Серия «Металлургия»

45

Металл под печать: как аддитивные технологии уже трансформируют российскую индустрию

20 июля в России отмечается День металлурга. Поговорим о том, как металлическая 3D‑печать переходит из разряда перспективных экспериментов в полноценную производственную практику.

Аддитивные технологии позволяют создавать детали сложной формы (с внутренними каналами, тонкими стенками и т. п.) там, где раньше требовались сборные узлы. Турбинные лопатки, имплантаты, детали летательных аппаратов — всё чаще на них появляются характерные штриховки послойной печати.

Сегодня 3D‑печать металлами востребована в самых разных отраслях — от нефтегазовой и космической отраслей до авиа- и судостроения.

Технология позволяет взглянуть на металлургию под другим углом: например, компоновка элементов с «узорчатой» внутренней структурой заметно снижает массу изделия, а необходимые запчасти можно изготовить по мере необходимости без длительной доставки и складирования запасных частей.

За этим стоит глубокая научная трансформация, о которой сегодня пойдёт речь.

Металл под печать: как аддитивные технологии уже трансформируют российскую индустрию МИСиС, Ученые, Наука, Промышленность, Производство, Научпоп, Металлургия, Металлург, День металлурга, Технологии, Длиннопост

Источник: Shutterstock

Учёные отмечают, что по качеству напечатанные детали зачастую сравнимы с обычными, а в некоторых случаях и вовсе превосходят их благодаря оптимизированной структуре. При этом 3D-печать позволяет сократить затраты на оснастку, уменьшить объёмы отходов и ускорить выход новых изделий на рынок.

Эксперты прогнозируют рост объёма мирового рынка аддитивных технологий до ~83,6 млрд долларов к 2030 году. В России рынок за 1 год уже достиг 4,5 млрд рублей и, по прогнозам Минпромторга, вырастет до ~58 млрд к 2030 году.

Именно поэтому металлургические предприятия активно инвестируют средства в разработку 3D-принтеров и подготовку специалистов.

Что уже в ходу

За последние годы удалось достигнуть ряда важных достижений, которые уже применяются на практике. К примеру, металлурги начали внедрять гибридные технологии: после печати критической части детали тут же выполняется её механическая доводка, что ускоряет производство и снижает количество дефектов. Также появились расширенные фабрики 3D‑принтеров, где несколько установок выпускают партии сложных запчастей одновременно. Активно развиваются автоматизированные поточные линии, совмещающие печать и постобработку деталей за единый цикл.

Компании переходят к «виртуальному заводскому цеху», где изделия сначала проектируют и тестируют на компьютере и только затем отправляют в производство. Таким образом можно сэкономить на хранении комплектующих и при сбоях в поставках печатать необходимую деталь на месте.

Почему не каждый металл подходит

Не все металлические сплавы одинаково подходят для послойного наращивания. В трёхмерных принтерах широко используют специализированные нержавеющие стали (316L, H13), титановые сплавы (Ti-6Al-4V), никель-хромовые суперсплавы (Inconel, CoCr). Дело в том, что высокоуглеродистые и быстро остывающие материалы при печати обычно трескаются. Например, чистая медь сильно отражает лазерный луч и плохо сплавляется, поэтому, чтобы ей печатать, разрабатывают материалы с особыми легирующими элементами. По тем же причинам, например, к алюминию добавляют кремний, чтобы уменьшить усадочные напряжения.

Отдельно выделяют высокоэнтропийные сплавы — сложные многокомпонентные системы с 5-ю и более основными элементами. Они прочные и термостойкие, благодаря чему повсеместно применяются для 3D-печати.

В России для аддитивных технологий изготавливают металлическую проволоку. Так, на Чепецком механическом заводе (ГК «Росатом») освоили производство порошковой титановой проволоки для промышленной 3D-печати. Изделие применяется в технологиях наплавки, где сплав подаётся в виде проволоки и локально сплавляется. Кроме того, учёные НИТУ МИСИС разработали новый сплав: в нём кальций заменил дорогие редкоземельные элементы, что значительно снизило его стоимость и при этом сохранило высокие прочностные характеристики.

Как печатают металл

Селективное лазерное плавление (SLM) — один из самых распространённых методов: металлический порошок распределяется тонким слоем и по определенным траекториям сплавляется лазером. После наносится новый слой и процесс повторяется. Этот метод обеспечивает очень высокое разрешение печати (толщина слоя порядка 20–80 мкм) и позволяет работать практически со всеми промышленными металлами. Однако SLM обладает рядом ограничений: медленная скорость печати, детали часто требуют поддерживающих конструкций под нависающими участками, для каждого материала нужна своя рецептура сплава, а сам порошок со временем теряет свойства.

Ещё одно перспективное направление — методы прямого подвода энергии и материала (DED). К ним относятся лазерная наплавка порошком и проволокой: LENS (Laser Engineered Net Shaping) позволяет воссоздавать крупногабаритные изделия и ремонтировать детали. Электроннолучевая проволочная наплавка (EBAM) позволяет печатать объёмные конструкции с помощью металлической проволоки и электронных пучков. Такая наплавка отлично подходит для крупных стальных каркасов и корпусных частей, хотя слои получаются толще, чем при SLM.

Струйная печать связующим веществом (Binder Jet) работает иначе: на порошковую заготовку послойно впрыскивают жидкое связующее, прямо как в обычном принтере. Затем порошковую заготовку сплавляют или запекают. Метод особенно эффективен при изготовлении больших литейных опок.

Во многих системах печати уже применяют компьютерное моделирование для подбора оптимальных параметров мощности лазера, скорости сканирования и толщины слоя, что позволяет заранее спрогнозировать структуру материала.

В  развитие аддитивных технологий активно включаются крупнейшие российские предприятия. Например, ГК «Росатом Аддитивные технологии». Норникель напечатал крупную литьевую спиральную камеру насосного агрегата для своего комбината — раньше замена этой детали весом около полутонны требовала годового цикла изготовления. Благодаря 3D-сканированию и металлопечати эту операцию удалось выполнить за недели, минуя долгие этапы создания подробных чертежей.

Новолипецкий металлургический комбинат внедрил две промышленные установки 3D-печати песчаных форм: они печатают насосные корпуса, роторы, каркасы и даже десятитонные корпуса спекательных тележек. Изготовление форм удалось ускорить пятикратно, а качество отливок значительно улучшилось.

Кто стоит за инновациями

За развитием аддитивных технологий зачастую стоят университеты и НИИ. Например, в Передовой инженерной школе НИТУ МИСИС впервые в стране научились печатать вольфрам-медные композиты с гироидной структурой. Такой материал открывает возможность создания новых обращенных к плазме компонентов в термоядерной энергетике. В СПбПУ создан Инфраструктурный центр НТИ «Технет» по аддитивному производству, а также впервые в России разработано собственное программное обеспечение для управления металлопринтером. Уральский федеральный университет совместно с индийскими учёными освоил 3D-печать из жаропрочных титановых алюминидов. Новая технология позволяет получать детали, выдерживающие температуру до 700°C при меньшей массе по сравнению с никелевыми аналогами.

Всё не так просто

Главный недостаток аддитивных технологий заключается в том, что промышленные металлические 3D-принтеры стоят в десятки раз дороже обычных станков, а материалы быстро расходуются. Кроме того, невысокой остаётся скорость печати: например, SLM-машины за один час могут наплавить лишь несколько килограммов металла. Это ограничивает использование аддитивных методов в массовом производстве.

Также технологии SLM и EBM требуют сложных поддерживающих структур для деталей с нависающими элементами, они энергоёмкие и чувствительные к свойствам порошка. К тому же порошок со временем разрушается: его мелкие частицы слипаются, что ухудшает качество повторно использованных материалов. Другие методы, такие как Binder Jet, позволяют печатать с большей скоростью, но готовые изделия получаются пористыми и требуют дополнительного спекания.

Всё это — пока нерешённые задачи.

Контроль качества изделий аддитивного производства

Традиционная металлургия развивалась на протяжении многих столетий — от первых способов литья раскалённого металла до современных автоматизированных производств. За это время были разработаны строгие стандарты и требования, которые сегодня закреплены в нормативных документах.

В то же время всё большее значение приобретают аддитивные технологии, чьи изделия находят применение в высокотехнологичных и ответственных отраслях — таких, как аэрокосмическая промышленность, атомная энергетика, медицинское оборудование и другие. В этих областях особенно важен высокий уровень контроля качества.

Для анализа и оценки изделий, созданных с помощью 3D-печати, используются методы, ранее не применявшиеся в традиционной металлургии. Например, компьютерная томография, известная благодаря своему применению в медицине, теперь активно используется для изучения внутренней структуры аддитивных деталей. Это позволяет выявлять микроскопические дефекты и особенности без повреждения самого изделия.

Под изменяющиеся реалии создаются новые профессии. Так, первой в России образовательной программой, которая подготовит специалистов в области стандартизации и метрологии в "аддитивке", стала магистратура «Сертификация изделий аддитивных технологий» в НИТУ МИСИС.

Заводы будущего — уже рядом

Программное обеспечение для оптимизации топологии и прогнозирования свойств материалов, системы «умного завода» с дистанционным контролем, аддитивное прототипирование в сочетании с дополненной реальностью — всё это постепенно входит в практику и скоро станет рутинной частью металлургической отрасли.

Ожидается, что комбинация классической металлургии и аддитивного производства позволит резко повысить технологичность промышленных изделий, снизить их вес и экологический след, а сами металлурги смогут конструировать изделия практически любой формы.

Показать полностью 1
91

Оружейных дел мастера, или металлургия с региональным колоритом

Как известно, лучшая защита — это нападение, а потому от доспехов мы плавно переходим к огнестрельному оружию. В начале 18 века, когда под руководством Петра I Россия встала на путь реформ, в стране началось активное развитие металлургии, и ключевую роль в этом сыграли мастера из Тулы. Сегодня мы расскажем, почему этот регион является центром оружейного производства, кузницей передовых технологий обработки металла и в чем секрет его успеха.

Оружейных дел мастера, или металлургия с региональным колоритом Ученые, Технологии, Наука, Научпоп, Промышленность, МИСиС, Оружие, Военная история, Изобретения, Длиннопост

Винтовка Мосина с клеймом Императорского тульского оружейного завода

Строительство оружейных заводов в Туле во многом началось из-за удачного стечения обстоятельств: рядом богатые месторождения железной руды и лесные массивы. Также расположение города выгодно с точки зрения логистики — он находится недалеко от столицы на пересечении торговых путей.

К 1850 г. в тульском регионе сформируется сословие оружейников, численность которого достигнет 20 тыс. человек. Эта прослойка начала формироваться в 17 в., когда власти переселили в Тулу первых мастеров-самопальщиков. Самопальные мастера делились на ствольников, станочников, замочников и т. д., поскольку разными частями орудий занимались разные специалисты. Централизация оружейного производства в то время была относительной — большинство мастеров хотя и трудились на государство, но предпочитали работать в собственных мастерских.

К концу 16 в. правительство юридически оформило статус «казенных» кузнецов-оружейников, которых в обиходе стали ласково называть «казюками». Государство освобождало их от уплаты налогов и податей, но также и обязывало поставлять определенные изделия, в основном огнестрельное оружие.

Дальнейшее развитие оружейного промысла в Тульском крае было обусловлено созданием в регионе крупных металлургических предприятий. Силами европейских кузнецов и литейщиков эти заводы превращались в центры повышения квалификации — правительство обязывало иностранцев «людей государевых всякому железному делу научать и никакого ремесла от них не скрывать». Позже Петр I и вовсе начал отправлять русских оружейников на стажировки заграницу.

Оружейных дел мастера, или металлургия с региональным колоритом Ученые, Технологии, Наука, Научпоп, Промышленность, МИСиС, Оружие, Военная история, Изобретения, Длиннопост

Рабочие, инженеры и служащие оружейного завода в тире

15 февраля 1712 г. по личному указу Петра I началось строительство Тульского оружейного завода. Предприятие оснащалось водяными машинами, «вертельными» станками, станками для отделки наружной и внутренней поверхности стволов. В производстве механизмов и инструментов использовались поверочные калибры. Вододействующие машины на реке Упе были построены русскими мастерами: кузнецом Марком Сидоровым (Красильниковым) и солдатом Яковом Батищевым.

Фабрика начала работу в 1714 г. Спустя шесть лет при заводе работали около 1200 оружейников, которые ежегодно производили свыше 20 тыс. пехотных и драгунских ружей, пистолетов. Там же массово производили холодное оружие — сабли, палаши, шпаги.

Оружейных дел мастера, или металлургия с региональным колоритом Ученые, Технологии, Наука, Научпоп, Промышленность, МИСиС, Оружие, Военная история, Изобретения, Длиннопост

На середину 18 в. приходится расцвет тульского оружейного искусства. В это время необычайно возрос спрос на художественно украшенное тульское оружие. Удивительное по своему изяществу изобретение туляков — «алмазная грань» на металле — уходит корнями именно в эту эпоху.

Для сравнения, в годы Отечественной войны с Наполеоном наряд для казенных мастеровых составлял 7000 ружей, для частных фабрикантов — 3000 новых ружей и 3000 переделанных из «старого оружия», т. е. всего 13 000 ружей в месяц. Оружейники Тулы с 1812 по 1815 гг. поставили 496 524 ружья.

Технология производства стволов на тот момент была известна и отработана: они ковались из прямоугольной пластины толщиной в 7-8 мм, шириной 60-70 мм. Края полосы удалялись, затем она свертывалась по всей длине на круглом прутке железа, проваривалась и проковывалась, тем самым ствол удлинялся, поэтому делали осадку с обеих сторон. Для этого добела нагревали конец ствола и ударяли им о наковальню; железо «садилось», ствол укорачивался. Концы ствола приобретали утолщения — в казенной и дульной частях стволов они предохраняли изделия от разрывов. Каналы стволов в большинстве своем не имели сверловки.

Однако это оставалось наиболее сложным участком технологической цепочки — брак достигал 60%. Оружейники считали, что дело в низком качестве используемого железа, так как при неоднократных нагревах изделие разрушалось. В горном ведомстве же утверждали, что основной причиной является низкий уровень квалификации оружейников. В результате пришлось поднимать проблему на государственный уровень. Было принято решение создать специальную структуру — Комитет для приискания способов лучшей выделки железа и стали. Учреждение начало работу в 1832 г., но только в 1843 г. железо, изготовленное на Златоустовском заводе новым для России контуазским способом, позволило значительно сократить объем брака.

Особенность контуазского метода заключалась в устройстве горна. Он оборудовался двумя фурмами, благодаря чему увеличивалась протяженность окислительной зоны и, следовательно, существенно возрастала производительность. Фурмы устанавливались с меньшим наклоном, чем в обыкновенных кричных горнах, поэтому струя воздуха направлялась на «противофурменную доску». Металлические бруски располагали таким образом, чтобы расплав стекал через струю воздуха на дно горна, куда помещались железистые шлаки и окалина. Предусматривался предварительный подогрев металла теплом отходящих газов. Кроме того, в контуазских горнах можно было перерабатывать в сварочное железо бракованные пушки, прокатные валки и прочий лом.

Оружейных дел мастера, или металлургия с региональным колоритом Ученые, Технологии, Наука, Научпоп, Промышленность, МИСиС, Оружие, Военная история, Изобретения, Длиннопост

Контуазский горн

В 1861 г. Тульский, Ченцовский и Ижевский оружейные заводы перешли на использование ижевского ствольного железа. В это же время европейские производители оружия уже перешли на применение литой стали, необходимой для точной обработки каналов стволов нарезного оружия. Для покрытия потребностей в стальных стволах в 1872 г. Ижевский завод был передан в коммерческое управление полковнику Петру Бильдерлингу с обязательством обеспечить производство 500 тыс. стальных стволов в течение шести лет. При нем, а затем и при его преемнике Карле Стандершельде, на заводе было организовано стабильное производство, и уже в 1884 г. завод вернулся под государственное управление. Для воспитания инженерных и административных кадров проведена реорганизация учебных программ Михайловской артиллерийской академии, где металлургия стала важной частью образования. В 1875–1876 гг. в академии начали преподавать сталелитейное дело, где большую роль в обучении сыграл основоположник металлографии и термической обработки Дмитрий Константинович Чернов.

Этот текст подготовлен на основе материалов из энциклопедии «Металлургия и время», созданной учеными Университета науки и технологий МИСИС.

Показать полностью 6
341

«Эффект бабочки»: как производитель кастрюль повлиял на индустриальную революцию

Люди давно привыкли к благам цивилизации: покупают готовую одежду, а не ткут и прядут самостоятельно; используют моторчики, где только можно; быстро перемещаются на большие расстояния на разных видах транспорта и т.д. А все это стало возможным благодаря Первой промышленной революции, которая началась в Англии в XVIII веке и стояла на трех главных инновациях: запуске текстильной промышленности, изобретении парового двигателя и… замене древесного угля на каменноугольный кокс при выплавке чугуна. О последнем мы и расскажем поподробнее.

Во второй половине XVI в. возрастающий спрос на металл стимулировал неуклонное увеличение размеров доменных печей для выплавки чугуна. От 4,5 м в XVI веке печи «выросли» до 9 м в XVII в., но их производительность была всего 5-7 т чугуна в сутки. На 1 т чугуна расходовалось, в среднем, 1,6 т древесного угля, но с учётом кузнечных доп. работ, общий расход твёрдого топлива превышал 3 т. В сутки требовалось около 100 м3 древесины, то есть более 50 стволов среднего размера (50-70 см в диаметре). Леса вырубали в огромных масштабах (не только из-за этого, конечно, надо было еще строить корабли и выделять место под пастбища, но всё же). К XVII в. в Европе, особенно в Великобритании, это превратилось в серьёзную проблему. Требовалось найти новое, более эффективное топливо.

«Эффект бабочки»: как производитель кастрюль повлиял на индустриальную революцию Ученые, Научпоп, Наука, Технологии, Промышленность, Металлургия, Уголь, МИСиС, Длиннопост

Речной ландшафт с доменными печами. Иоахим Патиниер. XVI в.

Каменный уголь (в небольших хозяйствах) использовался в Англии на протяжении всего средневековья. Но с ним была проблема — много серы, которая, попадая в чугун, делала его ломким и непригодным для дальнейшей работы, ну и пахла ужасно. С применением угля в доменной плавке дела обстояли ещё сложнее. Требовалось, во-первых, превратить уголь в прочное кусковое топливо, а во-вторых — что-то решать с серой. Первым, кому удалось достичь успехов в этом деле, был Дад Дадли (Dud Dudley), внебрачный сын Эдварда Саттона, пятого барона Дадли. Ещё в юности Дад начал работать на металлургическом заводе своего отца, где проводил опыты с углём. Позднее он писал: «Дрова и древесный уголь становились редкими, а между тем в непосредственной близости от доменной печи находили в большом количестве каменный уголь. Это обстоятельство побудило меня видоизменить устройство горна, чтобы попробовать положить туда каменный уголь... Успех, достигнутый мною при первом же опыте, поощрил меня. После второго опыта я убедился, что металл, получаемый по моему новому способу, был хорошего качества». Он сообщил о результатах отцу, который и взял патент на своё имя. Его доменная печь в Аскью-Бридж (Askew-Bridge) давала в 1635 г. приблизительно 7 т чугуна в неделю, себестоимостью в 4 фунта стерлингов за т, при обычной величине 6-7 фунтов стерлингов. Одного этого было достаточно, чтобы вызвать настоящую революцию в металлургической промышленности, но наступила черная полоса: доменные печи были разрушены «Великим майским наводнением», потом конкуренты науськали рабочих разгромить завод, затем долги, тюрьма, переворот Кромвеля в стране, разорение. После реставрации монархии Дадли попытался вернуть себе свои права, однако его ходатайства были приняты довольно холодно. В 1665 г. он написал книгу с посвящением «почтенному Большому совету его Величества», озаглавленную Metallum Martis или «Изготовление железа с использованием земляного и морского угля». Несмотря на это все просьбы Дадли были отклонены. Умер он в 1684 г., забытый всеми, а вместе с ним ушёл в могилу и его секрет.

После смерти Дада Дадли разные товарищи предпринимали безуспешные попытки по коксованию угля. Стремление сделать угольное топливо приемлемым для использования в промышленности привело к логичному выводу: чтобы вывести «сернистые соединения» из угля, надо его нагреть без доступа воздуха, аналогично тому, как обугливали дерево. Однако оказалось, что большая часть серы, связанная с нелетучим углеродом или находящаяся в золе, в условиях, характерных для коксования, остается в нелетучем остатке и только малая доля удаляется с газами.

Решить проблему использования высокосернистого коксующегося угля при выплавке чугуна в промышленных масштабах удалось родственнику Дада — Абрахаму I Дарби (его прабабка была сестрой Дадли), и потом его сыну Абрахаму II.

В юности Абрахам учился в Бирмингеме у мастера Джонатана Фрита, который занимался строительством солодовых мельниц. Английские пивовары в то время уже использовали каменный уголь в работе, но его предварительно подготавливали, чтобы удалить серу, которая могла испортить запах. Предполагается, что Дарби кое-что точно подсмотрел у пивоваров.

Получив знания и в выплавке металлов, и в работе с углём, Дарби переехал в Бристоль, куда его в 1702 г. пригласили в состав учредителей Бристольской компании латунного литья, производившей преимущественно кухонную утварь. Абрахам сначала разработал и внедрил новую технологию отливки котелков и кастрюль в песчаные формы, а не в глиняные (которые деформировались и трескались при заливке в них металла), на чем отлично заработал. В 1704 г. он организовал литейное предприятие Cheese Lane Foundry, которое первоначально производило посуду из латуни, а позже перешло на использование чугуна.

«Эффект бабочки»: как производитель кастрюль повлиял на индустриальную революцию Ученые, Научпоп, Наука, Технологии, Промышленность, Металлургия, Уголь, МИСиС, Длиннопост

Вид на Верхние заводы Коалбрукдейла (в правом нижнем углу – кучи для выжига угля). Художники Дж. Перри и Т. Смит. 1758 г.

В 1705 г. Абрахам I взял в аренду разрушенную печь в Коулбрукдейле (она впоследствии получила название «Старая домна») и начал проводить опыты по приготовлению угля «без серы» и отливке чугуна.

«Старая домна», ныне часть Музея железа Коулбрукдейла, где Дарби-старший проводил опыты

Неоспоримым является тот факт, что с самого начала работы Дарби использовал специально подготовленный каменный уголь. Возможно, ему помогло то обстоятельство, что угли Шропшира крупнокусковые и относительно малосернистые. Сохранилась его книга для записей, в январе 1709 г. в ней упоминается «обугленный» («charked») уголь. В тот год внезапно объемы производства на его заводе резко взлетают, Дарби продал тогда 81 тонну чугунных изделий. И дело вроде отлично шло, бизнес расширялся, но в 1717 году, в 39 лет Абрахам умирает после долгой болезни. Его старшему сыну на тот момент было 6 лет. Компаньоны и нерадивые родственники чуть не разрушили всё дело. Но благодаря усилиям дяди-опекуна, который не бросил племянника и купил для него акции, Абрахам-младший смог участвовать в управлении предприятием, в 17 лет. 17, Карл!

За прошедшее с момента смерти Абрахама-старшего время округ обезлесился — возник серьезный риск, что завод в скором времени останется без древесного угля, который все еще был основным топливом. Для решения проблемы нужно было закончить работу начатую отцом и Абрахам II стал долго и упорно экспериментировать. Он установил, что кокс более плотный по сравнению с древесным углём и из-за этого хуже горит. Кроме того, в нём всё ещё содержалось много серы, а после сгорания оставалось много золы, которую надо было удалять со шлаком. Для решения этих проблем он увеличивал мощность воздуходувок, для связывания серы в шлак придумал подмешивать к руде негашёную известь, внес в технологию плавки изменения, обусловленные различием в физических свойствах древесного угля и каменноугольного кокса.

В 1735 г. Абрахам II достиг цели. Несмотря на явный успех и пользу для отрасли, новый способ стал общеупотребительным только в 1780-е гг. Новая технология сняла проблему нехватки топлива для производства чугуна и позволила производить его в больших количествах. Но проблема топлива оставалась на следующем этапе — при переделе чугуна в железо. Для этого тоже требовалось много топлива, а использование сернистого угля приводило к «порче» металла. Как мы сейчас знаем, «дешёвыми» методами серу из угля удалить невозможно, остаётся только один способ — использовать тепло сжигаемого топлива, изолировав при этом металл от контакта с углем. По этому пути, кстати, и пошли братья Кранедж, получив патент в 1766 г. на процесс пудлингования. Идея была в том, что чугун помещался в отражательную печь, свод которой нагревался продуктами горения угля. Таким образом металл почти не контактировал с продуктами горения и не насыщался серой.

Что же было после? Промышленная революция! Одни изобретения влекли за собой другие: возросшую массу товаров уже невозможно было перевозить на лошадях и парусниках. Совершенствовался транспорт: появились пароход, паровоз, строились мосты из металлоконструкций. К слову, первый чугунный арочный мост в мире построил Абрахам Дарби III — внук Дарби старшего.

«Эффект бабочки»: как производитель кастрюль повлиял на индустриальную революцию Ученые, Научпоп, Наука, Технологии, Промышленность, Металлургия, Уголь, МИСиС, Длиннопост

Чугунный мост через реку Северн в графстве Шропшир в Англии, построенный Абрахамом Дарби III, был открыт в 1781 г.

Завершением промышленного переворота можно считать производство машин с помощью машин. Стали строиться заводы современного типа. Индустриализация Англии вызвала бурный рост промышленных центров. В частности, мощное развитие чёрной металлургии России в XVIII в. было обеспечено не в последнюю очередь английскими специалистами и технологиями.

Текст подготовлен на основе материалов из энциклопедии «Металлургия и время», созданной учеными НИТУ МИСИС.

Показать полностью 5
88

От средневекового доспеха до платья Барбареллы и снова к доспеху: модные приключения металла

Сегодня о красивом) Продолжаем рассказ, начатый тут. С развитием металлургии и технологий обработки стали, оружейники создавали не просто доспехи для защиты, а настоящие произведения искусства. Мы расскажем, как стало возможным изготовление сплошных доспехов, как мастера проявляли творчество в таком суровом ремесле и кто произвел революцию в моде XX века, представив первое полностью металлическое платье. Сразу сделаем оговорку, что пост полномасштабным исследованием не является, про всё-всё написать не можем, хоть и очень хотим.

От средневекового доспеха до платья Барбареллы и снова к доспеху: модные приключения металла Технологии, Доспехи, Металлургия, Изделия из металла, Средневековье, МИСиС, История (наука), Мода, Длиннопост

"Геркулесов" доспех императора Священной Римской империи Максимилиана II Австрийского, 1555 г. Мастер: Кунц Лохнер. Музей истории искусств в Вене.

В эпоху крестовых походов на арабские земли (1095 по 1270 гг.) взаимопроникновение военных технологий между Востоком и Западом идет интенсивнее. Кольчуги уже не справляются с защитой от усовершенствованных мечей или, например, арбалетов. К тому же, ноги всегда открыты. В европейских армиях постепенно начинают покрывать железными пластинами всё тело воина, составляя сплошной доспех, который иногда называют «дощатым», «готическим» или «белым».

От средневекового доспеха до платья Барбареллы и снова к доспеху: модные приключения металла Технологии, Доспехи, Металлургия, Изделия из металла, Средневековье, МИСиС, История (наука), Мода, Длиннопост

Коллекция доспехов конных рыцарей. Музей Метрополитен в Нью-Йорке

Переход к сплошному доспеху потребовал внедрения новых форм обработки металла, так как многочисленные детали (иногда до 1000 единиц) ковались по большей части в холодном состоянии. При этом резко возросли требования к качеству исходного материала.

На протяжении многих сотен лет основным агрегатом для извлечения железа из руды был сыродутный горн, первые находки относят к началу 2-го тысячелетия до н. э. При этом, на первых порах его использования, масса получаемой крицы редко превышала 1-2 кг, она была зашлакована и неоднородна. Ситуация изменилась, когда горны увеличились в размерах и, главное — с появлением более мощных воздуходувных средств — выросла температура плавления. Мастера научились производить крицу массой 25-40 кг. Почему прославились немецкие, североитальянские и испанские оружейники? В каталонских горнах и штюкофенах – наиболее высокотемпературных металлургических агрегатах своего времени, они получали крицу по 120-150 кг, более однородную и пригодную для самых замысловатых и крупных деталей!

Важным этапом изготовления доспеха была его термическая обработка. Состав закалочных сред и режим термообработки были едва ли не самыми главными секретами средневековых оружейников, которые, совершенствуясь, передавались из поколения в поколение. Так, самая лучшая технология закаливания, согласно металлографическим исследованиям, была у знаменитой семьи оружейников Зойзенхоферов.

От средневекового доспеха до платья Барбареллы и снова к доспеху: модные приключения металла Технологии, Доспехи, Металлургия, Изделия из металла, Средневековье, МИСиС, История (наука), Мода, Длиннопост

«Орлиный гарнитур» эрцгерцога Фердинанда II Тирольского (ок. 1547 г.). Мастера: Йорг Зойзенхофер, Ганс Перкхаммер и Франц Вегерер. Музей истории искусств в Вене.

Вершиной искусства плакировщиков — мастеров плющильных работ — считается доспех, появившийся в первой четверти XVI в. Он получил название рифлированного или максимилиановского — в честь императора Священной Римской империи Максимилиана I (1459–1519 гг.).

Название «рифлированный» становится ясным при первом же взгляде на доспех. Поверхность всех его частей покрыта желобками. Гофрированная пластина намного сложнее в изготовлении, но и значительно прочнее гладкой за счёт рёбер жёсткости. Поэтому её можно было делать более тонкой и лёгкой. Желобки на поверхности пластин располагаются не беспорядочно: их направление строго продумано. Они направляют удар клинка или копья вскользь тела и вне шарнирных соединений доспеха.

От средневекового доспеха до платья Барбареллы и снова к доспеху: модные приключения металла Технологии, Доспехи, Металлургия, Изделия из металла, Средневековье, МИСиС, История (наука), Мода, Длиннопост

Немецкий полевой максимилиановский доспех с церемониальным забралом (ок. 1510-1520). Он рад тебе, пикабушник!

Интересно, что сам доспех был разработан для подражания плиссированной одежде, которую считали модной в Европе в то время. Создание доспехов, не только обеспечивающих максимальный уровень защиты, но и визуально интересных, было тенденцией в Европе в 15 веке.

Самыми трудными и ответственными этапами производства были сборка и подгонка деталей доспехов. Дальше латы передавались на чистку и полировку, а затем — гравёрам или ювелирам для украшения. Слесарь добавлял петли, застёжки и ремешки. И, наконец, с внутренней стороны делали подкладку и завершали окончательную сборку готовых лат.

В эпоху Ренессанса красота была повсюду, даже в доспехах. Способы украшения были чрезвычайно многочисленны и разнообразны. Наиболее часто при отделке доспехов применяли чеканку, гравировку, таушировку (врезную инкрустацию), позолоту, чернение и оксидирование.

От средневекового доспеха до платья Барбареллы и снова к доспеху: модные приключения металла Технологии, Доспехи, Металлургия, Изделия из металла, Средневековье, МИСиС, История (наука), Мода, Длиннопост

«Доспехи дофина», приписываемые будущему королю Франции Генриху II (1536-1547 гг.). Мастера: Филиппо и Франческо Негроли. Музей Армии в Париже.

Одним из самых прославленных "кутюрье" по доспехам считается Филиппо Негроли (1510-1579 гг.), какая мода без итальянцев? Он создавал самое изысканное снаряжение для королей и герцогов и задал тренды на несколько поколений вперёд. В работе ему помогали братья — это был настоящий семейный подряд, дом Гуччи эпохи Возрождения. Про влияние этого семейства на оружейную моду можно почитать книгу "Heroic Armor of the Italian Renaissance: Filippo Negroli and his Contemporaries" by Stuart Pyhrr and José-A. Godoy.

Шлем-бургонет Гвидобальдо II делла Ровере, герцога Урбино. (Милан, ок. 1532-35). Мастер: Филиппо Негроли. Государственный Эрмитаж, Санкт-Петербург. Остальные части этого облачения хранятся в музеях Флоренции и Нью-Йорка.

Рыцарское облачение с XI–XVI вв. служило основой для создания новых моделей модных нарядов у аристократии. В отдельных деталях, частях и элементах рыцарского доспеха впервые были найдены формы костюма, в дальнейшем вошедшие в постоянный обиход и сохранившиеся до настоящего времени.

Настоящую революцию в уже современной нам моде совершил в 1966 году «fashion-металлург» Пако Рабан (настоящее имя — Франсиско Рабанеда-и-Куэрво), представив дебютную коллекцию "Манифест: 12 неносибельных платьев из современных материалов". Как он позже скажет: «Я хотел создать определенный образ – образ свободной, своенравной женщины, которая ни в коем случае не является чьей-то вещью, она сама распоряжается своими деньгами и знает цену независимости». Модификация этого платья была специально создана для Одри Хепберн в фильме «Двое в пути».

От средневекового доспеха до платья Барбареллы и снова к доспеху: модные приключения металла Технологии, Доспехи, Металлургия, Изделия из металла, Средневековье, МИСиС, История (наука), Мода, Длиннопост

Одри Хепберн в фильме «Двое в пути» (1967) в платье от Пако Рабана

Кино всегда идет в ногу со временем и его веяниями, но, видимо, влияние доспехов вечно)) Все помнят героиню фильма 1968 года «Барбарелла»?) Художник по костюмам Жак Фонтере (Jacques Fonteray) писал: «Я не хотел, чтобы костюмы были слишком отмечены модой 60-х. Меня вдохновляет одежда эпохи Средневековья и Ренессанса». Кстати, когда контракт с Фонтере  истек, но требовался финальный наряд, был приглашен Пако Рабан. По его идеям был создан зеленый леотард, декорированный пластинами из родоида.

Джейн Фонда в фильме «Барбарелла» (1968) на вайбе Средневековья.

С конца 1960-х металл и латная тема все чаще появляется в коллекциях различных модных домов. И, конечно, всё актуально до сих пор. В 2023 году дом Balenciaga показал 80-килограммовое хромированное платье-доспех, которое напечатали на 3D-принтере. Также свои оммажи Жанне д'Арк представили Blumarine, Coperni, Fendi, Iris van Herpen, Schiaparelli, Valentino, Versace и другие. Если интересно, сделаем отдельный пост. Тут всех не перечислить.

От средневекового доспеха до платья Барбареллы и снова к доспеху: модные приключения металла Технологии, Доспехи, Металлургия, Изделия из металла, Средневековье, МИСиС, История (наука), Мода, Длиннопост

Самые модные девчонки носят Balenciaga. И доспехи, и кольчугу.

Ну и многие наверное видели фото актрисы Зендеи, в котором она появилась в феврале 2024 года на премьере второй части фильма «Дюна».

От средневекового доспеха до платья Барбареллы и снова к доспеху: модные приключения металла Технологии, Доспехи, Металлургия, Изделия из металла, Средневековье, МИСиС, История (наука), Мода, Длиннопост

Зендея в хромированном костюме из архивной коллекции Mugler осень—зима 1995

Подытожим. Доспехи — это вам не пережиток Средневековья, а самый модный look! Так что, мужчины, куйте для дам трендовые штучки! А если не знаете, как и что плавить и обрабатывать — поступайте в Университет науки и технологий МИСИС)

Этот текст подготовлен на основе материалов из энциклопедии «Металлургия и время», созданной учеными НИТУ МИСИС.

Показать полностью 13
1240

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное

Прошлый пост про секрет булатной стали собрал много вопросов в комментариях, которые мы не могли оставить без ответов. Теперь будет настоящий научпоп-длиннопост. Всё как вы просили. Заранее хотим отметить, что уместить в один текст вообще все детали, теории и факты невозможно. Конечно, придется прыгать по верхам, но базу дадим и книги для углублённого изучения посоветуем)

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Стегозавр для привлечения внимания (автор клинка — Джонни Уокер Нильссон)

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Ответ для @son.zsd

Исторически, булат — это неоднородная сталь, которая получается методом выплавки разных ингредиентов в тигле (химически — это сплав железа с углеродом, но уникальные свойства достигаются разными техниками обработки и легирующими добавками, содержащимися в руде). Про тигли и легирование мы писали тут. Основная проблема здесь заключается в том, что температура плавления стали — от 1370 до 1530°C (чем больше углерода, тем ниже температура плавления). Региональные технологические традиции (и наличие подходящей по хим.составу руды в большом количестве) сложились таким образом, что только металлурги Индии и Среднего Востока смогли первыми сконструировать соответствующие печи и освоить способы получения литой тигельной стали.

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Клинок из "черного" булата, black wootz steel. Узор мельче, чем у дамаска.

В структуре истинного булата перемешаны области с высоким содержанием углерода (более твёрдые, но более хрупкие) и с низким содержанием углерода (соответственно, более мягкие и вязкие). Это даёт ряд преимуществ – например, микротрещина, возникшая в твёрдом элементе структуры, не выходит за его пределы, а «гасится» мягкой матрицей. Сочетание в структуре областей с различными механическими характеристиками обеспечивает уникальные свойства булата – оружие из него гибкое, но прочное, хорошо выдерживает ударную нагрузку. Кроме того, на режущей кромке есть эффект «микропилы» из-за чередования мягких и твёрдых структурных элементов, что обеспечивает хорошие режущие свойства.

Сейчас будет сложно: состав сырья и условия охлаждения булатной стали подбирались таким образом, чтобы обеспечить неоднородность слитка за счёт формирования при кристаллизации разветвлённых кристаллов (дендритов) с высоким содержанием углерода в матрице из стали с низким содержанием углерода.

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Дендриты в вутце

Разнообразие булатов определялось мастерством кузнеца и традициями «производственной школы», к которой он принадлежал, в области получения слитков неоднородной стали и их кузнечной обработки. Собственно, из всего этого следует, что единственного «того самого» булата, равно как и дамаска, не существует. «Тех самых» – множество разных вариантов.

Какие-то варианты литого булата удалось разработать в Злаутосте Павлу Петровичу Аносову. Большинство мифов о его работе, которые и сейчас на слуху, появились в 1940-е годы по совершенно конкретным причинам — поднять боевой дух советского народа в период войны. В 1943 году было опубликовано произведение Павла Бажова «Иванко-Крылатко», основная идея которого в том, что мы не хуже немев, а даже лучше, можем делать разные удивительные вещи. А в 1945 году Бажов опубликовал «Коренную тайность», где в таком же ключе рассказывалось о работах Аносова. Всем интересующимся рекомендуем книгу Михаила Ефимовича Главацкого «Генерал от металлургии Павел Аносов».

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Ответ для @PavleB, мы очень хотим "зачот"

Неоднородную структуру стали можно получить несколькими различными способами, что стало одной из причин путаницы в терминах «булат», «дамаск», «вуц/вутц» и т.д. Исторически сложилось, что булатом (литым булатом, «истинным» булатом) обычно называют сталь, неоднородная структура которой получена в ходе кристаллизации из жидкого состояния (расплава). В англоязычных странах для неё используют термин wootz steel, поскольку в определённый период она импортировалась из Индии в виде «лепёшек» – вутцев.

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Лепёшка-вутц

Дамаском же или сварным (сварочным) булатом часто называют неоднородную сталь, полученную без плавления, путём кузнечной сварки и проковки пакета заготовок (пластин) из стали с различным содержанием углерода и карбидообразующих элементов, в основном ванадия, хрома, титана или молибдена. При повторяющихся циклах нагрева/охлаждения происходит выравнивание карбидов в микроструктуре. Поэтому узоры перлитно-карбидных полос на дамаске более крупные, чем образующиеся при кристаллизации жидкой стали на булате.

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Персидская сабля-шамшир, 17 век, дамасская сталь. Музей Метрополитен.

Грубо говоря, вутц — это заготовка. Вутц плавят в тигле и отливают булат, а дамаск не плавят, это сплющенный сэндвич-пакет из пластин высокоуглеродистой стали. Данное описание, естественно, не является общепринятым, но наиболее часто эти термины используются именно в таком контексте. Кроме того, существует так называемый «штемпельный булат», который собственно булатом не является. Это своего рода контрафакт, когда на поверхности изделия из обычной однородной стали с помощью штемпеля теснят узор.

Теперь про Японию. Процесс в традиционной японской печи «татара» организован таким образом, что восстановленное из руды железо насыщается углеродом. В результате получается насыщенная углеродом крица – кэра. Её разбивают на куски, удаляют включения шлака, а металл сортируют, определяя по визуальным признакам содержание углерода. Такой метод позволяет отбирать сталь с содержанием углерода в диапазоне от 0,6 до 1,5%.

Отобранную сталь (тамахаганэ) затем проковывают, получая полосы с различным содержанием углерода. Из полос формируют пакет, который многократно проковывают, что позволяет получить композитную структуру с чередованием областей стали с высоким и низким содержанием углерода.

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Ответ для @LaDiez

Да кто ж знает, когда точно. Примерно к XIV в. секрет булатной стали уже считался утраченным. То ли потому что подходящая железная руда с вкраплениями ванадия, хрома и т.п. закончилась на местности, то ли всех мастеров перебили в ходе войн и завоеваний. Да и кузнечная артель не самое открытое сообщество, в целом.

Для того, чтобы понять по какой технологии изготовлен тот или иной клинок, надо провести его сложное металлографическое исследование с повреждением части изделия для получения шлифа. Существуют методы неразрушающих исследований, но они пока не очень распространены в научных исследованиях старинного оружия. Если способ производства удалось установить, то повторить его – это уже вопрос техники, т.е. знаний и опыта мастера-кузнеца.

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Ответ для @mope72

Если вы кузнец-оружейник, но не реконструктор, то чтобы получить какой-то вид булата, похожего на «тот самый», можете воспользоваться современным печным оборудованием, средствами измерения температуры, промышленной сталью с различным содержанием углерода и механическим молотом. К слову, Аносов использовал современное на тот момент заводское оборудование, а не воссоздавал древние индийские рецепты как нынешние ученые из университета Айовы.

Можно обратиться к книге Николая Годеновского «Тайна булатной стали», где он поимённо перечисляет кузнецов-оружейников, работающих с булатной сталью, и используемые ими технологические приёмы. Книга хороша ещё и тем, что в ней приведён хороший обзор видов дамаска и способов их получения, а необходимая теория изложена кратко и доступным языком.

Также много интересной информации, наблюдений и размышлений кузнеца-практика по теме изготовления булатов приведено на сайте Леонида Архангельского и в его книге «Секреты булата».

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Ответ для @Feofan2020

По прочности булат уступает, это так. Разработка новых марок стали – не самоцель учёных. Если для решения какой-то производственной задачи необходим сплав с требуемыми свойствами, то он разрабатывается научно-исследовательским коллективом металлургического завода или научного института, затем вводится в государственные или заводские стандарты. «У нас» в плане разработки новых сплавов дела обстоят точно не хуже, чем «у них». Дело в запросе от отрасли и объеме финансирования на модернизацию материалов и оборудования. Если есть задача, которую может решить только новый сплав, то он точно будет разработан. Научная школа в России сильная, особенно в Университете науки и технологий МИСИС, конечно же! Не шутка, наш вуз — лучший в стране по материаловедению согласно 4 разным рейтингам последних лет QS, U.S.News, RUR, RAEX.

Булат vs дамаск. Разберемся в отличиях раз и навсегда. Наверное Ученые, Технологии, Научпоп, Наука, МИСиС, Металлургия, Длиннопост

Ответ для @efys

По-видимому, речь идёт об исследованиях профессоров МИСИС В.А. Щербакова и В.П. Борзунова, описанных в книге «Индийский вутц, дамасская сталь, русский булат – легендарные композиты прошлого. Теоретические аспекты формирования уникальной гармонии эксплуатационных свойств и пути их воспроизведения».

Булат, безусловно, хорош. Но смотря для кого и чего. Его главная проблема – нишевость, это всегда штучный товар. Разработано много способов изготовления единичных изделий из булата, но не технологий массового производства. Разница в масштабах. Для обеспечения современных объёмов производства стали используется определённый набор инструкций, выполняя которые можно гарантированно получить продукцию с заданными свойствами. Для "равномерно неоднородного" булата это проблематично. Не говоря уже о том, что изделие из булатной стали или дамаска требует дополнительной кузнечной обработки, что снижает производительность.

Даже во времена Павла Аносова (1840-1850-е), когда масштабы металлургического производства были значительно скромнее, в результате его опытов стало понятно, что производство однородной литой стали существенно проще. А изделия из неё удовлетворяют предъявляемым требованиям заказчиков. Аносовский же булат использовался для изготовления единичных экземпляров подарочного оружия.

Надеемся, после прочтения этого поста тема булата для вас раскрыта)
Если остались вопросы или темы, на которые вы хотите получить ответы - обязательно пишите! Мы читаем все комментарии и очень вам за них признательны! Но на подготовку материалов требуется время) Ваш, Университет МИСИС

Показать полностью 11
102

Встречают по одёжке: как металлургия влияла на моду

Привет, Пикабу! Сегодня мы, не задумываясь, носим вещи с металлическими вставками — ремни, сумки и даже платья. Это все возможно благодаря тому, что когда-то — а именно, в Средневековье, — светский костюм развивался под определяющим влиянием военного доспеха. Металлургия и текстильная промышленность при этом взаимно влияли на развитие друг друга.

Встречают по одёжке: как металлургия влияла на моду Научпоп, Технологии, Мода, Костюм, Средневековье, Доспехи, МИСиС, Длиннопост

Мини-платье из лакированных алюминиевых дисков Paco Rabanne, 1968 год

Уже в эпоху Древнего мира получило развитие производство ювелирных изделий и одежд, шитых нитями из драгоценных металлов. Вплоть до Средневековья принципиальных изменений костюм не претерпевал. Металла в одежде было мало и носил он, в основном, декоративный характер: украшения, отделка пояса, застежки, пуговицы и др.

Революционным материалом, кардинально изменившим принципы конструирования как военного, так и светского костюма стало железо. В Средневековье активно развивались технологии производства высококачественной литой стали в тиглях и кричного железа в высоких сыродутных горнах. Это позволило вывести на новый уровень технологии холодной ковки и изготовления стальной проволоки. Получает всеобщее распространение первый полностью металлический доспех — кольчуга. Ее изготовление считается высочайшей формой средневекового металлургического ремесла.

Кольчуга состояла из более чем двадцати тысяч колец, для создания которых использовалось от 600 метров проволоки. С ее производства и начинался технологический процесс. Если точнее — с волочения — метода, основанного на протягивании стального прутка через ряд постепенно уменьшающихся отверстий. Затем проволоку навивали на оправку, разрезали и сваривали кольца, расплющивали их и фигурным пуансоном наносили узор. Отдельной кропотливой операцией было изготовление заклепок или штифтов диаметром не более 0,75 мм.

После этого начиналось плетение кольчуги — от ворота к подолу. Наиболее простой способ «4 в 1», при котором одно кольцо соединяется с четырьмя соседними, не давал достаточной защиты, поэтому использовались более сложные вариации – «6 в 1», «8 в 1» и «8 в 2». Они улучшали защитные свойства и прочность кольчуги, но увеличивали как её массу, так и время изготовления, а, следовательно, и стоимость готового изделия.

Встречают по одёжке: как металлургия влияла на моду Научпоп, Технологии, Мода, Костюм, Средневековье, Доспехи, МИСиС, Длиннопост

Кольчужное плетение: a – часть колец склёпана, часть сварена, XV в.; б – все кольца склёпаны, XVI в.; в – деталь кольчужного плетения, кольчуга «яцерин», Италия, XV в.; г – заготовки для кольчужного плетения; д – фрагмент современной реконструкции римской

Подобно другим частям рыцарского вооружения, кольчуга не оставалась без украшений. Снизу и по краям рукавов делалось некоторое подобие кружев или шитья из проволок, пропускаемых в отверстия колец. Часто для большей нарядности в кольчугу вплетали кольца из цветных металлов: меди, золота, серебра; особенно это характерно для восточных кольчуг.

В раннем Средневековье в Западной Европе развивался романский стиль, характеризующийся монументальностью форм. Он оказал влияние не только на архитектуру, но и на костюм. Форма и покрой верхней мужской одежды (блио) были подобны длинной рыцарской кольчуге-рубахе из мелких колец.

Встречают по одёжке: как металлургия влияла на моду Научпоп, Технологии, Мода, Костюм, Средневековье, Доспехи, МИСиС, Длиннопост

В женском костюме главенствующее положение занимал блио с широкими гофрированными рукавами. Они доходили до запястья и падали почти до земли. Пояс был особенно дорогой частью одежды, его украшали драгоценными металлами и камнями.

В Европе и Азии в 15-16 вв. была распространена «бригандина» — корсаж из стальных блях, наложенных друг на друга и закреплённых на одежде. Первоначально термин «brigand» обозначал пешего солдата, который собственно и носил этот тип доспеха. Потом его облюбовали аристократы и стали его всячески украшать, покрывать бархатом и шёлком. Конструкция легла в основу современных бронежилетов: защитный жилет из ткани (кевлара), содержащий металлические (керамические) пластины.

Встречают по одёжке: как металлургия влияла на моду Научпоп, Технологии, Мода, Костюм, Средневековье, Доспехи, МИСиС, Длиннопост

Бригандина

Японский вид бригандного доспеха получил название кикко (kikko) и использовался вплоть до 16 века. Он содержит шестиугольные пластины из железа или твердой кожи, пришитые к одежде. Его можно было носить как под платье, так и над ним. Кикко имеет много форм: куртки, жилеты, перчатки, защита рук, бедер, и защита шеи у шлема.

Встречают по одёжке: как металлургия влияла на моду Научпоп, Технологии, Мода, Костюм, Средневековье, Доспехи, МИСиС, Длиннопост

Индийским эквивалентом бригандины было «одеяние из тысячи гвоздей» – кожаная куртка, покрытая бархатом и содержащая стальные пластины, используемая до начала 19 века. Их носили во время войн против Британской Ост-Индской компании. Турки использовали подобные доспехи во время русско-турецких войн. Два полных комплекта такого одеяния представлены в Эрмитаже в Санкт-Петербурге.

Встречают по одёжке: как металлургия влияла на моду Научпоп, Технологии, Мода, Костюм, Средневековье, Доспехи, МИСиС, Длиннопост

Доспех-бригандина стал таким популярным, потому что служил одновременно и латами, и светским платьем. Важно, что металлические пластины не только защищали, но и позволяли конструировать силуэт. В результате возникло то разделение костюма на мужской и женский, которое сохраняется до настоящего времени.

Этот текст подготовлен на основе материалов из энциклопедии «Металлургия и время», созданной учеными Университета науки и технологий МИСИС.

Показать полностью 6
698

Как закалялась булатная сталь: Фарадей не разгадал, а Аносов смог!

Привет, Пикабу! В прошлом посте мы говорили о том, как люди с древних времен пытались улучшить свойства сплавов для орудий труда и оружия. Сегодня расскажем как непростой русский металлург из Златоуста Павел Аносов разгадал то, что сотнями лет было неподвластно никому в мире — секрет булатной стали. И напомним, какой русский учёный способствовал превращению металлургии в науку.

Как закалялась булатная сталь: Фарадей не разгадал, а Аносов смог! Ученые, Наука, Научпоп, Технологии, Изобретения, Металлургия, Сталь, Длиннопост

В 1820-х годах знаменитый британский физик и естествоиспытатель Майкл Фарадей, кстати сын кузнеца, и его коллега Джеймс Штодарт пытались раскрыть секрет булатной стали. Она поистине уникальна и сегодня не может быть отнесена ни к одному из известных и научно определенных видов естественных и искусственных композитов, в числе которых волокнистые, слоистые и дисперсно-упрочненные. Во времена Фарадея предполагалось, что свойства обусловлены только наличием легирующих примесей в стали: алюминия, платины и серебра или хрома. Но несмотря на множество экспериментов, получить желаемое никому не удавалось.

В ту эпоху на Урале открыли крупные месторождения платины, и граф Егор Францевич Канкрин, министр финансов и главноуправляющий Корпуса горных инженеров, приказал повторить опыты Фарадея по сплавлению стали c платиной. За работу в 1828 году взялся управляющий Златоустовским горным округом полковник Павел Петрович Аносов. Кстати, в России в это время тигельная сталь не производилась, а импортировалась из Великобритании, и Златоустовская оружейная фабрика была одним из первых предприятий, где эта технология была разработана и освоена благодаря лично Аносову и его помощнику Николаю Швецову.

Как закалялась булатная сталь: Фарадей не разгадал, а Аносов смог! Ученые, Наука, Научпоп, Технологии, Изобретения, Металлургия, Сталь, Длиннопост

Павел Петрович Аносов

Павел Петрович определил природу булатной стали как сплава железа с углеродом, исследовал влияние на ее свойства примесей, легирующих элементов, процессов ковки, закалки, выполнив 185 опытных плавок и получив булатную сталь. В 1833 году Аносов записывает: «...получен был клинок настоящего булата. Многовековой тайны не стало…Булатная сталь оказалась сложным телом, состоящим из чистого железа и внедренных в него пластинок карбида железа, — химического соединения железа с углеродом, служащего как бы скелетом клинка». В 1841 году в печать вышел его труд «О булатах».

Как закалялась булатная сталь: Фарадей не разгадал, а Аносов смог! Ученые, Наука, Научпоп, Технологии, Изобретения, Металлургия, Сталь, Длиннопост

Почему у Аносова получилось? Он действовал как ученый, создавая свою систему и методы, а не просто перебирал легирующие добавки, надеясь на чудо. Павел Петрович первым из металлургов понял, что надо обращать внимание не только на химический состав, но на строение, структуру металла, на вид и размеры «зерен», из которых он состоит. Между структурой того или иного куска металла, определил он, и его механическими свойствами — твердостью, гибкостью и т. д. — существует прямая связь. Он впервые в мире применил металлографический микроскоп и разработал микроанализ — важнейший и повсюду применяемый метод исследования структуры материалов. Его открытия стали впоследствии краеугольным камнем металлографии, занимающейся изучением связи между строением и свойствами металлов.

После подробного анализа работ Аносова и других оружейников строго научно объяснил природу и свойства булата выдающийся русский металлург Дмитрий Константинович Чернов. Он точно вычислил «температурные» точки, известные сейчас как «точки Чернова»,  при которых сталь меняет свои свойства и в ней проходят полиморфические превращения, и нарисовал первый набросок фазовой диаграммы железо-углерод. В 1868 году он опубликовал статью «Критический обзор статей гг. Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д. К. Чернова исследования по этому же предмету». Считается, что после выхода этой статьи металлургия оформилась как наука, а не ремесло.

Как закалялась булатная сталь: Фарадей не разгадал, а Аносов смог! Ученые, Наука, Научпоп, Технологии, Изобретения, Металлургия, Сталь, Длиннопост

Дмитрий Константинович Чернов

В настоящее время принято выделять две большие группы технологий производства высококачественной оружейной стали. Первая группа объединяет технологии, связанные с расплавлением хотя бы одной из составляющих будущего металла. Так получали «классические» литые булаты: индийский вутц, арабский фаранд, китайское «многосуточное железо». Вторую группу составляют способы, основанные на применении кузнечной сварки; так получали и получают дамаски. Естественно, что в каждой группе имеется множество разновидностей и, кроме того, существуют технологии производства узорчатой стали, которым присущи признаки получения как литого, так и сварочного металла. Необходимо отметить, что качество сварочной дамасской стали, как правило, намного уступает качеству литой булатной стали.

Этот текст, как и предыдущие посты про историю металлов, подготовлен на основе материалов из энциклопедии «Металлургия и время», созданной учеными Университета науки и технологий МИСИС.

Показать полностью 3
106

«Я его слепила из того, что было»: чем укрепляли сталь в древности

Человек использовал легирующие (от лат. ligare «связывать» — примеси, улучшающие свойства основного материала) элементы задолго до того, как узнал об их существовании. Ещё до начала железного века люди применяли метеоритное железо, содержащее до 8,5 % никеля. В Римской империи, например, для изготовления определенных типов вооружений использовался металл, производимый в конкретных регионах. Возможно, это было обусловлено наличием тех или иных легирующих элементов в рудах, характерных для каждой местности.

Более-менее осмысленно применять легирующие элементы начали в Средневековье. При этом на территории Европы, пожалуй, единственный достоверный пример широкого и целенаправленного использования древними мастерами железа, легированного самой природой, это ножи из фосфористого железа.

Исходным сырьём для древней металлургии на территории Европы были болотные и луговые руды. В них часто присутствовал фосфор, который в процессе плавки переходит в железо. Многочисленные археологические данные свидетельствуют о том, что на территории Восточной Европы мастера долгое время избегали использования высокофосфористых руд, потому что кузнечная обработка железа, получаемого из них, сложна. В Западной и Северной Европе изделия из фосфористого железа фиксируются с позднеримского времени. Тогда кузнецы начали практиковать технологическую сварку железа и стали, а повышенное содержание фосфора облегчало процесс. Кроме того, фосфористое железо было менее восприимчиво к атмосферным воздействиям.

Особенно широко распространяется фосфористое железо в эпоху викингов (VIII-XI вв.), когда в производстве ножей появляется такая технология, как «трёхслойный пакет». Метод представляет собой сварку трёх полос металла: двух железных и стальной между ними с выходом последней на режущую кромку. Отличительной чертой североевропейского варианта было использование фосфористого железа для боковых полос, а высокоуглеродистой стали для центральной. В редких случаях доходило и до пяти полос.

«Я его слепила из того, что было»: чем укрепляли сталь в древности Научпоп, Технологии, Наука, Исследования, Длиннопост, Металлургия

Способ формовки трёхслойной заготовки: а — трёхслойная заготовка (по А. Эспелунду); б — технологическая схема

Свойства природнолегированных руд использовали и оружейники Японии. Проведённый в XX в. химический анализ стали, из которой изготовлено оружие XI-XIII вв., показал наличие молибдена. Оружейное железо производили в традиционной японской сыродутной печи «татаре», в которой получается крица. Вероятно, железистые пески россыпных месторождений, из которых японские мастера получали кричное железо, содержали легирующие элементы.

Ближневосточные мастера-металлурги преуспели в использовании легирующих элементов, освоив производство жидкой стали в тиглях, нагреваемых в специальных печах до температуры плавления металла. Метод позволял получать достаточно однородную сталь с минимальным содержанием шлаковых включений и вредных примесей. Развитие этого способа позволило мастерам также управлять структурой слитка, результатом чего стало производство булатной и дамасской сталей.

«Я его слепила из того, что было»: чем укрепляли сталь в древности Научпоп, Технологии, Наука, Исследования, Длиннопост, Металлургия

Текстура дамасской стали

Использование тиглей для изготовления литой стали дало широкие возможности для экспериментов с различного рода добавками. В 2021 г. международная группа исследователей впервые достоверно установила факт намеренного добавления хрома к тигельной стали для улучшения её свойств при производстве персидского пулада/фулада, который мы называем булат.

Анализ археологических находок XI в. из селения Чахак в Иране, продемонстрировал преднамеренное и регулярное добавление хромсодержащего минерала в шихту для выплавки тигельной стали, в результате чего она содержала порядка 1 % хрома.

«Я его слепила из того, что было»: чем укрепляли сталь в древности Научпоп, Технологии, Наука, Исследования, Длиннопост, Металлургия

Найденные в селении Чахак верхняя и нижняя часть тигля (слева) и реконструкция способа его изготовления (справа)

Эти исследования также позволили предположить, что загадочный компонент «русахтай» (rusakhtaj), который персидский учёный Абу-Райхан Бируни (X-XI вв.) упоминает в своём рецепте изготовления тигельной стали  — это минерал хромит. Также было установлено, что эта сталь содержала значительное количество фосфора (1-2 %), что специалисты соотнесли с упоминанием в более поздних источниках стали из Чахака как особо хрупкой. Многие образцы древних дамасков отличались повышенным содержанием фосфора и меди. Отдельные исследователи упоминают, что оружейники из окрестностей Дамаска использовали местное вольфрамсодержащее сырьё.

В следующем материале расскажем, как люди учились легировать сталь не методом тыка, а по науке.

Показать полностью 3
Отличная работа, все прочитано!