Prechod na navigáciu vodorovná Prechod na navigáciu Hlavné menu
Historický šerm

Články

História spracovania kovov II (január 2002)

2. časť: Spracovanie železa od jeho objavu až po halštatskú kultúru.


1.Úvod
V minulom článku sme si zhrnuli základné údaje o dobe kamennej a dobe bronzovej. Počnúc týmto článkom sa budeme venovať najmä železu a jeho spracovaniu. Ku bronzu sa ešte vrátime v súvislosti s technológiou liatia (odlievaniu v stredoveku a renesancii bude venovaný samostatný článok). Prečo sa budeme toľko zaoberať práve železom, je asi každému jasné. Tento kov nastúpil na svoje víťazné ťaženie v dobách faraónov a počnúc rímskou érou až do súčasnosti mu patrí jednoznačne prvé miesto v množstve a variabilite jeho využitia.
Prvé železné nálezy sa objavujú začiatkom 3. tisícročia pred n. l. v oblasti Mezopotámie a Egypta. Ide o výrobky z meteoritického železa spracovávané iba tepaním za studena resp. pri nízkej teplote technológiou, ktorá sa používala pri spracovaní vtedy už známych kovov. V priebehu ďalšieho tisícročia sa naučili ľudia získavať železo aj z pozemských rúd, ale ešte na konci 3. tisícročia pred n. l. končila väčšina výrobkov v kráľovských a chrámových pokladniciach. Situácia sa začína meniť až v 2. tisícročí pred n. l., a to najmä pod vplyvom Chetitov a Egypťanov. Definitívnu prevahu získava železo až u Grékov a najmä Rimanov.
V strednej a západnej Európe sa za začiatok doby železnej pokladá kultúra halštatská, asi 700 až 400 pred n. l. Staršie nálezy sa vyskytujú iba ojedinele a sú do tejto oblasti prinesené obchodníkmi z oblastí Stredozemného mora. (pozn.: existujú nálezy, ktoré posúvajú začiatok doby železnej v strednej a západnej Európe, ale sú zatiaľ len veľmi zriedkavé a nedá sa potvrdiť ich výroba a spracovanie u nás, resp. je to v štádiu archeologického výskumu, napr. železná dýka nájdená v Gánovciach pri Poprade, datovaná do roku 1500 pred n. l.) Pre Britániu a Škandináviu znamená nástup doby železnej v Európe pokles úrovne, pretože pre nedostatok nálezísk rudy sa sústredili na výrobu z bronzu a nemohli konkurovať železným výrobkom, najmä zbraniam.
Ostatné oblasti: v Indii sa objavuje železo asi v 11.stor pred n. l. (v Indii poznali železo skôr ako bronz, ktorý sa tam objavuje až začiatkom nášho letopočtu), Čína podobne. Do Ameriky sa železo dostalo až s Kolumbom.
2. Výroba železa
Veľkou výhodou železa je to, že náleziská rudy na jeho výrobu sa nachádzajú prakticky v celej Európe na rozdiel od medi, ktorej nálezísk je podstatne menej a surovina sa musela dopravovať na značnú vzdialenosť. Ďalšou veľkou výhodou bolo, že ľudia už boli oboznámení so spracúvaním medi a bronzu a tieto spôsoby len upravovali pre spracovanie železa. Na druhej strane veľkou nevýhodou bola teplota tavenia, ktorá je približne o 500  C vyššia, a najmä výrazný vplyv prímesí na vlastnosti kovu, ktoré sa len veľmi ťažko dali odstrániť, prípadne využiť. Až do stredoveku sa železo získavalo z rudy priamou redukciou dreveným uhlím v redukčných pieckach tzv. „dýmačkách“ .
Tento postup si teraz bližšie popíšeme. Výroba prebiehala redukciou oxidov železa dreveným uhlím pri pomerne nízkych teplotách - 1300 až 1350  C. To ale vyžadovalo dobre rozdrvenú a vytriedenú rudu s obsahom železa vyšším ako 50 %. V prípade rúd na báze uhličitanov resp. s menším obsahom Fe sa musela ruda najskôr pražiť na otvorenom ohni. Potom sa spolu s dreveným uhlím vsadila do pece. Do nej sa vháňal vzduch pomocou mechov. Po procese trvajúcom 8 až 10 hodín sa piecka otvorila (resp. podľa typu aj rozbila) Výsledkom bola tzv. „železná huba“. Bola to 5 až 15 kg ťažká hruda železa s prímesou strusky a 25 až 50 kg strusky (váha vsádzky: 50 až 100 kg rudy, 75 až 150 kg dreveného uhlia). Keďže teplota v piecke bola dosť nízka, nedochádzalo k nauhličovaniu železa a výsledkom tavby bolo takmer čisté železo. Táto huba sa ešte musela osekať od strusky a niekoľkokrát prekovať, aby sa zbavila nečistôt. Potom sa rozdelila na menšie kusy pravidelného tvaru, obvykle s dierou na prevlečenie povrazu, tzv. hrivny, a bola pripravená ako polotovar pre kováčsku dielňu. Na obrázku je nákres piecky pred a po tavbe (výška piecky je asi 1m).
Pozn.: Čisté železo je mäkký a dobre tvárniteľný kov s veľmi dobrou zvariteľnosťou. Tvrdosť a pevnosť mu dodáva až obohatenie uhlíkom, kedy hovoríme o oceli. V technickej praxi je oceľ zliatina Fe a C s obsahom C menej ako 2,14 %. Ak je obsah uhlíka väčší, dochádza k jeho vylučovaniu vo forme grafitu a hovoríme o liatine. V historickom popise hovoríme oceli s menej ako 0,2 % C technické železo resp. železo. Oceľ s viac ako 0,2 % C už nie je kováčsky zvariteľná (priamo). Maximálnu tvrdosť dosahuje oceľ pri asi 1 % C. Obsah ostatných prvkov (tzv. legúr) je z hľadiska spracovania nepodstatný, pretože ho nevedeli ovplyvniť. Spomeniem len síru a fosfor, ktoré majú nepriaznivý vplyv na vlastnosti a dostávajú sa do oceli najmä z rudy a síra aj pri kovaní na čiernom uhlí, ktoré ju obsahuje. Často používané bahenné rudy obsahujú pomerne veľa P a S. Ďalej mangán a meď, ktoré sa tiež nachádzajú v rudách a priaznivo ovplyvňujú vlastnosti, a na záver spomeniem nikel tiež vhodne ovplyvňujúci oceľ, ale v rudách sa nevyskytujúci. Jeho prítomnosť svedčí o meteoritickom pôvode železa. V dôsledku toho bolo železo z určitých oblastí výrazne kvalitnejšie, a preto vznikali najmä v ranom stredoveku známe strediská výroby, ktorých dobrý zvuk sa zachoval často až do novoveku resp. súčasnosti.

A piecka pred tavbou:
1. šachta, 2. zahĺbená nistej, 3. keramická výfučňa, 4. dúchadlo, 5. drevené uhlie, 6. železná ruda, 7. slama na začiatku blokujúca nistej,
B po tavbe:
8. zbytky paliva, 9. železná huba so struskou, 10. struska, 11. zbytky paliva

3. Vybavenie dielne
V prvom rade v dielni nesmela chýbať vyhňa. Jej tvar a použitie je obdobné ako dnes a presný popis si uvedieme v ďalšom článku. Spomeniem len, že v blízkosti kováčne bol nevyhnutný tmavý kút, kde sa určovala teplota materiálu podľa farby, a to až s presnosťou na 10  C. Ale väčšinou tam chýbal sud s vodou, keďže kalenie nepoužívali, resp. nepoznali (až na výnimky). Kováčske mechy už v tomto období boli známe.
Nákova bola menšia a obvykle kamenná, vzhľadom na cenu železa. Železné boli len malé nákovky resp. rohatinky a pod. Kliešte boli často pinzetového typu, i keď už poznali aj pákové. Bežne používali aj pilníky, sekáče a samozrejme celý rad kladív. Náradie bolo často vyrábané z bronzu. Unikátnym je nález zachovanej dielne z doby halštatskej na Býčej Skale v Čechách, viď obrázok.
Obrázok: 1. perové kliešte 36 cm, 2.-3. ťažké kladivá 12,5 a 16,5 cm, 4.-5. kovadlinky 9,5 a 11 cm
4. Technológia kovania a výrobky
Technológia kovania v počiatkoch spracovania železa má niekoľko charakteristických rysov. V prvom rade je to snaha používať technológie už známe zo spracovania iných kovov, najmä medi a bronzu. Prejavuje sa to najmä v snahe kuť železo pri preň veľmi nízkych teplotách a prekúvať čepeľ za studena (u bronzu sa tým dosahuje výrazné spevnenie ostria). Musíme si uvedomiť, že meď a bronz sa spracúvali z veľkej časti za studena, kdežto železo sa musí od začiatku do konca spracúvať za tepla, a to za pomerne vysokých teplôt 700 až 1300  C. Takisto tvar železných predmetov je kópiou bronzových výrobkov a nezohľadňuje jeho rozdielne vlastnosti. Ďalším rysom je používanie technológií bez toho, aby si výrobca uvedomoval ich význam. Typickým príkladom je cementácia (úmyselné nauhličovanie za účelom dosiahnutia vyššej tvrdosti) celého výrobku napr. sekery alebo cementovanie náramkov, kde je to z funkčného hľadiska zbytočné. Posledným znakom sú výrazné rozdiely medzi úrovňou spracovania a to aj na jednom území v danom období. Existujú nálezy egyptských dýk vyrobených paketovaním, cementovaných a následne kalených, pričom táto technológia bola aj na konci halštatskej doby veľmi zriedkavá. Ide pravdepodobne o náhodné objavy konkrétnych výrobcov. Dobre strážené výrobné postupy však často umierali spolu s ich tvorcom.
Venujme sa teraz bližšie technikám, ktoré sa používali. Pomerne skoro dosiahlo veľmi vysokú úroveň tvárnenie. Zahrňuje ohýbanie, pechovanie, sekanie, osadzovanie, rozkovávanie na danú hrúbku a vytvorenie žiadaného tvaru. Veľmi nízky obsah uhlíka, ktorý to umožňoval, spôsoboval, že železné výrobky boli mäkšie ako bronzové. Pomerne rýchlo sa však začala používať cementácia, ktorá tento problém odstraňovala, ale bola používaná aj v situáciách, kedy nemala opodstatnenie. Cementácia bola prevádzaná dvoma spôsobmi: žíhaním tenkých pásikov železa na drevenom uhlí, alebo opakovaným zahrabávaním rozžeraveného výrobku do cementačnej zmesi na báze uhlia. Ojedinele sa oceľ vyrobila už v šachtovej peci, ak tam teplota vystúpila na dostatočnú hodnotu. Nízky obsah uhlíka umožňoval paketovanie – spájanie prútov železa a následné prekovanie. Spájalo sa za účelom dosiahnutia vhodného rozmeru polotovaru a nie za účelom zlepšenia vlastností, ako to bolo neskôr u zvarkového damašku. Nedokázali totiž ešte spojiť železo s oceľou s vyšším obsahom uhlíka. Zriedkavo spájali železo s oceľou so stredným obsahom uhlíka, dokonca je známe úmyselné navarenie oceľového ostria na nôž resp. sekeru, ale ide o výnimky. Kováčske zváranie bola pomerne bežná operácia, bežne používali aj nitovanie a sekanie aj pomerne hrubých polotovarov. Tepelné spracovanie prakticky nepoznali. Ani nauhličené ocele nie sú kalené. Kalenie je pozorované len zriedka a často je asi výsledkom náhodného prudkého schladenia. Kalenie a následné popúšťanie sa síce objavuje ale výskyt je zanedbateľný. Rovnako zanedbateľné sú aj známky nitridovania (obdoba cementovania ale miesto uhlíka sa zvyšuje obsah dusíka) niektorých výrobkov, ktoré sú pravdepodobne dielom náhody.
Z uvedeného vyplýva, že priemerný železný výrobok bol už tvarom na vysokej úrovni, ale pevnosťou a tvrdosťou ešte nedosahoval parametre súdobých bronzov. Podiel nauhličovaných výrobkov sa však postupne zvyšoval a ojedinele už bola čepeľ aj kalená.
Na obrázku sú jedny z najstarších železných nálezov: 1. dýka nájdená v kráľovskej hrobke v severnej Anatólii, dnešnom Turecku. Pozemské železo, rúčka bohato zdobená zlatom. Asi 2500 pred n.l., 2. dýka z meteoritického železa z Tutanchamónovej hrobky. 1. pol. 14. stor. pred n.l. zdobená zlatom a striebrom.

Tomáš Smyk
Rád sv. Galahada
 


 

webygroup

dnes je: 15.12.2018

meniny má: Ivica

podrobný kalendár

Za obsah zodpovedá
Markepee, s.r.o.


912089

Úvodná stránka