Технология обработки металла на заре становления человечества дала названия целым эпохам – медный и бронзовый век, которые затем сменились эрой железа. Археологические находки, датированные 7 тысячелетием до н.э., указывают на первые факты применения металлообработки – из самородной меди методом горячей ковки наши предки создавали оружие и предметы быта.
Экспериментальная металлургия утверждает, что медная эпоха длилась недолго, около 1.5 тысячелетий, а в регионах, где на поверхности не было залежей самородной меди, отсутствовала совсем. В истории металлов и человечества быстро наступил бронзовый век. Причем первая бронза не являлась сплавом меди и олова, как считает классическая история. Это было соединение мышьяковистых и медных руд, для получения которых требовалась печь и древесный уголь – извлечь из руды металл и создать сплав при температуре 700 °C, который мог дать обычный костер, практически невозможно. Бронзовый век – это период появления и развития металлургии, сделавшей в истории человечества научно-техническую революцию.
История железа
Современная наука утверждает, что железный век сменил бронзовый не потому, что новый металл был более прочный и стойкий. Мышьяковая бронза, в отличие от мягкого и пластичного соединения меди с оловом, применявшегося в производстве предметов утвари и декоративных украшений, ничем не уступала в прочности железным изделиям. Железный век наступил, когда запасы медных руд были исчерпаны, а древние мастера начали применять полученные знания для поиска других источников металлов. Это произошло в начале первого тысячелетия до н.э.
На территории современной Европы даже в эпоху средневековья железный сплав получали методом производства в сыродутых печах (горнах) с последующей доработкой металла в кузнях. Полученное по такой технологии железо обладало рядом недостатков. Материал на выходе из печи был слишком мягким или хрупким. Изделия из него быстро тупились и ломались, а железные предметы подвергались коррозии. Для получения такой характеристики стали, как упругость, необходима была температура более 1400 °C, которую не могли обеспечить сыродутые печи.
История применения металлов для производства прочных металлоконструкций, промышленных машин, механизмов, инфраструктурных сетей, оружейного оборудования и пр., насчитывает полтора столетия. Именно с середины XIX в. появились эффективные методы сталеварения:
- мартеновское производство (1864 г.), позволившее варить качественные сорта стали благодаря длительному (до 13 часов) технологическому процессу, а также перерабатывать в печах железный лом вместе с исходной шихтой;
- бессемеровские печи (конец 19 в.) - воздушные конверторы, в которых расплавленный металл продувался кислородом из криогенных камер. Кислородное дутье позволило эффективно избавляться в расплаве от таких вредных компонентов, как фосфор, снижающий характеристики пластичности и вязкости металла, а также сократить процесс производства до 1 часа;
- электродуговые сталеплавильные печи (30-е годы 20 в.), работающие по принципу восстановления металла из оксидов при пропускании через него постоянного тока и разогрева шихты до высоких температур.
Современная металлургия сокращает мартеновское производство и наращивает объемы выплавки стали в дуговых сталеплавильных печах и кислородных конверторах. Высокотехнологичные лаборатории позволяют контролировать состав расплава своевременным введением в него нужных элементов - присадок и флюсов, влияющих на характеристики чугунов, сталей и цветных металлов.
Этапы формирования технологий металлообработки
Первым способом обработки металлов стало кузнечное производство, которое было единственной технологией для изготовления орудий труда, предметов быта, военной техники от древних времен до эпохи Возрождения. В этот период началось использование ручного слесарного инструмента (молотки, долото, зубило, пилы), а также применение первых механизированных станков с ручным/ножным приводом для резки металла.
Современная история металлообработки начинается с наступлением 20-го века, периода литья сталей высокой прочности и новых технологий, позволивших создавать высокотехнологичное производство. К современным видам металлообработки можно отнести:
- литье в песочные, графитовые, керамические, чугунные изложницы и кокили;
- механическая обработка – резка, сверление, шлифовка, расточка и пр.;
- термическая обработка путем нагрева металла с последующим выдерживанием и охлаждением – отжиг, отпуск, закалка;
- обработка металлических заготовок давлением – прессование, штамповка, прокатка, волочение, ковка;
- сварка металла, которая выполняется расплавлением кромок до жидкой фазы и смешиванием материала обеих деталей;
- электрическая обработка, в которой принимает участие искусственный разряд. К таким технологиям относится анодно-механическая гальванизация, электроэрозия для получения гравировки и деталей со сложными поверхностями.
К инновационным видам обработки металла относится долбление и резка очень твердых или хрупких металлов ультразвуком. Такой метод используют для получения твердосплавных матриц, проведения финишной обработки деталей сложных форм, требующих высокого класса чистоты поверхности, производства фасонных элементов.
