенный технологический прием каменного века – удар – производил на некоторые камни странное действие: они могли превращаться в лепешку, форма которой могла легко меняться. Так люди впервые познакомились с некоторыми металлами, встречающимися в самородном виде. Это медь, золото, серебро, и метеоритное железо. Металлы, пригодные в чистом виде для обработки холодной ковкой, встречаются крайне редко. Поэтому они первоначально не могли составить серьезную конкуренцию камню. Однако новый "камень" людям понравился, и они экспериментировали с ним с помощью огня и ударов, изготавливая украшения, оружие и инструменты. Потом кто-то пришел к открытию, что медь можно получать обжиганием различных руд, которые встречаются значительно чаще, чем чистые металлы.

В седьмом-пятом тысячелетиях до новой эры на Ближнем Востоке начали получать медь путем ее восстановления из окисных (куприт Cu₂O), карбонатных (малахит CuCO₃Cu(OH)₂) и сульфатных (медный колчедан СuFeS₂) руд. Одни из самых древних изделий из металла были найдены английским археологом Джеймсом Меллаартом. Им при раскопках на Анатолийском плоскогорье в Турции были обнаружены следы построек. Радиоуглеродный анализ позволил определить время существования поселения 6500-7500-е годы до нашей эры. На одном из самых нижних горизонтов раскопок были обнаружены небольшие медные предметы (маленькие шильца, украшения). Кроме этого рабочие, производившие раскопки, натолкнулись в тех же слоях на кусок медеплавильного шлака. Следовательно, древние мастера умели не только обрабатывать самородную медь, но и выплавлять этот металл из руд.

Несколько позже в верховьях реки Тигр группа археологов нашла остатки древнего поселения со следами меди и медной руды, которое оказалось на пять веков старше поселения на Анатолийском плоскогорье.

Самой простой являлась плавка из окисных руд. Процесс восстановления начинался при температуре 700-800°С, которую можно получить в простом костре.

Сu₂О +СО → 2Сu +СО₂

Очевидно, впервые человек выплавил металл случайно. Вероятность этого очень невелика (кострам пришлось гореть сотни тысяч лет). Уже в наше время делались попытки повторить подобный опыт. В 1938 году англичанин Коглен провел эксперимент - попытался выплавить медь из малахита, используя обычный костер. В конце концов, это ему удалось, когда он поместил малахит в горшок, перемежая его слоями угля

Древние мастера стали вырывать плавильные ямы и складывать небольшие печи из камней, обмазанных глиной на склоне высоких холмов и гор с наветренной стороны (отсюда и произошло название первых плавильных печей - "горн", т.е. сооруженный у горы). Но роза ветров не всегда учитывала интересы металлургов. Поэтому воздух стали подавать через специальные трубки, заменив ветер мехами из звериных шкур.

Сначала применяли клинчатые меха с деревянными досками, затем изобрели поршневой принцип действия с прямолинейным ходом. Давление воздуха стало возможным получить в 3-4 раза выше, а подачу в одном агрегате - в 10-15 раз больше.

Важны также предварительные операции: раздробление руды, просеивание, выщелачивание вредных примесей, обжиг на кострах, выветривание на воздухе. Среди ремесленников начинается дифференциация по специальностям: горняки, металлурги, литейщики, кузнецы и торговцы. Последние были необходимы всем остальным и быстро стали цениться очень высоко.

У меди были как достоинства, так и недостатки. Недостатками были сравнительно невысокая прочность. Именно поэтому камень еще долго конкурировал с медью. Однако для изготовления оружия преимущества были неоспоримы. Если ломается стамеска или каменный серп, то это вызывает лишь задержку в работе. Если же в битве ломается меч или кинжал, то последствием может быть смерть или рабство. Конечно, медь стоила дороже камня, и только немногие избранные могли обладать ею. Крестьяне же еще многие века продолжали делать рабочие орудия из камня и дерева.