Історія металургії — частина історії техніки.
Гіпотези стосовно витоків металургії Загальнопоширене припущення, що первинні люди ставали випадковими свідками непередбачуваних витопів металу з руд у домашньому вогнищі чи багатті лісової пожежі й, користуючись цією підказкою природи, розпочинали самостійну металургійну діяльність.
За гіпотезою українських вчених Г. Гайка та В. Білецького передумови зародження металургії лежали в послідовному розвитку гірничих технологій кам'яної доби й були пов'язані з формуванням вже в неоліті стійкої культурної спільноти «гірничих людей», які сторіччями вели розробку нерудної сировини й накопичували гірничий досвід.H.I. Haiko, V.S. Biletskyi. First metals discovery and development the sacral component phenomenon. // Theoretical and Practical Solutions of Mineral Resources Mining // A Balkema Book, London, 2015, р. 227—233. . У надрах цієї спільноти розпочалася цілеспрямована, довготривала, пов'язана з сакральними культами гірників діяльність з освоєння металів. Г. Гайко та В. Білецький доводять, що чинники сакрально-магічного характеру й діяльність служителів магічних культів у середовищі архаїчних гірників слід розглядати як необхідну умову зародження металургії, допускаючи не тільки раціональні, а й сакральні практики, спрямовані на відкриття тайн металів (за аналогією з містичними практиками алхіміків історичних часів). Не виключено, що й винахід повітряного дуття, який забезпечив можливість процесу витоплення металу, був пов'язаний із магічними ритуалами випробування руди вогнем надзвичайної сили, тобто високотемпературний режим міг первісно створюватися за «ідеологічною», а не «технологічною» мотивацією. Отже, досягнення археометалургії останніх десятиріч додають якісно нові свідчення в сучасні уявлення про розвиток неолітичної революції, дозволяють виділити окрему усталену спільноту гірників-металургів і поставити її поруч зі спільнотами рільників і скотарів як важливу складову поступу неолітичної революції.
Існує також гіпотеза, згідно з якою освоєння металів пов'язане із спостеріганням поодиноких подій плавлення міді з грудок руди, що несподівано потрапляли в багаття первісної людини. Першовідкривачами металів, за цією версією, є давні мисливці чи скотарі, які неочікувано стали свідками самочинного витоплення міді. Однак, наукові реконструкції давніх способів плавлення міді свідчать про виключно низьку ймовірність випадкового витоплення міді у звичайному багатті навіть з найбільш легкоплавких руд. Таким же малоймовірним є припущення успішних пошуків руд і вдалих плавлень, здійснених необізнаними, випадковими людьми. Ця версія ніяк не пояснює, чому за десятки тисячоліть діяльності Homo sapiens «випадки» самочинного витоплення міді були «помічені» й використані лише в неоліті.
Динаміка розвитку металургії
Археологічні дослідження свідчать про те, що людство видобувало метал здавна. Зокрема, виявлені в 50–60-х роках XX століття в південно-західній частині Малої Азії сліди виплавки міді датуються VII–VI тисячоліттям до н. е. Перші свідчення того, що людина займалася металургією в V–VI тисячолітті до н. е. були знайдені в Майданпек, Плочніке та інших місцях в Сербії (у тому числі мідну сокиру 5500 років до н. е., що відноситься до культурі Вінча), Болгарії (5000 р. до н. е.), Палмеле (Португалія), Іспанії, Стоунхенджі (Велика Британія). В Пакистані знайдені артефакти, що підтверджують застосування формівного литва 6 тис. років тому. Однак, як це нерідко трапляється з настільки давніми явищами, вік не завжди може бути точно визначений.
В культурі ранніх часів присутні срібло, мідь, олово і метеоритне залізо, що дозволяли вести обмежену металообробку. Так, високо цінувалися «Небесні кинджали» — єгипетське зброя, створена з метеоритного заліза 3000 років до н. е. Але, навчившись добувати мідь і олово з гірської породи і отримувати сплав, названий бронзою, люди в 3500 роки до н. е. вступили в бронзову добу.
У бронзовій добі (III-є тисячоліття до н. е.) застосування отримали вироби і знаряддя праці з сплавів міді з оловом (олов'яна бронза). Цей сплав — найдавніший сплав, виплавлений людиною. Вважається, що перші вироби з бронзи отримані за 3 тис. років до н. е. відновної плавкою суміші мідної та олов'яної руд з деревним вугіллям. Значно пізніше бронзи стали виготовляти добавкою в мідь олова та інших металів (алюмінієві, берилієві, кремненікелеві та ін. бронзи, сплави міді з цинком, звані латунню, і ін.). Бронзи застосовувалися спочатку для виробництва зброї і знарядь праці, потім для відливання дзвонів, гармат і т. д. В даний час найбільш поширені алюмінієві бронзи, містять 5–12 % алюмінію з добавками заліза, марганцю та нікелю. Слідом за міддю людина стала використовувати залізо. Загальне уявлення про три «доби» — кам'яну, бронзову і залізну — виникло ще в античному світі (Тит Лукрецій Кар). Термін «залізна доба» був введений в науку в середині XIX століття данським археологом К. Томсеном
Отримання заліза з руди і виплавка металу на основі заліза було набагато складніше. Вважається, що технологія була винайдена хеттами приблизно в 1200 році до н. е, що стало початком Залізної доби. В розшифрованих хетських текстах XIX століття до н. е. згадується про залізо як про метал, «що впав з неба». Секрет видобутку і виготовлення заліза став ключовим фактором могутності філістимлян.
Прийнято вважати, що людина вперше познайомився з метеоритним залізом. Непрямим підтвердженням цьому є назви заліза на мовах стародавніх народів: «небесне тіло» (давньоєгипетська, давньогрецька), «зірка» (давньогрецька). Шумери називали залізо «небесною міддю». Можливо, тому все, що було пов'язано в давнину з залізом, було оточене ореолом таємничості. Люди, які видобували і обробляли залізо, були оточені пошаною і повагою, до чого домішувалось і почуття страху (їх часто зображували чаклунами).
В історичній літературі епоху залізної доби ділять на два періоди. Рання залізна доба, охоплює період X–V століть до н. е. Цей період отримав назву гальштатська культура за назвою міста Гальштат в Австрії, біля якого були знайдені залізні предмети того часу. Пізня або «друга залізна доба» охоплює період V–II століть до н. е. початок н. е. і отримала назву латенська культура — за однойменним місцем в Швейцарії, від якого залишилося багато залізних предметів. Латенська культура пов'язується з кельтами, що вважалися майстрами виготовлення різних знарядь із заліза. Велике переселення кельтів, що почалося в V столітті до н. е., сприяло поширенню цього досвіду на території Західної Європи. Від кельтської назви заліза «ізарнон» походять німецьке «айзен» і англійське «айрон».
В кінці II тисячоліття до н. е. залізо з'явилося в Закавказзі. В степах Північного Причорномор'я в VII-я століттях до н. е. мешкали племена скіфів, які створили найбільш розвинену культуру ранньої залізної доби на території України.
Спочатку залізо цінувалося дуже дорого, використовувалося для виготовлення монет, зберігалося в царських скарбницях. Потім воно стало все активніше використовуватися як знаряддя праці, і як зброя. Про використання заліза як знарядь праці згадується в «Іліаді» Гомера. Там же згадується про те, що Ахілл нагородив переможця дискобола диском із заліза. Грецькі майстри вже в стародавні часи використовували залізо. У побудованому греками храмі Артеміди барабани мармурових колон храму були скріплені потужними залізними штирями довжиною 130, шириною 90 і товщиною 15 мм.
Народи зі Сходу, що прийшли до Європи, внесли свій внесок у поширення металургії. За переказами, колискою монголів і туркменів були багаті рудами Алтайські гори. Своїми богами ці народи вважали тих, хто відав ковальським ремеслом. Обладунки та зброю войовничих кочовиків із Середньої Азії було зроблено з заліза, що підтверджує їх знайомство з металургією.
Багаті традиції виробництва виробів з заліза присутні в Китаї. Тут, можливо раніше, ніж в інших народів, навчилися отримувати рідкий чавун і робити з нього виливку. До наших днів збереглися деякі унікальні виливки з чавуну, виготовлені в першому тисячолітті н. е., наприклад, дзвін висотою 4 і діаметром З метра, масою 60 тонн.
Відомі унікальні вироби металургів Стародавньої Індії. Класичним прикладом є знаменита Кутубська колона в Делі масою 6 тонн, висотою 7,5 метрів і діаметром 40 см. Напис на колоні свідчить, що вона споруджена приблизно в 380–330 роках до н. е. Аналіз показує, вона споруджена з окремих криць, зварених в ковальському горні. На колоні немає іржі. У похованнях стародавньої Індії знайдено сталеву зброю, виготовлену в середині першого тисячоліття до н. е.
Таким чином, сліди розвитку чорної металургії можна відстежити в багатьох минулих культурах і цивілізаціях. Сюди входять давні й середньовічні королівства та імперії Середнього Сходу і Близького Сходу, Стародавній Єгипет і Анатолія (Туреччина), Карфаген, греки і римляни античної та середньовічної Європи, Китай, Індія, Японія тощо. Потрібно зауважити, що багато методів, пристроїв та технологій металургії спочатку були придумані в Стародавньому Китаї, а потім і європейці опанували це ремесло (винайшовши доменні печі, чавун, сталь, гідромолоти тощо). Проте, останні дослідження свідчать про те, що технології римлян були набагато більш просунутими, ніж вважалося раніше, особливо в галузі гірничого видобутку і кування.
Основні етапи освоєння перших металів До основних етапів оволодіння першими металами належать:
ознайомлення з самородною міддю, виявлення її ковкості й збільшеної пластичності при нагріванні; розвиток методів пошуку самородків; холодне кування самородних металів — перша форма металургії; засвоєння зв'язку між металом і рудою, виявлення пошукових ознак та способів розробки рудних мінералів, визначення шляхів збагачення руд та умов витоплення міді, винахід високотемпературного палива (деревного вугілля), створення плавильних печей, тиглів, ливарних форм; відкриття руд арсену, олова, срібла, свинцю, стибію; дослідження їх впливу на зміну властивостей мідних сплавів; плавлення бронз (високоміцних мідних сплавів).
Перш за все стародавні гірники використовували мідні руди, які легко помітити, добути й розплавити. Природне збагачення первинних сульфідних руд міді шляхом вивітрювання й розпаду порід сприяло появі їх окиснених похідних — малахіту, азуриту, куприту та хризоколи, які залягають, як правило, на малих глибинах (іноді виходять на поверхню) і мають яскравий помітний колір. Вивітрювання частини шкідливих речовин (сірки та ін.) зробило окиснені руди більш легкоплавкими.
Оскільки самородна мідь містилася саме в подібних рудах, а відокремити її без подрібнення породи не завжди можна було, то й самі грудки руди ставали предметом видобутку. Знаючи про здатність вогню руйнувати гірську породу, давні гірники, ймовірно, намагалися вилучити самородну мідь з руди шляхом її нагріву в первісних печах. Можна припустити, що при розтріскуванні рудних каменів гірники, крім самородної міді, могли іноді спостерігати витоплення краплин міді безпосередньо з грудок руди. З часом зрозуміли, що руда містить, окрім помітних вкраплень та гнізд самородної міді, якісь невидимі оку металеві частинки, які можна «вивільнити» під час особливого випалювання рудних каменів. Ці знання сприяли пошукам і металургійній переробці характерних руд, які вже не включали безпосередньо самородну мідь, але давали метал при витопленні.
Численні спроби плавлення руд виявили важливі особливості витоплення: краплі металу з'являлися на рудному камені тільки з боку контакту з деревним вугіллям за умови спрямованого повітряного дуття (оксиди міді спроможні віддавати свій кисень в умовах вельми високих температур виключно вуглецю). Це привело до застосування тліючого деревного вугілля та розміщення подрібненої мідної руди в його товстому шарі. Здобутий досвід допоміг створити два основоположні металургійні винаходи — конструкцію плавильної печі з подаванням повітря в осередок горіння та спосіб отримання високотемпературного палива і одночасно — відновлювача (деревного вугілля).