Археология и естественнонаучные методы. Сб. статей

И. Гошек Проблемы изучения сварных швов с высокой концентрацией никеля в археологических железных изделиях Перевод Л.И. Авиловой

Введение

В ходе археометаллургических исследований ранних железных предметов с территории Чехии выявлено значительное число находок, у которых между перлитными и мартенситными структурами расположены сварные швы. Структуры этих швов обычно обогащены никелем и в меньшей степени кобальтом. Сварные швы легко различимы при микроскопическом исследовании и хорошо поддаются химической обработке, в результате чего могут быть получены данные, характеризующие использованное сырье и технологические приемы его обработки, что крайне важно при археометаллургических исследованиях.

Никель в сварных швах

Присутствие никеля в сварных швах объясняется достаточно просто. Железо в разогретом металле окисляется интенсивнее, чем такие элементы, как никель, кобальт, мышьяк или медь. Эти более благородные, чем железо, металлы находятся в дисперсном состоянии под окисленной поверхностью предмета. В процессе сварки двух разогретых полос железа повышенная концентрация никеля может проявиться в сварном шве, однако впоследствии, при многократном нагреве поковки, концентрация никеля понижается в результате его диффузии. Кроме никеля, швы обычно обогащены углеродом. Поскольку содержание никеля понижается при температуре перехода к структуре аустенита, углерод переходит из участков феррита, где никель отсутствует, в структуру аустенита, обогащенную никелем, в результате чего формируется структура перлита или даже мартенсита. Так, мартенсит (без дополнительной закалки) возникает при концентрации никеля в железе свыше 7 %. Никель часто сопровождается кобальтом, но в менее высоких концентрациях. Распределение этих элементов в сварных структурах неодинаково. Их содержание нарастает от краев обогащенной зоны к ее центру, где достигает максимума, Ni 1-10 % (рис. 1). Известны сварные швы с содержанием Ni свыше 15 % и даже 20 %. Концентрация кобальта обычно не превышает 2 %. Высоконикелевые зоны обычно имеют вид полос, часто встречаются и зоны неправильной формы. Участки с наибольшей концентрацией никеля могут располагаться на различных отрезках сварных швов.

На рис. 2 показаны высоконикелевые швы. Топор из Бреслав-Поганско (IХ-Х вв.) имеет однолинейный шов с 11.2 % Ni (рис. 2,1), сверло из того же памятника (рис. 2, 2) демонстрирует шов в виде нескольких линий с 19.2 % Ni и 1.2 % Со. В подкове из Ровенско (около XV в.) концентрация никеля варьирует: в сварном шве (рис. 2, 3) 3.4 % Ni и около 1 % Со, на другом участке того же шва (рис. 2, 4) уровень содержания этих элементов ниже порога чувствительности микроскопа ЕВАХ. Обломок железного предмета из замка Троски имеет 28.5 % Ni в поверхностном слое (рис. 2, 5), тогда как внутренние сварные швы содержат не более 10 % Ni (рис. 2, б). Локальное содержание никеля может достигать сверхвысоких значений, как на проушном топоре из Ветржно-Бобрка (Польша) — 39.1 % Ni на одном из участков.

Рис. 2. Сварные швы с высоким содержанием никеля в железных предметах с крршории Чехии: 1, 2 — гонор и сверло из Гжеелава-Поганско (IХ-Х вв.); 3. 4 подкова из Роненско под Тросками (около XV в.); 5, 6 фр;н — менг железного крепежа из замки Троски (средневековье или позднее средневековье).

Метеоритное железо