У дневниках русских первопроходцев и европейских путешественников в заметках постоянно встречаются жалобы, что в условиях севера ломались железные топоры, трескались ножи и пилы или даже рассыпались замки, скобы и пряжки.
Например, в записях участников Великой Северной экспедиции (XVIII век) прямо упоминается, что железо становится стеклянным и ломается от лёгкого удара при сильном морозе.
Это классическое описание проявления хладноломкости стали, хотя термин появится только спустя столетие.
Были и просто волшебные случаи, когда металл рассыпался в пыль. Легендарная оловянная чума проявляла себя именно так и подразумевала перестроение кристаллической решетки олова из одной модификации в другую даже при температурах окружающего воздуха.
Уменьшение плотности и увеличение объёма заставляло вести себя олово как деревяшку, пересушенную на солнце. Про это я рассказывал в одной из первых статей на канале.
Вы можете возразить - минуточку, но ведь какая-нибудь современная лопата вполне справится с морозом в минус сорок.
По сути вы говорите, что сталь рассчитана на любой мороз. Но нет, давайте углубимся в материаловедение, а уж это я могу. Ломалась не "сталь вообще", а конкретная сталь в конкретных условиях.
Частая ошибка - думать, что у стали есть одна фиксированная температура, ниже которой она становится хрупкой. На самом деле существует переход "вязкое - хрупкое", и он зависит от химического состава, структуры (крупное или мелкое зерно), содержания углерода и примесей, скорости нагружения и наличия дефектов. Одна и та же сталь при медленном нагружении может выдержать −80 °C, а при ударе сломаться уже при −20 °C.
Инструменты XVII–XIX веков делались из кричного железа или ранних углеродистых сталей. Такой материал отличался большим количеством серы,
фосфора и шлаковых включений. Эти примеси резко поднимают температуру хладоломкости и делают металл чувствительным к морозу.
То есть реальный порог мог быть −10…−30 °C, а не −100 °C, как у современных низколегированных сталей.
Потому инструменты цивилизованного мира того времени ломались в условиях крайнего севера. Но ломались именно “цивилизованные” инструменты, а не местные. Этнографы XIX века (Шренк, Бограз, Иохельсон) отмечали, что у чукчей, ненцев, эвенков почти нет цельнометаллических инструментов.
Наконечники там обычно из кости или мягкого железа (варианты того, что нашлось в природе), рукояти - длинные, пружинящие, с кожаными вставками. Инструменты северян не трескались внезапно, а максимум гнулись или уставали.
Металл северяне знали, но не везде любили использовать. Потому выбирали материалы более доступные, и, что важно, более подходящие. Так, кость и рог не имеют хрупкого фазового перехода, сохраняют высокую вязкость при −50…−60 °C и не ломаются мгновенно.
Характерно, что у инструментов такого типа не было жёстких соединений. Скажем, режущая кромка из кости или другого природного материала, закреплялась на черенке из дерева посредством привязывания кожаным ремнем. Это значительно уменьшало количество ударных нагрузок.
Очень частая ситуация на севере того времени - инструмент хранится в тепле, потом резко выносится на −40…−60 °C. Поверхность остывает быстрее сердцевины. В итоге возникают внутренние напряжения. Снаружи металл уже хрупкий, внутри ещё вязкий. Первый удар и трещина пойдёт от поверхности.
Стандартные инструменты народов севера были примитивными, но они работали в тех условиях лучше. Металлические инструменты ломались не потому, что мороз был слишком сильный, а по той причине, что человек принёс в Арктику металл, рассчитанный на другой мир. Этот металл в то время не мог нормально работать в рассматриваемых условиях.
⚡ Читайте подборку на канале про север и его физику. Будет очень интересно!
Телеграм канал моего проекта.