Железо

«Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы, оно основа культуры и промышленно¬сти, оно орудие войны и мирного труда. И трудно во всей таблице Менделеева найти другой такой элемент, который был бы так свя¬зан с прошлыми, настоящими и будущими судьбами человечест¬ва»,— писал академик А. Е. Ферсман.

Вероятно, первое железо, которое попало в человеческие руки, было метеоритное. Поэтому четкую границу перехода от бронзового века к железному найти невозможно. Отдельные железные предме¬ты были известны уже в бронзовом веке. События, которые описы¬вает Гомер в «Илиаде» и «Одиссее», происходят в бронзовом веке. Естественно, что медные предметы встречаются в них довольно часто, но упоминается и железо, правда, как «небесный металл» и «металл богов». Так, из железа была сделана ось колесницы Ге¬ры — царицы богов и людей. В Древнем Египте железо называли словом «ваасперс», что означает «родившийся на небе». У многих народов встречались отдельные предметы, выполненные из «небес¬ного камня». В Древнем Египте в XVII веке до н. э. из железа де¬лали зеркала, которые отполировывали так тщательно, что они ма¬ло в чем уступали современным стеклянным. Метеоритное железо было большой редкостью и стоило очень дорого. Известно, напри¬мер, что у хеттов — народности, населявшей во втором и первом 28 тысячелетии до новой эры Малую Азию и Северную Сирию, железо стоило в 5 раз дороже золота, в 20 раз — серебра и в 6400 раз до¬роже меди!

Надо полагать, что изделия из железа стоили еще дороже: ведь обрабатывать метеоритное железо очень трудно, так как оно содер-жит никель, кобальт и другие элементы. Оно куется только в холод-ном состоянии, а раскалившись, становится хрупким. Такое стран¬ное поведение металла озадачило бы современного кузнеца, при¬выкшего работать с обычным железом.

Из железа изготовляли небольшие украшения — кольца и пер-стни, а также изделия, имеющие ритуальную значимость, например священные очаги и троны. Такой священный трон из железа был подарен хеттскому царю Анитте.

Среди находок близ осетинского аула Кобан на Северном Кав¬казе были обнаружены поясные бляшки, относящиеся к I тысячеле¬тию до н. э., инкрустированные железом.

У некоторых народов упавшее с неба метеоритное железо счи-талось священным. К нему нельзя было прикасаться, а тем более использовать для изготовления различных предметов. Подобный запрет был у римских монахов. Им запрещено было притрагиваться к железу и разрешалось пользоваться только бронзовыми ножни-

Железо и его применение. В центре: Марс (греческий Арей) — бог, которому посвя¬щено железо. Рисунок со скульптуры Скопаса.

 

цами и бритвами. Правда, известно, что для выполнения надписей на камнях римские мастера использовали гравировальные инстру-менты, выкованные из железа. Чтобы боги не разгневались при ви¬де такого осквернения священного металла, мастера приносили в жертву им ягненка или поросенка.

Как установили ученые, на землю ежегодно падают тысячи тонн метеоритного железа. Отдельные метеориты весят по нескольку де-сятков тонн, но точки их падения так рассеяны по земному шару, что вероятность падения железного метеорита рядом с мастерской древнего металлиста была слишком мала.

Металлообрабатывающее ремесло не могло долго зависеть от счастливого случая. Человек постоянно искал более надежный спо¬соб получения металла. Открытие железной руды и последующую за этим плавку можно считать началом железного века. Кто и ко¬гда это сделал впервые, для нас навсегда останется тайной. Поэто¬му принято считать, что железный век, который продолжается и в наше время, начался в XII — XI веках до н. э., когда произошел массовый переход к производству железа в Восточном Средиземно¬морье, Закавказье и на Переднем Востоке. Были открыты железные рудники, в расположенных неподалеку лесах выжигали древесный уголь.

Руду добывали не только в рудниках, но и на болотах, мелко¬водных озерцах. Основой болотной или озерной руды была ржав¬чина — гидроксид железа. Постепенно на дне водоемов из нее и ю других соединений железа образовываются округлые «камешки» самой разнообразной формы, величиной примерно с птичье яйцо. Это есть та самая болотная руда, о которой идет речь в карело-финском эпосе «Калевала»:

...Из болот железо взяли, Там на дне его отрыли. Принесли его к горнилу.

Научное название болотной руды — лимонит — переводится как «луг, мокрая земля». То есть имеется в виду болото, в котором об-разуется эта руда.

Другой широко распространенный минерал — гематит, или крас-ный железняк (окись железа). Слово «гематит» в переводе с гре-ческого означает «кровь». У ювелиров он известен под названием «кровавик» и используется как поделочный камень для изготовле¬ния брошек, кулонов, запонок, гемм (камей и интальо). Обрабаты¬вается огранкой, хорошо шлифуется и полируется. Красный цвет гематита вызывал у древних людей представление о крови, это от¬разилось не только в его названии (кровавик), но и в суевериях. Считалось, что камень и порошок из него могут останавливать кровь. Издревле измельченный гематит используется как абразив¬ный материал для полировки изделий из золота, серебра и других металлов, в также стекла, поделочных и драгоценных камней. По¬рошок известен у мастеров под названием «крокус».

Еще до того как он стал сырьем для извлечения железа, порош¬ковый гематит использовался для приготовления красок —от крас¬но-вишневой до светло-желтой. Красными и коричневыми гидро-ксидами железа, а также мергелем и сажей были написаны в ка¬менном веке на стенах пещер фрески с изображением животных. На весь мир известны замечательные образцы первобытной жи¬вописи из Алтамирской пещеры в Испании, пещер фон-де-Гом, Лас-ко и Нио во Франции, Каповой пещеры на Нижнем Урале.

Железноокисные краски имеют широкое применение в живописи, а также в малярном деле. К ним относятся марс желтый (темно-желтый цвет), марс оранжевый (красно-оранжевый), английская красная (красно-коричневая), охра светлая и золотистая (желтая), охра темная (коричневая), охра красная (красно-кирпичная), сие¬на натуральная (желто-коричневая), умбра натуральная (табачно-коричневая) и др.

Окислам железа своей причудливой окраской обязаны многие минералы, например яшма, мрамор, гранит, туф.

Кроме гематита и лимонита, сырьем для производства железа служат также другие минералы: магнетит, лепидокрокит, сидерит и пирит. По содержанию в земной коре железо занимает после алю¬миния второе место.

Температура плавления железа — 1539 °С. Достигнуть высокой температуры древним металлургам помогал древесный уголь. Руду засыпали в яму или горн слоями, чередуя с древесным углем. По-дожженные угли постепенно раскалялись докрасна; чтобы повы¬сить температуру их горения, в первых примитивных горнах снизу 31 вставляли трубку из стебля бамбука или лотоса, в которую древний металлург дул что есть мочи. Затем вместо трубок стали использо¬вать ручные меха, а позже — меха, приводимые в движение водя¬ным колесом.

Но вернемся вновь к «Калевале» и проследим, как работает куз¬нец Илмаринен:

Положил кузнец железо. Поместил в огонь горнило И мехи привел в движенье. Трижды дуть их заставляет.

Расплавляется железо. Размякает под мехами. Точно тесто из пшеницы Иль для черных хлебов тесто. Там. в огне кузнечном сильном. В ярком пламени горнила.

Руда плавилась, и железо опускалось на дно ямы или горна. По окончании плавки на дне образовывался комок металла, сме¬шанный со шлаком, который называли крицей. Крицу проковывали в горячем состоянии. Как только она остывала, ее раскаляли вновь и продолжали ковку. Таким способом из нее выдавливали шлак, получая сварочное ковкое железо или же мягкую сталь с примесью углерода 0,12—0,26%. Абсолютно чистого железа не бывает, в нем всегда есть какая-то, пусть даже самая ничтожная доля примеси.

Есть она и в знаменитой железной колонне, стоящей в индий¬ской столице Дели. Колонна сооружена в 415 году и первоначально украшала величественный храм Будды. Весит она 6,5 т, высота

7 м, диаметр у основания 42 см, а на вершине 30 см. Два вопроса не давали ученым покоя: почему колонна не ржавеет и как смогли древние металлурги отлить такой гигантский монолит, если высо¬кую температуру, при которой плавится железо, удалось получить лишь в прошлом веке? Почему колонна не заржавела в условиях влажного тропического климата, тем более в наш индустриальный век, когда воздух насыщен выбросами вреднейших соединений?

В 1826 году русский инженер П. Г. Соболевский впервые в ис¬тории мировой техники разработал метод гидравлического прессо¬вания, который положил начало современной так называемой по¬рошковой металлургии. Когда в первой половине прошлого века в России были открыты богатейшие месторождения платины, прави¬тельство поручило Монетному двору изготавливать из нее монеты. Существовавшие в то время печи не могли нагреть металл до точки его плавления, то есть до 1772 °С. Тогда П. Г. Соболевский посту¬пил следующим образом. Он заложил получаемую химическим пу¬тем из руды пористую губку в форму для монет, спрессовал и на¬грел. Уже при температуре 1000°С, которая ниже точки плавления не только платины, но железа и меди, металл превратился в моно¬литную массу.

При анализе структуры делийской колонны за основу были взя-12 ты работы П. Г Соболевского. Оказалось, что древние индийские кузнецы ковали куски раскаленной железной губки вместе с древес¬ным углем. В соприкосновении с углем окислы железа восстанавли¬вались в металл, примеси же удалялись, превратившись в летучие соединения. Таким образом удавалось получать металл высокой чистоты, содержащий 99,72% железа. Железо, содержащее мини¬мальное количество примесей, имеет такую же высокую коррозий¬ную стойкость, как и благородные металлы. Правда, ядовитые про¬мышленные газы современного индустриального города начинают давать о себе знать. Кое-где на колонне уже появились ржавые пятна.

У многих народов железо являлось символом твердости, упор¬ства, силы, терпения, постоянства, решимости и справедливости.

8 Юго-Восточной Азии до сих пор из железа делают амулеты и та-лисманы, якобы охраняющие человека от дурного глаза, злых ду¬хов и врагов. Чудотворная сила приписывалась также и делийской железной колонне. К ней и сейчас отовсюду стекаются паломники, которые уверены, что чудесная колонна с каждым поделится своей волшебной силой: достаточно прислониться к ней спиной и обхва¬тить руками.

В то же время у некоторых народов железо символизировало грубость, жестокость, несчастье и рабство. Средневековые алхи¬мики связывали железо с именем кровавого бога войны Марса и одноименной планетой. Возможно, это объясняется тем, что самое лучшее оружие изготавливалось из железа.

А может быть, каким-то образом удалось узнать, что красно¬ватая окраска планеты Марс зависит от находящихся на его по¬верхности солей железа?

В XIX веке благодаря открытию французского ученого Мери стало известно, что железо прежде всего источник жизни. Оно было обнаружено в крови человека и животных. Оказалось, что именно ему кровь обязана своим красным цветом.

Открытие железа в крови произвело на современников огром¬ное впечатление. Широко известна курьезная и трагическая исто¬рия одного студента-химика. Влюбленный студент решил ориги¬нально воспользоваться открытием: из железа, содержащегося в своей крови, сделать кольцо для дамы сердца. Небольшими пор¬циями он выпускал кровь, из которой химическим путем выделял железо. Как и следовало ожидать, романтический способ добычи металла привел к трагическому концу: студент погиб от малокро¬вия. Этого бы не случилось, если бы он знал, что железа в крови содержится не более 3—4 г. А из такого количества металла можно изготовить разве что маленькую тоненькую булавку.

В медицине известна болезнь, которая возникает от недостатка железа в организме — железодефицитная анемия, или железоне-достаточное малокровие. Сейчас существуют специальные препара¬ты, позволяющие восполнять недостаток железа в организме. Пер¬вым таким препаратом был экстракт яблочнокислого железа. На¬ряду с лабораторным способом получения яблочнокислого железа существовал и более простой: в кислое яблоко втыкались чистые железные гвозди. Проходило какое-то время, и в результате реак¬ции с яблочной кислотой гвозди покрывались ржавчиной, содержа¬щей гидроксид железа и яблочнокислое железо. Удалив гвозди, яблоки, не потерявшие своего приятного вкуса, но ставшие очень полезными, съедали. Как видим, железо вводилось в яблоко искус¬ственным путем. В самих же яблоках его довольно мало. Много же¬леза в грибах, черносливе, печени, гречневой крупе, шпинате и дру¬гих продуктах. Принимая их в пищу, человек пополняет кровь железом.

Железо долгое время было единственным надежным источником огня, без которого нельзя обогреть жилище и приготовить пищу.

«Черненька коровка, рожки железны, тем и полезна: зимний день по дважды, летний однажды, на камешек доит; межмолок не ходит» (огниво). Эта загадка из сборника В. И. Даля «Пословицы русского народа». Речь в ней идет об огниве, или кресале, с по¬мощью которого в старину добывали огонь. Ударяя железным кре¬салом (массивной кованой пластинкой) по кремню, высекали иск¬ры, от которых начинал тлеть трут (вата, полученная из гриба-тру¬товика). Обычно кресало представляло собой массивную кованую железную пластинку. Концы ее отковывали таким образом, чтобы они, сужаясь, постепенно сходили на нет. Заостренные концы сги¬бали дугами, формируя небольшие завитки. В середине кресала пробивали отверстие, чтобы его можно было при необходимости повесить на гвоздь или же привязать к ремню.

 

Тому, кто ежедневно пользовался этим приспособлением, легко было расшифровать первые слова загадки. Действительно, закру-ченные концы кресала и в самом деле напоминают рога. «Меж¬молок» — это период, когда корова не дает молока. Так вот, «чер-ненька коровка», то есть кресало, такого периода не имеет. В хо¬зяйстве оно нужно каждый день и в течение всего года. Летом к его услугам прибегали один раз, чтобы сварить пищу, а зимой — два раза, чтобы утром растопить печь, а вечером с наступлением сумерек зажечь свечу или лучину.

До тех пор пока не были изобретены спички, кресало, или огни¬во, было единственным приспособлением, с помощью которого че¬ловек добывал огонь.

Изготовление кресала было дело рук кузнеца. И от того, как умело он подберет металл, зависело его качество. Искры — это мельчайшие частицы раскаленного железа: чем их больше и чем они крупнее, тем скорее займется трут. Мастера подметили, что чем тверже металл, тем обильнее сноп искр, образующихся при ударе железа о камень. Раз разное железо по-разному искрит, то, значит, по искрам можно определять его марку. И кузнецы, в том числе и современные, продолжают пользоваться этим на практике. Попался под руки металлический пруток или полоса — маркировки на нем нет: как определить, с каким металлом имеешь дело? Что можно изготовить из нее? Скажем, к примеру, подсвечник или стамеску для резьбы по дереву? В первом случае подойдет любая даже са-34 мая мягкая сталь, как говорят, рядовая. Для стамески потребуется качественная углеродистая инструментальная сталь. Мастер пробу¬ет металл на наждаке и по характеру выходящего из-под него сно¬пика искр делает вывод о качестве стали.

«Иду в воду — красен, выйду — черен». Эта старинная русская загадка кратко передает технологический процесс закалки железа. Такую загадку, несомненно, придумал кузнец: ведь в ней в доступ¬ной занимательной форме переданы конкретные практические зна¬ния. Даже если мальчишке и не удавалось дать правильный ответ, он его узнавал от других и вместе с загадкой запоминал на всю жизнь.

После закалки выкованные из стали инструменты приобретали высокую прочность. На протяжении многих столетий кузнецы изо-брели множество способов закалки стали. Конкуренция же застав-ляла держать в секрете некоторые тонкости закалки. Если кто-то пытался узнать, как закалял кузнец нож или топор, он часто отшу-чивался: «в жабьем молоке». Одни понимали шутку, другие при-нимали сказанное за чистую монету. Вокруг работы кузнеца возни-кали легенды, ее окутывали мистической тайной.

В «Калевале» наряду с подробным изложением реального процес-са закалки стали рассказывается и о магических действиях:

Ведь не закалить железо. Коль не намочить водою. И кузнец тот Илмаринен Сам об этом поразмыслил.

Положил золы немного. Щелоку чуть-чуть прибавил В жидкость для закалки стали. В сок для крепости железа.

В прошлом кузнецы прибавляли «для крепости железа» мед, позже вместо меда стали добавлять сахар. Эти добавки повышают закаливающую способность воды, современные кузнецы с этой же целью добавляют в воду поваренную соль.

Дальше уже идет мистика. Кузнец Илмаринен добавляет в жид¬кость для закалки «черный яд гадюки злобной», «муравьиный яд» и «сокрытый яд лягушки», чтобы

Вышла сталь оттуда злою. Злобным сделалось железо.

Но и здесь можно найти рациональное зерно. Если считать, что «муравьиный яд» — это муравьиная кислота, то добавление его в воду для закалки вполне обосновано. Добавление кислоты в воду практикуется современными кузнецами, но вместо муравьиной они используют серную кислоту.

Опытный кузнец знал многие тонкости поведения железа. Сле¬дя за раскаленным в горне металлом, он улавливал тончайшие цве¬товые оттенки, которые давали ему знать, когда снимать с углей стальную заготовку и опускать ее в воду для закалки. Чтобы «злоб¬ное железо» не было слишком хрупким, его отпускали, нагревая до определенной температуры, которую определяли по цветам 35 побежалости, возникающим на поверхности металла.

Порой искусство обработки стали достигало такого высокого уровня, что в руках искусного мастера небольшой кусочек металла загорался подобно драгоценному камню. Искусством изготовления стальных «бриллиантов» славились в XVII веке тульские мастера. Ими украшались металлические шкатулки и ларцы, ножи, сабли, подсвечники. Для украшения одного изделия нужно было изгото¬вить сотни и тысячи искусственных «бриллиантов». Заготовка каж¬дого «бриллианта» имела грибообразную форму. Верхняя утолщен¬ная часть гранилась на несколько частей. Число граней зависело от размеров и формы заготовки. Каждая грань полировалась до зеркального блеска. Ножку «бриллианта» закрепляли на металли¬ческом изделии в предназначенном для него месте. Особенно эф¬фектно украшенные «бриллиантом» вещи смотрелись при колеблю¬щемся пламени свечей, когда они начинали мерцать подобно на¬стоящим граненым алмазам. Трудно было поверить современникам тульских мастеров, что перед ними не настоящие бриллианты. Впрочем, то же испытывают и наши современники, встречая в му¬зеях подобные изделия. Это сходство металлических «бриллиан¬тов» с настоящими оказалось роковым для хранящегося долгие го¬ды в отделе оружия Государственного Исторического музея эфеса (рукоятки) шпаги тульской работы. Эфес вместе со шпагой был из¬готовлен в конце XVIII века и подарен императрице Екатерине II. Во время ремонта музея эфес похитили грабители, так как были

 

убеждены, что он усыпан настоящими бриллиантами. Только раз¬ломав эфес, грабители убедились, что ошиблись, и закопали бес¬ценную реликвию в землю. Когда эфес нашли, никто из специали¬стов не осмелился взяться за его реставрацию: более восьми тысяч «бриллиантов» были покрыты ржавчиной, а некоторые разрушились совсем. Хотя секреты искусства гранения не дошли до наших дней, за труднейшую работу все же взялся московский художник-рестав¬ратор Е. В. Бутуров. Долгие десять лет ушли на изучение, освоение технологии гранения и на реставрацию эфеса. Теперь как бы родив¬шийся заново эфес, празднично сверкающий «алмазной» гранью, по-прежнему можно увидеть среди экспонатов Государственного Исторического музея в Москве.

В середине XVIII века на Урале в Нижнем Тагиле было нала¬жено производство различных бытовых вещей из листового железа: блюд, подносов, тарелок, ведер, табакерок и всевозможных коро¬бочек. Но подобные железные изделия перестали пользоваться спросом, так как довольно быстро начинали ржаветь, приобретая неприглядный вид. Тогда изделия стали расписывать масляными красками, а затем покрывать лаком. Масляная орнаментальная живопись неузнаваемо преобразила железо и одновременно защи¬тила его от воздействия влажного воздуха, вызывающего появление ржавчины.

Мастерские по производству железных расписных подносов по¬явились также в Петербурге.

Процесс изготовления железного подноса начинался с того, что коваль (кузнец) вырезал из металлического листа заготовку, соот¬ветствующую форме подноса, в виде овала, круга, прямоугольника или другой более сложной фигуры. Затем заготовку выколачивали на так называемой желобильне (наковальне с углублением, соот¬ветствующим форме подноса). Выколоченный железный поднос выравнивали молотком, шпаклевали, грунтовали и расписывали масляными красками. Как только роспись окончательно высыхала, ее покрывали несколькими слоями масляного лака. Такая же техно¬логия изготовления железных подносов сохранилась и в наши дни — только подносы теперь не выколачивают вручную, а выдав¬ливают, штампуют механическим прессом.

Подносы из центров их производства расходились по всей Рос¬сии. Попадали они на продажу и на всевозможные выставки в Москве. Знакомство с росписью по железу натолкнуло подмосков¬ных мастеров, работавших до этого с папье-маше, попробовать свои силы в работе с металлом. Первое упоминание о росписи по железу в Московской губернии относится к 1839 году, когда на Всероссий-ской промышленной выставке были представлены отдельные изде¬лия из деревни Жостово. Но то были только первые попытки осво¬ить новый материал. Только во второй половине XIX века был со-вершен массовый переход от росписи по бумажной массе к росписи по железу. Для подмосковных народных живописцев железо стало благодатным материалом, позволившим создавать на нем, как на полотне, красочные композиции из цветов.

Ныне искусство Жостова известно любителям народного творче¬ства во всем мире. Железные подносы, одетые в надежные и наряд¬ные рубашки, не только используются по своему прямому назначе¬нию, но и экспонируются на художественных выставках.