На нашей планете железа в чистом виде нет уже несколько миллиардов лет. С тех пор, когда первые бактерии начали выделять кислород [...]]]> Эта статья будет немного отличаться от остальных. В ней не будет конкретных рекомендаций, что и как делать. В ней будет теория — что именно происходит с железом на пути от руды до стальной болванки.

На нашей планете железа в чистом виде нет уже несколько миллиардов лет. С тех пор, когда первые бактерии начали выделять кислород как отход жизнедеятельности. И поэтому железная руда — это, фактически, ржавчина, спрессованная миллионами лет вместо со всяким посторонними веществами. Вобщем — Fe₂O₃ или Fe₃O₄, иногда даже FeCO₃. При этом посторонних веществ там достаточно. В СССР в школе учили, что богатая железная руда — это 75% железа, а сейчас «богатая» — это 57% железа. Но попаданцу придется развивать металлургию тогда, когда еще не было ямы вместо горы Магнитной, так что переспективы есть. Но все равно — желательно измельчить добытое и отделить, насколько можно, руду от пустой породы. Итак, задача номер один — восстановить железо из окисла.

Делается это, на первый взгляд, достаточно просто — в руду добавляют углерод (как правило в виде угля), он соединяется с кислородом и образует углекислый газ (CO2), который улетучивается. Но тут получается так, что углерод напрямую не действует, нужно превратить его в CO (угарный газ), но все равно — для начала восстановления температура должна быть не ниже 570°С. То есть где-то внизу печи кислород воздуха должен частично сжечь уголь, чтобы угарный газ поднялся чуть выше, добрался до металла и там его восстановил. Очень желатально, чтобы руда была достаточно пористая. Естественно, на костре такое не сделать — в печи должны быть места где очень много воздуха (накачивают мехами) и места, где только угарный газ, воздух просто сжег бы начинающее зарождаться железо.

Процесс восстановления — многоступенчатый, идет примерно по схеме: Fe₂O₃ -> Fe₃O₄ -> FeO -> Fe. Естественно, если где-то не рассчитать с количеством угля или с высотой печи или еще сотня-другая параметров, то будет не железо, а фигня какая-то — шлак, в котором есть мелкие дробинки плохого металла.

Если все получилось, то железо после восстановления начинает собираться в капли (уже металла) и стекать вниз печи. Происходит это примерно при температуре 1200°С. Эту температуру придется держать достаточно точно, а средств узнать какая внутри температура у попаданца не будет. Все только опытным путем — плавка за плавкой.

При прохождении через все слои металл набирается примесей и качество его высоким не будет. Основное, что есть вокруг железа -это углерод в горящем угле. А углерод имеет гадское свойство растворятся в расплаве железа. Если углерода много (больше 2%), то получается чугун. Если меньше — инструментальная сталь. Если углерода меньше 0.7%, то выходит конструкционная сталь (для попаданца — самое оно), а если удастся добиться углерода меньше 0.25% — то будет мягкая сталь, простое железо.
Углерод в стали должен быть. Без углерода сталь не закалить как надо. И твердости в стали тоже не будет. Только дело точного подбора углерода — непростое, на это могут годы уйти.

Однако, в руде есть не только оксид железа. В руде много чего ненужного и основное, что вредное — это фосфор и сера. Они очень снижают качество стали даже в малых количествах. Стоит набрать более 0.045% серы и сталь становится красноломкой — которая при горячей ковке дает рванины, трещины. А если более 0.045% фосфора — то сталь становится хладноломкой, то есть теряет упругие свойства в холодном состоянии и легко лопается. Самое неприятное, что серу и фосфор не нужно где-то искать — они присутствуют в руде. При этом хорошо бы знать, чего и сколько в конкретной руде, с которой придется работать…

В общем, понятно, что очень легко выплавить не сталь. а неразбери-что-поймешь. Поэтому, если попадаенец собирается продвигать железный век в массы, ему нужно сначала обкатать технологию с местным сырьем, а уже потом идти к правителю требовать субсидий, потому что с первого раза ничего не выйдет, даже если знать всю теорию.

Собственно, вся история металлургии — это история как восстанавливать железо из окисла с контролируемым содержанием углерода и с минимальным количеством нежелательных добавок.

Но добавки бывают и желательные — для легирования стали.
Марганец — повышает твердость и прочность стали, ее режущие свойства. Марганца может быть до 15%.
Кремний — повышает упругие свойства, но снижает вязкость. И если кремния больше 2%, то ковать такую сталь нельзя — она при этом разрушается.
Никель — увеличивает вязкость и снижает коррозию стали — собственно, на нем и стоят нержавеющие стали. Никелевые стали — немагнитные. Часто можно увидеть, как отличают магнитиком «техническую» нержавейку от «пищевой». Пищевой нержавейки не бывает — это проверяется количество никеля в стали.
Хром — повышает прочность, закаливаемость, но снижает вязкость.
А есть еще молибден, кобальт, ванадий, вольфрам, титан…
Понятно, что под требуемую задачу нужно подобрать нужное соотношение легирующих добавок, а они в сочетании друг с другом, бывает, ведут себя непредсказуемо. Собственно, процесс изобретения сталей не остановился до сих пор. До сих пор человечество еще ищет и подбирает.

Стоит помнить о такой важной вещи, как повторяемость результата. В идеале плавка должна быть гарантируемого качества. На практике же — если мастер отошел на 15 мин во время плавки, но железо все равно вышло ничего так — это уже победа. Поэтому — обязательно все перед плавкой взвешивать и записывать. Чтобы не было мучительно больно..

Первое, что нужно разобрать — что происходит с деревом. когда его изгибают. Смотрим картинку — с внутренней [...]]]> Вряд ли попаданцу удастся удивить аборигенов новыми технологиями в изготовлении луков. Но кто знает, куда его занесет? Поэтому я попытаюсь не давать описания, как именно и из чего делать, а объясню зачем. а уж материалы попаданец подберет сам.

Первое, что нужно разобрать — что происходит с деревом. когда его изгибают.
Смотрим картинку — с внутренней стороны древесина сжимается, а с наружной ее волокна растягиваются. Вся проблема в том, что древесина плохо приспособлена к растягиванию. Если вы согнете палку — то она треснет именно с наружной стороны изгиба. Простейший способ борьбы с этим — подбор материала. Классический длинный английский лук, выбивший цвет французского рыцарства, изготовлен из тиса. Тис — ядовитое дерево. Он не гниет, в нем не образуются трещины. В Японии длинный лук делался из бамбука со схожими свойствами.
Английский лук без тетивы прямой, хотя мог быть и кривоват, его делали по форме дерева. Постоянно его держать натянутым нельзя (тетиву ставили непосредственно перед боем), чтобы избежать деформации. Такие луки не выдерживают сильного изгиба и поэтому их приходится делать очень длинными, английский тисовый лук — два метра длины, японский длинный лук — до 2.4 метра (у японцев он ассиметричный, верхняя часть длиннее).
Такие луки были достаточно дешевые и как следствие — массовые. Именно это свойство позволило англичанам вырастить большое количество простолюдинов, с детства занимающихся стрельбой — и получить на этом немалую пользу во время Столетней Войны.

По своим боевым качествам такие луки не блещут. Английский длинный лук бил в среднем на 90 метров (у него было тяжелые стрелы с граненым наконечником и на дальних дистанциях они не могли пробить доспехи).

Тем не менее, если попаданец собирается вооружить луками крупное подразделение, то, по-видимому, длинный лук единственный вариант.

Но, как всегда, технологии на месте не стоят и был изобретен композитный лук. Изобретен он был задолго до Столетней Войны, еще в Древнем Египте. Однако, стоит он на пару порядков дороже. Как основа лука там тоже использовали дерево, но с внутренней стороны (где сжатие) добавляли роговые пластины, а с наружной (где растягивание) сухожилия животных. Вся эта конструкция склеивалась животным или рыбьим клеем и обматывалась полосками кожи, ткани и т.п. Это задача для мастера, да и то не для всякого. Только на сушку  сухожилий уходило больше года. Быстро таких луков не наделать.  Понятно, что такая конструкция была менее надежна, чем простая тисовая палка. К тому же животный клей в сырую погоду мог набухнуть и лук при выстреле просто разлетался на части. Также клей и другие элементы лука плохо переносят морозы. Может быть, именно поэтому композитные луки в основном использовались в теплых странах — в Египте, в Турции, в Китае.

Композитный лук, однако, имеет заметно лучшие боевые свойства. Он много компактнее и при той же силе растягивания тетивы посылает стрелу дальше. Чтобы понять, как это получается, посмотрим на график.

Энергия, которую лук передает стреле, зависит только от двух параметров — от силы натяжения тетивы (а она зависит от упругости лука) и от длины, на которую натянута тетива (собственно, это длина человеческой руки). Снизу три значка — лук с тетивой без натяжение, с нормально одетой тетивой и лук, растянутый для выстрела. Площадь, которую дает пересечение этих двух параметров (выделено цветом) — это и есть энергия, которая пойдет в стрелу.

Сразу видно, почему слабо натянутая тетива делает лук слабым. Чем сильнее натянута тетива, тем более вправо сдвигается квадрат с длиной человеческих рук и тем большую площадь (то есть энергию) он займет. Поэтому на боевые луки так трудно одеть тетиву (все помним история с Одиссеем?) и в большинстве случаев это куда более сложное занятие, чем натянуть ее для выстрела.

Но композитный лук из-за своего хитрого устройства можно сделать сложной формы — с кончиками, загнутыми в обратном направлении. И как раз эти кончики запасают в себе дополнительную энергию (на графике — розовым), что дает примерно +20% к дальности выстрела. В случае боя — совсем немало, когда можно стрелять за пределами чужой дальнобойности. В общем, с технической стороны,  композитный лук имеет более высокий КПД.

Из графика следует еще один вывод — если отпустить натянутый лук без стрелы, то энергия никуда не девается и лук легко ломается. Просьба помнить об этом всех начинающих попаданцев.

Ну и последним типом луков, которые появились недавно — это блочные луки. У них на концах лука тетива идет через сложной конструкции ассимметричные блоки, и как следствие — тетива имеет разную степень натяжения при разных растяжениях лука. То есть при полностью растянутом луке, у которого общее усилие порядка 45 кг, усилие удержания тетивы падает килограммов до 8! Но, как видно из анимации — эта игрушка никак не для древнего мира. Я подозреваю, что даже для 18 века сделать такую вещицу на грани возможностей, скорее за гранью.