Pregled posta

Adresa bloga: http://blog.dnevnik.hr/tehnickakultura

Marketing

POČECI PROIZVODNJE METALA 7.R. DODATNA TEMA 3.1.1. *****+

1. Bakar

Prvi bakreni predmeti izrađivani su još u neolitiku od samorodnog bakra (nakit igle i sitni predmeti). Proizvodnja bakra iz rude započela je prije 10000 godina u anatolijskoj kulturi Cayon Tepesi. Najstariji rudnici bakra bili su na Sinaju, Kavkazu, Karpatima i Cipru, po kojem je bakar i dobio latinsko ime. Balkansko-Karpatsko područje imalo je također obilne rudne resurse i rano je usvojilo tehniku lijevanja bakra. Proizvodilo se oružje i alat i isporučivalo u područje kultura južne Ukrajine koje su imale relativno brojnu populaciju govornika Proto-Indoeuropskog jezika. U tom područje je pod kraj ledenog doba bila granica leda, a uz nju krda sobova, zatim i druge džinovske životinje ledenog doba (mamut, špiljski medvjed, vunasti nosorog i golemi jelen). U rijekama je bilo obilje lososa i pastrve pa su to bili povoljni uvjeti za život onodobnog čovjeka koji je bio lovac-sakupljač.

1.1. Indoeuropljani

Područje trokutastog oblika omeđeno Volgom, Donom i Kavkazom sekundarna je postojbina Indoeuropljana i središte buduće disperzije. Od 4500 godine stare ere pa nadalje formiraju se brojne kulture i postepeno se područje širi sve do Jeniseja i sjeverozapadne Kine, a evo nekih: Srednji stog-Hvalinsk,Samara, Majkop, Andronovo, Afanasjevo… Potaknuto klimatskim promjenama događaju se i veće migracije. Druga indoeuropska invazija odvija se prema Europi u tri navrata, a prema načinu ukopa naziva se kurganskom. Istočno migracija ide prema Iranu i Indiji sa odvojkom u sjevernu Mezopotamiju (Mitanci). Proto Indoeuropski jezik, a zatim i izdiferencirani jezici (posebno Arijski i Sanskrt) bili su sofisticirani i nadmoćni ostalim pa je dolazilo do širenja i kulturnom difuzijom što je rezultiralo da danas imamo oko 3 milijarde govornika Indoeuropskih jezika. Migracije Indoeuropljana nisu ostavile tako značajan genetski utjecaj jer nisu bile brojne. Radilo se uglavnom o vojnoj aristokraciji koja se korištenjem konja i bojnih kola uspijevala nametnuti pojedinim narodima kao vladajući sloj. O porijeklu Indoeuropljana postoje dvojbe, posebno o primarnoj postojbini pa ćemo iznijeti okvirnu kronologiju koja je najizglednija.
Prije 9000 godina dolazi do začetka Proto- Indoeuropskog jezika u istočnoj Anatoliji.
Prije 8000 godina dolazi do suše u području što izaziva migraciju prema Balkanu i Europi (prva indueuropska invazija) i naseljavanje oko zapadne obale Crnog mora koje je u to vrijeme bilo znatno manje slatkovodno jezero sa razinom oko 400 m ispod Mediterana (oazna teorija).
Prije 7700 godina dolazi do proboja Sredozemnog mora kroz Bosfor i postepenog potapanja obalnog područja. Stanovništvo se polako pokreće prema sjeveroistoku i za približno 1000 godina dolazi do nastanka Dnjepro-Donjecke kulture, a pod njenim utjecajem istočnije i kulture Srednji stog-Hvalinks koja je središte za daljnju disperziju.
U području istočne Anatolije i sjeverne Mezopotamije starosjedioci su narod Huriti (svjetlokosi) pa su međusobni utjecaji sa Indoeuropskim mogući. Na Internetu se iznose usporednice sa ruskim, a pod naslovom Huritsko-Hrvatske paralele veliki broj usporednica sa čakavskim: kaban – kabanica, šubar – šubara, kozala – koza, gud – guda (svinja), burijaš – bura-sjeverac itd. Šest huritsko - mitanskih princeza udalo se za faraone, a jedna od njih je vjerojatno bila i čuvena Nefertiti (ovo je njeno egipatsko ime, a u doslovnom prijevodu znači došla nam je ljepotica). Ako je to točno stvarno je fascinantno koje je riječi poznavala Nefertiti.

2. Bronca

Prije nešto više od 6000 godina otkrilo se da neke bakrene rude u Kilikiji (Anatolija) postižu bolja svojstva čvrstoće i tvrdoće. Radilo se o rudama koje izvorno sadrže arsen i nikal. Rude sa arsenom su se morale izbjegavati zbog trovanja ljevača arsenovim parama, dok su se one sa niklom koristile. U Armeniji je zatim otkrivena tehnologija proizvodnje kositrene bronce dodavanjem bakru oko 10 % kositra (prava bronca). Bronca ima niže talište od bakra, dobro se lijeva i kuje i ima mnogo bolja tehnička svojstva. Njenom intenzivnom upotrebom tijekom 2000 godina dolazi do tehnološke revolucije brončanog doba. Danas pored kositrene postoje i aluminijska, berilijeva, olovno-kositrena, silicijeva i manganska bronca. Uz mjed i leguru bakar-nikal koriste se za konstrukcijske svrhe. Bakar se koristi u elektrotehnici prvenstveno za izradu vodiča za prijenos električne energije i namotaje električnih strojeva.

3. Željezo

3.1. Meteoritsko željezo

Prvi predmeti izrađeni od meteoritskog željeza pronađeni su u Iranu, a stari su oko 7000 godina. Meteoritsko željezo sadrži između 4.5 i 30 % nikla, a ugljika utragovima. Hladnim oblikovanjem izrađivani su razni alati, noževi, dijelovi harpuna i koplja, te ukrasi. Nakon poliranja i jetkanja ( obrada kiselinom ) takvih materijala pojave se specifične geometrijske figure (Widmanstattenove), tako da se nedvojbeno zna da se radi o meteorskom željezu. Posljedica su dugotrajnog hlađenja kroz geološke periode nebeskog tijela od kojeg je nastao meteorit. Najveći komad meteorskog željeza preostao nakon korištenja teži 33000 kg , potječe od meteorita koji je pao na Grenland, a čuva se u muzeju prirodne povijesti u New Yorku.

3.2. Hrašćinski meteorit

U blizini mjesta Hrašćina pored Krapine 1751. godine pao je metalni meteorit mase 40 + 9 kg. Naknadna istraživanja su utvrdila da je uz željezo sadržavao 10. 5% nikla. Veći dio otpremljen je u Požun na dvor carice Marije Tereije sa zapisnikom o događeju što se smatra prvim takvim dokumentom uopće. Meteorit i zapisnik su pohranjeni u Prirodoslovnom muzeju u Beču, a replika i mali uzorak u Zagrebu. Manji dio mještani su prekovali u čavle, a materijal ja tada nazvan agramitom. Austrijski znanstvenik prirodnih znanosti Alois Joseph Franc Xaver von Widmanstatten ispituje 1808. godine uzorak meteorita (poliranje i žarenje) nakon čega se pojavljuju specifične geometrijske forme za koje se naknadno utvrdilo da ih nije moguće dobiti laboratorijski jer su povezane sa izuzetno dugim hlađenjem nebeskih tijela od kojih su nastali meteoriti. Iako je engleski znanstvenik William Tomson 1804. godine u Napulju otkrio takve forme na željezu pronađenom pored Krasnojarska ( tada se nije znalo da je u pitanju meteorit ), poliranjem i jetkanjem dušičnom kiselinom, one su ipak nazvane po Widmanstattenu. Za to je vjerojatno zaslužan dr. Carl Franz Antun Ritter von Schreibers upravitelj Prirodoslovnog muzeja u Beču koji se intezivno bavio istražinanjem meteorita. Po njemu se i materijal metalnih meteorita zove schreiberist.
Tehnička kultura preporuča da se posjete stranice koje opisuju poznate meteore na Internetu.

3.3. Proizvodnja željeza u Anatoliji

Najstariji predmet od kovanog željeza je bodež pronađen u grobnici naroda Hata starosti oko 4500 godina. Anatolija je već imala razvijenu metalurgiju bakra i bronce pa se i željezo pojavilo kao sporedni proizvod pri proizvodnji bakra. Pri taljenju bakra dodavala se i željezna ruda radi poboljšanja redukcije kisika i separacije nečistoća. Peći za taljenje bakra postizale su temperaturu oko 1200 °C što je za oko 300 °C manje od one pri kojoj se tali željezo. Međutim u procesu je i željezna ruda difuzijom gubila kisik, a rezultat je stvaranje spužvastog željeza pomiješanog sa šljakom koje nastaje bez topljenja.Višekratnim zagrijavanjem i kovanjem istiskuje se šljaka i dobiva se kovano željezo koje je jako mekano i podložno koroziji tako da mu je uporabna vrijednost mala. Hetiti osvajaju teritorij naroda Hata i nastavljaju usavršavati tehnologiju proizvodnje željeza, a i bronce.

3.4. Hetiti – siloviti indoeuropski osvajači

Potvrđeni su prije 4000 godina u asirskim ljetopisima kao stanovnici centralnog dijela istočne Anatolije. Zajedno sa srodnim Luvijcima, koji su nastanjeni jugozapadno i Palajcima koji su nastanjeni sjeverozapadno predstavljaju prve anatolijske Indoeuropljane. Odvajaju se od Proto-Indoeuropljana u stepskim kulturama Ukrajine i južne Rusije prije 5300 godina i migriraju u Anatoliju. Neki istraživači zagovaraju migracijsku rutu preko Kavkaza uz mogućnost da su u Anatoliji bili čak 1000 godina prije pismene potvrde. Druga varijanta je migracija oko zapadne obale Crnog mora, uz duže zadržavanje na Balkanu. ( Šišić citira Županića koji navodi Hetite kao stanovnike balkanskih kultura, ali u drukčijem migracijskom kontekstu). Grčki narodi ih potiskuju u dva navrata i odbacuju u Anatoliju. Tu se nameću autohtonom narodu Hati kao vladajući sloj i utemeljuju prvu indoeuropsku državu 1650 godine stare ere. Istraživači navode da su oko 1450 godine stare ere usavršili proizvodnju čelika i imali 200 godina monopol na njegovu proizvodnju. Radilo se o postupku površinske karbonizacije kovanog željeza , a moguće i o toplinskoj obradi (kaljenje + popuštanje). Hetiti su poznavali i tehnologiju lijevanja bronce pomoću modela od voska. Preko jednog ulijevnog kanala napaja se više odljevaka tako da se može proizvoditi maloserijskom tehnologijom. U Hetitsko doba model se oblagao glinom, a danas je to višeslojna keramika. Odljevci su precizni uz dobra tehnička svojstva (precizni ili mikro lijev podesan za vojnu proizvodnju). Hetiti zatim od Mitansko-Huritske države usvajaju uzgoj konja i proizvodnju bojnih kola. Ovako tehnološki osposobljeni postižu izuzetne vojne uspjehe: Osvajanje velikog dijela Anatolije, privremeno osvajanje Babilona, postepeno osvajanje Mitanskog carstva i dovođenje u vazalni položaj. Vrhunac su postigli u bici kod Kadeša 1274. godine stare ere kad su zaustavili napredovanje armije moćnog Ramzesa II uvodeći u bitku više od 3000 bojnih kola. Ipak 1180. godine stare ere carstvo propada zbog spleta nepovoljnih okolnosti, a evo nekih:

* Asirska država je jako ojačala i preuzela kontrolu nad Mitanskom.
* Grčki narodi napadaju i osvajaju obalna područja sa Ciprom sve do Gaze (Filistejci).
* Feničani (današnji Libanon) razvijaju svoju trgovinu širom Sredozemlja.
* Snažne Indoeuropske Frigijce potiskuju Makedonci iz Balkana u Anatoliju.
* Luvijci čekaju svoju priliku da se oslobode od duge zavisnosti.
* Za 80 godina mira nagomilalo se u glavnom gradu Hatuši golemo bogatstvo.
* Kod Hetita je bio građanski rat zbog dinastijskih problema.

Narod sa Pontskog gorja Gašge sa Frigijcima i Luvijcima zajednički zauzimaju Hatušu, potpuno ju uništavaju a time i ruše Hetitsko carstvo, a nasljeđuje ga više manjih Novo-Hetitskih država.
Crna metalurgija se i prije počela širiti u okolna područja, a ovi događaji su to još pojačali. Razvoj crne metalurgije dogodio se u slijedećim područjima: Indija, Sri-Lanka, Kina, Japan, Turanska nizina sa okružjem, Arapske države, Subsaharska Afrika-Niger, Istočna Afrika-Tanzanija i Nubija, Grčka, Srednja i Zapadna Europa…

3.5. Proizvodnja željeza u Indiji

Razvoj crne metalurgije na Indijskom potkontinentu počinje prije 4000 godina. Južna Indija raspolagala je sa velikim nalazištima kvalitetne željezne rude. To, uz brojne inovacije omogućuje brzi tehnološki napredak. Razvoj djelotvornih mjehova za dobavu zraka u metalurške peći bio je temelj za proizvodnju kvalitetnog visoko ugljičnog čelika koji se uglavnom koristio za naoružanje.

3.5.1. Wootz čelik
Oko 300 g. prije Krista početak je proizvodnje tog misterioznog materijala čija svojstva još nisu u potpunosti razjašnjena, a ukratko postupak je tekao ovako: U glinene retorte je stavljano čisto kovano željezo sa ugljenom za karbonizaciju uz dodatak drobljenih školjki. Retorte su prekrivane na poseban način i ulagane u peć sa visokim sadržajem ugljičnog monoksida. Taljenjem, a zatim polaganim hlađenjem dobivao se čelik sa sadržajem ugljika od 1,1-1,8% visokih tehničkih svojstava. Ta svojstva se temelje na:

a) U željeznoj rudi nalaze se u tragovima metali vanadij, molibden, mangan, kobalt, krom, nikal i drugi koji sa ugljikom prilikom toplinske obrade tvore karbide. Ovi karbidi zajedno sa željeznim (cementit) raspoređuju se u granate ekstremno tanke strukture (dendriti) koji prožimaju željeznu matricu dajući joj kompozitna svojstva.
b) Načinu mehaničke obrade, koja nije svuda bila u potpunosti ista, bio je čuvan.
c) Materijal od wootz-čelika koristio se uglavnom u trakama samo za oštrice. Metodom kovačkog zavarivanja spajao se sa osnovnim materijalom žilavih svojstava pojačavajući kompozitna svojstva.
d) Toplinska obrada je također bila čuvana, a kao posebni načini hlađenja navode se otopina posebnog pepela, u stablu banane, u zračnoj struji koja nastaje kad konjanik u galopu intenzivno vitla zagrijanom sabljom i bizarno zabijanje užarene sablje u tijelo roba.
e) Završna obrada je bila kemijska (jetkanje) pri čemu su nastajale specifične grafičke strukture, a na samoj oštrici zubići mikroskopske veličine.

3.5.1.1. Najnovija metalografska ispitivanja wootz-čelika

Na Tehničkom fakultetu sveučilišta u Dresdenu obavljena su opsežna ispitivanja originalnih uzoraka wootz- čelika i dala su zanimljive rezultate. Promatranjem pomoću elektronskog mikroskopa uočeno je da naprijed opisane strukture karbida (dentriti) imaju oblik nano-cjevčica (promjer oko 0,5nm), a da su zaštićene karbonskim nano-cjevčicama što je čini kompozitnom.

3.5.1.2. Karbonske nano-cjevčice tehnologija budućnosti

Promjeri nanocjevčica kreću se između 0,6 i 100nm, a dužine mogu biti i 100 000 000 puta veće od promjera što ih čini jedinstvenim u prirodi. Oko 40 puta nadmašuju čvrstoću karbonskih vlakana koja je ionako ekstremno velika. Primjenjivati će se u mnogim granama tehnike, a izgledno je da će njihova glavna uloga biti u elektronici. Nije na odmet da oni učenici koji pokazuju zanimanje za strojarstvo i elektroniku posjete na Internetu neke od stranica koje obrađuju ovu problematiku.

3.6. Proizvodnja željeza u Sri-Lanki

Razvoj crne metalurgije u Sri Lanki tekao je usporedno sa indijskim, ali Ipak smatra se da je proizvodnja wootz-čelika počela ranije nego u Indiji. To se pripisuje inovaciji na dobavi zraka u metaluršku peć. Umjesto mjehova koristio se monsunski vjetar. Metalurška peć gradila se na usjecima brda. Zrak se privodio ljevkastim kanalima i tako povećavao efekt, a na izlazu peći strujanje je stvaralo potlak, proizvodilo bolju opskrbu peći zrakom i više temperature. Rezultat toga je i znatno bolje iskorištenje rude i poboljšanje kvalitete. Poluproizvodi i proizvodi od čelika izvozili su se u okolna područja (najprije u Perziju), onda su ona usvajala vlastitu proizvodnju uz specifičnosti. U 16. Stoljeću tehnologija se prenosi u Nizozemsku, a zatim i u Veliku Britaniju.

3.7. Proizvodnja željeza u Kini

Počeci kineske crne metalurgije su oko 600. Godine prije Krista a specifičnosti se uglavnom odnose na proizvodnju lijevanog željeza u čemu su prvi, a inovacije su slijedeće:

a) Razvoj moćnih dvoradnih mjehova za opskrbu peći zrakom koji se pokreću mehaničkom energijom vode, a omogućuju postizanje temperature od oko 1450°C.
b) Obilno punjenje peći ugljenom povećava i sadržaj ugljika što smanjuje temperaturu taljenja, a najniža je kod eutektičke koncentracije 4,3% i iznosi 1148 stupnjeva C.
c) Naprednu tehnologiju lijevanja uz korištenje i modela od voska.
d) Dugotrajnim odžarivanjem odljevaka od lijevanog željeza na temperaturi od 900°C ono je gubilo ugljik i postizalo prihvatljiva tehnička svojstva.
e) Miješanjem taline dolazilo je do oksidacije viška ugljika pa su odljevci imali zadovoljavajuća tehnička svojstva.
f) Isto se postizalo ravnopravnim miješanjem lijevanog i kovanog željeza.
g) Zbog tehnološkog napretka, a i veličine Kine rasle su i dimenzije metalurških peći (male-visoke peći), a i podesne vrste fosilnog ugljena prilagođene su za loženje.
h) Usvajanje hidrauličkih kovačkih čekića.

3.8. Subsaharska Afrika- Niger

Regija je imala značajnu ulogu u proizvodnji bronce, a razvoj crne metalurgije počinje oko 1500. god stare ere. Smatra se da je razvoj metalurgije značajno podupro Bantu-ekspanziju koja je krenula iz tog područja, a bila je jedna od najvećih migracija u povijesti.

3.9. Istočna Afrika-Tanzanija

Početak crna metalurgija u ovom području počinje pod utjecajem Bantu-ekspanzije krajem stare ere. Uz jezero Viktorija pronađeno je 13 peći koje su imale sustav za predgrijavanje zraka u obliku cijevi koje su položene u bazu peći. Drže se prvim takvim pećima, a smatra se da su mogle postići temperaturu od 1800°C.

3.10. Proizvodnja željeza na Kavkazu

Kavkaz ima obilne rudne resurse, a povijest crne metalurgije počinje prije 2000.god.

3.11. Proizvodnja čelika u arapskim državama

Nastaje pod utjecajem kineske metalurgije uz brojne inovacije a najznačajniji su hidraulički mlinovi za pripremu rude, kao i hidraulički kovački čekići. Najznačajnije su kovačnice u Damasku gdje se kuju poznate sablje i mačevi, isprva od uvezenih poluproizvoda wootz-čelika iz Južne Indije, a zatim i od vlastitog materijala.

Post je objavljen 28.08.2012. u 18:05 sati.