Появление металлургии железа дало мощный толчок развитию человечества.
Развитие технологии добычи железной руды, выплавки, ковки, сварки положило начало железному веку. Таким образом, изделия из железа являются очень ценным артефактом для изучения как отдельных сообществ, так и цивилизации в целом. Но нужно понимать, что железные артефакты как правило находят в очень плохом состоянии, поэтому археологам и реставраторам приходится прикладывать максимум усилий, чтобы сохранить железные изделия и не допустить утраты облика исторического артефакта и ценной информации.
К железным обычно относят предметы, изготовленные непосредственно из железа, чугуна, а также стальные изделия.
Археологические находки изделий из металла наглядно демонстрируют уровень развития, на котором находились те или иные сообщества на определенном отрезке времени, позволяют узнать, был ли у древних металлургов доступ к качественному сырью, какими технологиями они владели. Получить ответы на эти вопросы помогают металлографические исследования.
Что такое металлография
Металлография – это оптический метод определения качеств металла под микроскопом с большим увеличением.
Металлография – прикладной раздел металловедения, в задачи которого входит изучение структуры и состава металлов и сплавов. Предмет ее изучения – состав, форма, расположение, количественные и качественные характеристики миро- и макрокомпонентов, которые образуют физическую структуру металла.
Главный инструментальный метод, который используется в металлографии, - это визуальное изучение отшлифованных образцов изучаемого материала при большом увеличении.
Металлографический анализ является универсальным. С его помощью изучают е только структурные особенности металлов, поэтому его используют для изучения других материалов. Это породило новые направления структурного анализа, такие как керамография, пластография и др.
В настоящее время все эти направления объединены в единую научно-исследовательскую дисциплину под названием материалография.
Из истории металлографии
В России первые металлографические исследования железа и его сплавов были проведены горным инженером П. П. Аносовым в XIX веке. Он работал на Златоустовском металлургическом заводе и применил там микроскоп для изучения структуры стали и ее изменений после ковки и термообработки и установил наличие связи между строением и свойствами стали.
Аносов занимался изучением метеоритного железа и внес весомый вклад в раскрытие секрета технологии «дамасской стали».
В тот период и зарождается металлография.
В 60-е гг. XIX века Видманштеттен и Сорби применили микроскоп для изучения строения железа метеоритов.
Основоположником научного металловедения принято считать русского металлурга Д. К. Чернова. Именно с его именем связано открытие зависимости свойств стали от температуры нагрева и охлаждения. Чернов выявил взаимосвязь структуры и свойств стали.
Отечественная металлография активно развивалась в годы СССР. В то время фундаментальными исследованиями в этой сфере занимался Б. А. Колчин.
В настоящее время металлография имеет в своем арсенале большое количество современных методов изучения структуры и средств металлов – специалисты используют световые и электронные микроскопы.
Для изучения изменений структуры металлов в процессе нагрева до высоких температур используют специальные высокотемпературные микроскопы.
Как уже говорилось, железные изделия обычно попадают к реставраторам и археологам в очень плохом состоянии, поэтому специалистам приходится в первую очередь заниматься их реставрацией и консервацией.
При оценке сохранности и прогнозировании реставрационных мероприятий учитываются особенности производства железных предметов.
Несмотря на однородность сырья, железные изделия в связи с различными технологическими приемами очень разнообразны.
Современные исследователи используют различные цифровые методы анализа металлов, например, рентгенофлуоресцентный анализ, правда, несколько ограниченно, так как основные элементы таких артефактов – это железо и углерод.
Чаще ученые используют микроструктурный анализ.
Металлография железных изделий
У археологов часто возникают вопросы о качестве металлических изделий, их механических свойствах, о способах их изготовления и обработки.
Хорошие результаты в разных областях археологии позволяет получить метод микроскопического изучения шлифов.
Суть данного метода состоит в том, что различные способы обработки железа, бронзы и других металлов оставляют свои «следы» в структуре металла. Археологи помещают отполированный участок металлического изделия под микроскоп и по различимым «следам» определяют технику его изготовления или обработки.
Так, например, в ходе металлографического изучения железных изделий латенской эпохи было установлено, что в то время уже была полностью освоена технология изготовления стали. Способы изготовления стальных изделий почти без особых изменений прошли через все римское время и оказали значительное влияние на уровень кузнечного ремесла раннесредневековой Европы.
Металлографический анализ медных изделий трипольской культуры позволил установить последовательность совершенствования технологии обработки меди на протяжении длительного времени. Выяснилось, что сначала древние металлурги освоили ковку самородной меди или металлургической, выплавленной из чистых окисных минералов. Литье в то время еще не было известно.
Стоит отметить, что наиболее значимые результаты получаются при сочетании металлографических исследований с другими методами анализа: спектральным, химическим, рентгеноструктурным и другими.
