автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Исследование структуры, свойств и методов термической обработки стальных изделий XI-XIII столетий, изготовленных в Монголии и Средней Азии

Введение.

1 Древние способы производства железных и стальных изделий (литературный обзор).

1.1 Монголия является одним из металлообрабатывающих очагов азиатской части кочевых народов центральной Азии.

1.2 Производство булатной (дамасской) стали.

До сих пор высокие физико-механические свойства сталей, из которых были сделано оружие, относящиеся к XI-XIII столетиям вызывают удивление у современных металлургов. Несмотря на множество работ, посвященных исследованию древних изделий из железа и стали, четкого ответа на то, как они получены не дано. Поэтому раскрытие секрета способов производства древней стали и ее химико-термической обработки является актуальной задачей для металлургии как в Монголии, так в мире.

Целью данного исследования является экспериментальное доказательство возможности производства литой тигельной легированной стали и индийского вутца и их термической обработки в условиях металлургического производства в Монголии и Средней Азии XI-XIII ст.ст.

Для осуществления поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Исследование физико-механические свойства сталей, из которых сделаны древние изделия, хранящиеся в музеях Монголии и сопоставление полученных данных с известными способами производства стали в Средней Азии в XI-XIII столетиях.

2. Реставрация процессов получения древней тигельной стали с целью доказательства возможности их осуществления древними металлургами.

3. Реставрация процесса получения индийского вутца и доказательство возможности его производства в XI-XIII столетиях.

4. Реставрация древнего процесса химико-термической обработки стали в Монголии.

Научная новизна работы заключается в следующим:

1. В работе впервые проанализированы и сопоставлены свойства стали древних стальных изделия, относящихся к XI-XIII столетиям, найденных при раскопках в Средней Азии и хранящихся в музеях Монголии.

2. Реставрирован сталеплавильный тигельный процесс, относящийся к Монголии XI-XIII ст.ст. и доказано, что он давал возможность получать среднеуглеродистые и легированные стали.

3. Реставрирован процесс выплавки индийского вутца , который найден на территории Монголии и показал, что он является композиционным материалом среднеуглеродистая сталь - белый чугун.

4. Реставрирован процесс древней химико-термической обработки стали на основе ланолиновой шерсти, копыт и рогов и установлено, что он обеспечивал науглероживание поверхности стали на глубину 0,04 мм и предохранение её от окисления.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты экспериментального исследования, показывают, что древние предметы, находящиеся в музеях Улан-Батора, сделаны из таких же сталей, как и предметы, найденные на территории Монголии и Средней Азии в XI - XIII ст.ст.

2. Реставрация древнего процесса получения тигельной стали в XI -XIII ст.ст. на территории Монголии и Средней Азии , показывающая возможность получения природно-легированной стали.

3. Реставрация процесса получения индийского вутца, показывающая, что индийский вутц является первым в мире композиционным материалом.

4. Реставрация процесса монгольского древнего способа химико-термической обработки стали с использованием углеродосодержащих сред, получаемых при нагреве органических компонентов (шерсти, рогов и ш-пыт).

Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями, в которых использовались современные приборы и средства измерения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Химическим анализом установлено, что часть исследуемых предметов изготовлена из среднеуглеродистой, высокоуглеродистой и легированной сталей, которые можно было получить только путем плавки.

2. Наконечник стрелы и нож, относящиеся к Монголии XI-XIII ст.ст., изготовлены из стали, имеющей высокое содержание углерода и микроструктуру, характерные для индийского вутца.

3. Показано, что XI-XIII столетиях в Ахсикете (Северная Фергана) умели плавить тигельную сталь. Для плавки стали в тиглях использовали агломерат, который мог содержать оксиды легирующих элементов.

4. Реставрацией тигельной плавки стали на основе ахсикетского агломерата убедительно показана возможность получения в древности легированных сталей на основе природнолегированных руд.

5. Исследованием микроструктуры образцов древних изделий арсенала Тамерлана (Самарканд и древнего городища Ахсикет) установлено, что также как и монгольский наконечник стрелы, и нож, сделаны из индийского вутца.

6. На основании химического состава вутца и его микроструктуры обоснована технология его получения.

7. Реставрирован процесс получения индийского вутца, показано, что он является композиционным материалом среднеуглеродистая сталь - белый чугун.

8. Установлено, что для цементации поверхности стали в древние времена, использовали рога, копыта и ланолиновую шерсть, которые при нагревании предохраняли сталь от окисления и способствовали науглероживанию ее поверхности.

9. Показано, что в среде, создаваемой ланолиновой шерстью, копытами и рогами, при нагревании до 880°С на поверхности стали появляется уг

1. Монгол улсын гэгээрлийн яам, Монгол улсын шинжлэх ухааны ака-деми. Монгол улсын шинжлэх ухаан технологийг 2010 он хуртэлх хугацаанд хогжуулэх хотолбор. Улаанбаатар. 2000. X 52.

2. Киселев С.В., Мерперт Н.Я. Железные и чугунные изделия из Кара-Кума // Древне- монгольские города. М., 1965. С. 83.

3. Медведев А.Ф. Татаро-монгольские наконечники стрел в восточной Европе // Советская археология. М., 1966. №2.

4. Горелик М.В. Ранние монгольские доспехи ЛХ-первая половина XV в/ "Археология, этнография и антропология Монголии". Новосибирск, 1987. С. 35.

5. Гумилев Л.Н, Курчки А.И. Хар домог. Улаанбаатар., 1992. X 29

6. Худяков Ю.С. Железные наконечники стрел из Монголии. Новосибирск, 1985. С.56.

7. Худяков Ю.С. Вооружение Центрально-Азиатских кочевников в эпоху раннего и развитого средневековья. Новосибирск, 1991. С.60.

8. Пэрлээ X. Монголын нуудэлчдын металлурги, металл боловсруу-лалтын туухийн асуудалд. "Археологийн судлал ". Улаанбаатар, 1982. X 60.

9. Пэрлээ X. Монголчуудын цэргийн чадвар "Гурван огуулэл " Улаанбаатар, 1962. X 29.

10. Гонгоржав Г. Монголчуудын эрдэм ухааны уламжлал. Улаанбаатар, 2001.Х 387, 392.

11. Базарсурэн Ж. Их монгол улсын цэргийн зэр зэвсэг (XIII зуун) Улаанбаатар, 2000. X 166.

12. Дамдинсурэн А. Монголын зэвсгийн товч туух. Улаанбаатар, 1990.1. X 16.

13. Цэвээндорж Д. Монгол оронд томорлог боловсруулж эхэлсэн тухай асуудалд ."Дорно дахины суддалын асуудал" 1989. №1. X 20.

14. Баяр Д. Каменные изваяния из Сухэ-Баторского аймака. // Кн. Древние культуры монголий. Новосибирск, 1985. С.26.

15. Нацагдорж Н. Монголын ундэсний бутээгдэхуун уйлдвэрлэх уламжлалт технологи. Докторын зэрэг горилсон нэгэн сэдэвт зохиол. Улаан-баатар, 1997. X 91.

16. Амар А. Монголын товч туух. Улаанбаатар, 1989. X 45.

17. Батхурэл Ч. Хадуурын сегментийг хатаах уламжлалт технологийн судалгаа /Техникийн ухааны докторын (Ph.D) зэрэг горилсон бутээл, эрдэм шинжилгээний илтгэлийн хураангуй / Улаанбаатар, 2000. X 59.

18. Атаев Д.М. Новые данные о металлообрабатывающих очагах в средневековом Дагестане // «Труды VII международного конгресса антропологических и этнографических наук ». М., 1970. Т. 10. С. 219.

19. Жиовани дел Плано Карпини. Монголчуудын туух. Гильем де Руб-рук. Дорнод этгээдэд зорчсон минь. Улаанбаатар, 1988. X 54.

20. Марко Поло. Орчлонгийн элдэв сонин. Улаанбаатар. 1987. X 163

21. БНМАУ-ын туух. Улаанбаатар, 1984. X 176.

22. Лиждвой Р. А. Формирование в стали узора булатного типа // Металлург. 1980. №2. X 44-46.

23. Руденко С.И. Культура хуннов и ноинулинские курганы. М. JI. 1962. X 37.

24. Монголын нууц товчоо. 4 дэх хэвлэл. Улаанбаатар. 1990. X 83. (Ц.Дамдинсурэнгийн орчуулга)

25. Фридман Г.Л, Плоткин С.Я. История производства железного порошка//Порошковая металлургия. 1971. №9. С. 97-103.

26. Жао Хун. Монгол татарын тухай бурэн тэмдэглэл. "Богдбаатар бие-эр дайлсан тэмдэглэл ". Хайлар. 1985. X 127.

27. Пэн Да Я, Сюй Тин. Хар татарын тухай хэргийн товч. "Богдбаатар биеэр дайлсан тэмдэглэл ". Хайлар. 1985. X 63.

28. Черных Е.Н. Металл человек время. М.: «Наука», 1972. 205 с.

29. Вдовыкин Г.П. Алмазы в метеоритах. М.: «Наука», 1970. 125 с.

30. Кольчин Б.А. Техника обработки металла в древней Руси. М.: Суд-промгиз, 1953.

31. Гуревич Ю.Г. Загадка булатного узора. М.: «Знание», 1985. 190 с.

32. Арендт В.В. О технике древнего клинкового производства. Архив истории науки и техники, 8. М. J1.: Изд-во АН СССР, 1936.

33. Мезенин Н.А. Повесть о мастерах железного дела. М.: «Знание»,1973.

34. Мезенин Н.А. Занимательно о железе. М.: «Металлургия», 1972.256 с.

35. Аносов П.П. Собрание сочинений. М.: Изд-во АН СССР, 1954.

36. Гуревич Ю.Г. Тайна крылатого коня. Челябинск.: ЮжноУральское книжное изд-во, 1980. 191 с.

37. Миллем Г.О. Дамассцированная сталь//Горный журнал, 1837. ч.4. с. 30-44.

38. Фабр дю Фор. О приготовлении дамассцированной стали // Горный журнал, 1839. ч.2. с. 41-57.

39. Уилькинсон Ч. О причине образования струй на булатных и дамасских клинках//Горный журнал, 1841. ч.2. с. 17-38.

40. Массальский И.Б. Изготовление булата по способу употребленному персианами//Горный журнал, 1841. ч.4. с. 22-29.

41. Бутецов Г. Замечания о ковке булата в Бухаре // Горный журнал, 1842. ч.4. с. 11-17.

42. Эйнбродт Н.Н. Заметка по приготовлению булата // Горный журнал, 1874. ч.2. С. 30-39.

43. Фон-дер-Ховен. Дамасская сталь для изготовления оружия. СПБ: Оружейный сборник, 1882. С. 81-88.

44. Ленц Э. Императорский эрмитаж. Указатель отделений средних веков и эпохи Возрождения ч. I. СПБ: 1908.

45. Кашкай М.А., Селимханов И.Р. Из истории древней металлурги Кавказа. Баку: 1973 . 212 с.

46. Антейн А.К. Дамасская сталь в странах бассейна Балтийского моря. Рига: «Зинатне», 1973. 288 с.

47. Anteins A. Menais metals Jatvija. Riqa: "Zinatne", 1973 s. 271.

48. Pleiner R. Stare evropske kovarstvi. Praha, 1962. s. 138.

49. Bohne c. Die Technik der damfszicrten Schwerter // Archiv ffir das Eisenhuttenwesen. Dusseldorf. 1963. 34. н. 4.

50. Кашкай M.A., Селинханов И.З. Из истории древней металлургии Кавказа. Баку: Бакиздат. 1973. 268 с.

51. Чолошвили К.К. Из истории грузинского булата. Тбилиси: «Мец-ниерета», 1964. 312 с.

52. Железков В. Исторические сведения о булате в России. СПБ: Изд-во Брокгауза и Эфрона, 1906. 328 с.

53. Кирпичников А.Н. Древнерусское оружие. М-л: «Наука», 1966.с.289.

54. Эйнбродт Н.Н. Заметка на приготовление булата // Горный журнал, 1874. С. 18-23.

55. Гейман JI.M., Гасин Н.Я. Под знаком железа. М.: «Наука», 1972.211 с.

56. Тульское художественное оружие XVIII-XIX в.в. М.: Изд-во культурно- просветительной литературы. 1952. 362 с.

57. Аносов П.П. О булатах // Горный журнал, 1841. ч.2. С. 32-44.

58. Беляев Н.И. О булате // Журнал русского металлургического общества, 1911. в. 2. С. 28-41.

59. Гуревич Ю.Г. Тайна булата // Советская Россия, 1973, № 164. С.51-95.

60. Гуревич Ю.Г. Тайна булатного узора. М: «Знание». 1985. 191с.

61. Авторское свидетельство на изобретение №116334. Способ изготовления слитков булатной стали / Голиков И.Н., Васильев П.В., Гуревич Ю.Г., Лонгинов М.Ф., Люндовский Ю.И. Заявка №1110/460224 с приоритетом от 18.02. 1955.

62. Авторское свидетельство на изобретение № 1079337. Способ формирования булатного узора в стальной заготовке/ Гуревич Ю.Г., Люндовский Ю.И., Юшковский А.Г. Заявка № 3471550 с приоритетом от 15.07. 1982.

63. Бируни. Глава «О железе» минералогического трактата. М.: АН СССР // Краткое сообщение института истории материальной культуры. 1950. в. 33. С. 30-32.

64. Белиницкий A.M. Глава «О железе» минералогического трактата Бируни. М.: АН СССР // Краткая сообщение института истории материальной культуры. 1950. в. 33. С. 30-32.

65. Беляев Н.Т. О булатах СПБ // Горный журнал. 1906. С. 22-25.

66. Беляев Н.Т. Работы Аносова в области металлургии. СПБ // Горный журнал. 1914. С. 39-43

67. Чернов Д.К. Сталелитейное дело. Лекции, читанные в дополнительном курсе Михайловской артиллерийской академии в 1889-1891 г.г. СПБ: 1891. 162 с.

68. Чернов Д.К. Сталелитейное дело. СПБ: Част, изд., 1906. 187 с.

69. Чернов Д.К. Наука о металлах. М-л.: Металлоиздат, 1950. 219 с.

70. Ижевский В.П. Получение зернистого перлита при отжиге стали. СПБ//Журнал русского металлургического общества, 1906. с. 12-15.

71. Железнов В.Н. Историческое сведение о булатах в России. СПБ: 1906. 122 с.

72. Швецов В.Н. Литой булат // Уральский техник. 1924, № 3. с.14-16.

73. Гаев И.С. Булат и современные железоуглеродистые стали // Металловедение и термообработка металлов, 1956, № 9. С. 14-16.

74. Прокошкин Д.А., П.П. Аносов // В сб. «История открытой выставки высококачественных сталей М.: Изд-во АН СССР. 1951.С. 78-86.

75. Виноградов А.П. Происхождение булатного узора . М. Технико-экономический вестник. 1924, т.4. с.32-37.

76. Виноградов А.П. Мягкий булат и приготовление булатного узора // Научные записки кафедры «Металлография и механико-термической обработки металлов» Днепропетровского горного института. 1928. С. 18-23.

77. Голиков И.Н. Дендритная ликвация в стали. М.: Металлургиздат, 1968. 286 с.

78. Гуревич Ю.Г. Герасимов В.Ю. Булат в прошлом и будущим // Металлург. 1996, №4. С. 43-44.

79. Гуревич Ю.Г. Структурные особенности булата с позиций современной науки // Сталь. 1997, №6. С. 72-75.

80. А.Смит. Прикладная ИК спектроскопия Москва. МИР. 1982 г Applied spectroscopy A.Lee Smith A.Wiley-interscince publication John Wiley and sons New York- Chichester-Brisbane-Toconto

81. Infra red spectra and structure of organic long-chain Polymers Arthur Elliot Ph.D.D. Sc. London. Edward Arnold LTD, 1969

82. Геллер Ю.А, Рахштадт А.Г. Материаловедение. М. «Металлургия», 1989. С 26,171

83. Ишбалжир С. О технике и инженерном мышлении в Монголии «Новости Монголии» 1994. №9

84. Ишбалжир С. Коротко об истории техники Монголии «Новости Монголии» 1994. №10,11

85. Баясгалан П., Гуревич Ю.Г., Базарсурен Ж., Гомбосурен Ж. Изучение микроструктуры оружия среднего века // Инженерийн боловсрол-ерселдех чадвар. ЭШ-ний бага хурал МУТИС. Эрдэм шинжилгээний бичиг. г. Улан-Батор, 2001. х. 130.

86. Баясгалан П., Гуревич Ю.Г., Гомбосурен Ж. Исследования микроструктуры археологической металлической находки // ТИС Механик инженерийн сургууль. г. Улан-Батор, 2001. х. 20.

87. Баясгалан П. Традиционная технология металлобработки в Монголии // Сургалтын чанар судалгаа ЭШ-ний бага хурал Томор замын коллеж. Улан-Батор, 2001. х. 15.

88. Bayasgalan Р, Gurevich J.G, Gomboseren G/ Best damascus indian vutca made in territories of the Great Mongol // An international symposium. New materials and advansed technology. Ulan Bator, -2002.-p.109.

89. Баясгалан П. Возможность применения традиционной технологии для получения стали с комплексными механическими свойствами // Сургалт судалгаа ЭШ-ний бага хурал Темер замын коллеж.Улан-Батор, 2001.x. 21.

90. Ю.Г. Гуревич Ю.Г., Баясгалан П. Международная научно-техническая конференция в честь 200-летия со дня рождения П.П. Аносова «От булата до современных материалов», Златоуст, 1999 г.

91. Баясгалан П., Гуревич Ю.Г., Дудоров В.И. Реставрация процесса получения индийского вутца // Теория и технология производства новых конструкционных материалов: Сб. научн. тр. Курган: КГУ, 2000. С. 3-7.

92. Гуревич Ю.Г, Папахристу С.А. Производство тигельной стали в Северной Фергане в начале веков. Металлург. 1992. №3. С 36-39.

93. Гуревич Ю.Г, Папахристу С.А. Кольчуга Тамерлана. Металлург. 1992. №4. С 28-30.

94. Главацкий М.Е, Гришаев В.Ф, Гуревич Ю.Г и др. Генерал от металлургии Павел Аносов. Екатеренбург. Издание Уральского университета, 1999. с 302

95. Баясгалан. П. Химико-термическая обработка стали по традиционным методам монгольских кузнецов // Теория и технология производства ю132вых конструкционных материалов: Сб. научн. тр. Курган: КГУ, 2000. С.60-62.

96. P.Bayasgalan. Restavriation of traditional methods of chemical thermo processing of steel using horns, hoofs and wool. // An international symposium. New materials and advansed technology. Ulan Bator, MGY, 2002.-p.309.

97. Баясгалан П., Гуревич Ю.Г., Гомбосурен Ж., Применение традиционных методов термической обработки холодного оружия // ХХ1зуун девшилтэт технологи. ЭШ-ний бага хурал МУТИС. Эрдэм шинжилгээний бичиг. Улан-Батор, 2001. х. 62.

98. Баясгалан П. Технологическое исследование химико-термической обработки стали по монгольскому традиционному способу // Томор замын инженер техникчдын онол практикийн хурал. Улан-Батор, 1997. х. 22.

99. Баясгалан П. Нитроцементация на сталях по традиционной технологии // Монголын металлургичдийн холбооны анхдугаар бага хурал. Улан-Батор, 1999. х.38.

100. Марочник сталей и сплавов под.ред. В.Г. Сорокина. М. «Машиностроение» 1989. 88 с.