Епоха заліза, або залізний вік (далі - ЖВ) - третя з технологічних макроепох в історії людства (слідом за кам'яним століттям і епохою енеоліту і бронзи). Терміном «ранній залізний вік» (РЖВ) прийнято позначати перший період епохи заліза.
Першим вченим, науково обгрунтував систему трьох століть, або трьох епох (каменю-бронзи-заліза) був датський археолог Крістіан Юргенсен Томсен, що випустив в 1836 р книгу під назвою «Путівник по північних старожитностей».
Але, як відомо, вживання терміна «залізний вік» має довгу передісторію, як і вся схема розподілу історичного процесу на макроепохі за назвами переважаючих сировинних матеріалів. Давно помічено, що цей розподіл в світових міфологіях спочатку мало не тільки безпосередню технологічну основу, а й філософсько-етичний відтінок, пов'язаний в першу чергу з давньої парадигмою «золотого століття» як століття абсолютної гармонії, початкової точки в людській історії. Вперше струнка концепція еволюції людства і періодизації його історії, заснована на сполученні культурно-технологічних філософсько-етичних чинників, була сформульована Гесиодом, причому етико-есхатологічний аспект тут явно домінує Знаменитий грецький поет, який творив в VIII ст. до н.е. запропонував у своїй поемі «Труди і дні» наступну періодизацію історії золотий - срібний - мідний століття, потім вік героїв як продовження мідного і, нарешті, сучасний поетові залізний вік в якому людям немає «перепочинку ні вночі, ні вдень від праці і з горя» .
Цю традицію розвинув Овідій в I в. до н.е. в «Метаморфозах» Його схема така: золотий - срібний - мідний - залізний вік причому епоха заліза - це «вік нахилів гірших». Не випадково за залізним століттям у Овідія слідують: гигантомахия, потім виродження людей, всесвітній потоп, що знищує людство і, нарешті, відродження людства Девкаліон та Пірра.
Очевидно, першим, хто здійснив періодизацію історії, грунтуючись насамперед на технологічних умовах (хоча і з урахуванням критикований ним міфологічної традиції), був знаменитий римський поет Тіт Лукрецій Кар. У I ст. до н.е. в поемі «Про природу речей» він запропонував близьку до реальності схему культурно-технологічної еволюції людства від кам'яного віку до мідного і, нарешті, до залізного віку. Саме ця ідея в кінцевому рахунку знайшла логічне завершення в роботах К. Ю. Томсена і його учня Йенса Якоба Ворсо. Однак відразу ж слідом за цим виникла проблема хронологічних рамок епохи заліза і її внутрішнього поділу, про що вчені довго дискутували. Шведський археолог Оскар Монтеліус поставив остаточну крапку в цій суперечці, вказавши, що, по-перше, не може бути єдиної початкової дати для епохи заліза на всій території ойкумени, по-друге, початок залізного віку для кожного регіону має відраховуватися з моменту переважання заліза в виробництві зброї та знарядь праці.
Дійсно, настанню ЖВ передує тривалий підготовчий період в освоєнні заліза, що відноситься ще до попередніх епох, головним чином до епохи бронзи. В рамках цього підготовчого періоду можна виділити три найважливіших віхи, або стадії, що зумовили наступ залізного віку.
1-я стадія - це освоєння метеоритного заліза і вироблення з нього перших залізних виробів до відкриття рудного заліза і сиродутного процесу.
Теоретично можна було використовувати і Телуричне, тобто земне самородне залізо (його поява, переважно в базальтових скелях, пояснюється взаємодією оксидів заліза з органічними мінералами). Але практично використання теллурического заліза неможливо, бо воно зустрічається вкрай рідко, причому в найдрібніших зернах. Метеоритного заліза значно більше. Метеоритну природу тих чи інших залізних виробів металознавці визначають по підвищеному вмісту нікелю: якщо нікелю більше 4%, то сировину вважають метеоритним, бо в метеоритний залозі в середньому міститься від 5 до 10% нікелю, тоді як в рудному - не більше 0,2% .
до н.е. кинджал із залізним мечем і золотим держаком, залізна вставка в золотий браслет ( «око Гора») і вставлені в дерев'яну основу тонкі магічно-хірургічні залізні інструменти.
2-а, найважливіша стадія процесу в освоєнні заліза - це відкриття і вдосконалення сиродутного процесу, який дозволяв відновлювати залізо з руд. Цей процес здійснювався в спеціальних печах, куди завантажувалися залізна руда (гематит або магнетит) і деревне вугілля, розпалювати при подачі повітря, що має атмосферну температуру (звідси назва «сиродутний»). Спочатку сиродутний процес здійснювався в ямах, обкладених вогнетривкої глиною або в кам'яному вогнищі, потім стали будувати шахтні печі з каменю або цегли, з використанням глини або землі. Сиродутние печі могли працювати на природному язі (особливо якщо вони споруджувалися як невеликі печери в клонах пагорбів), але з розвитком металургії все частіше застосовувалося накачування повітря хутром через керамічні сопла. У відкриті ями це повітря надходив зверху, в печі - через отвір, залишене в нижній частині конструкції.
Спочатку розпалювали вугілля, насипаний на дно горна або печі, потім зверху завантажували поперемінно шари руди і того ж вугілля. В результаті горіння вугілля виділявся газ - окис вуглецю, яка, проходячи через товщу руди, відновлювала оксиди заліза. Сиродутний процес не забезпечував досягнення t плавлення заліза (1 537 градусів за Цельсієм), а максимально доходив до 1200 градусів (це була свого роду «варіння» заліза).
Відновлене залізо концентрувалася в тістоподібному вигляді на самому дні печі, утворюючи так звану горнову крицю - залізну губчасту масу з включеннями незгорілого деревного вугілля і з численними домішками шлаку (при цьому в більш досконалих варіантах сиродутних печей рідкий шлак випускали з горна по жолобу). З криці, яку в розпеченому вигляді витягували з печі, можна було виготовляти вироби тільки після попереднього розподілу цієї шлакової домішки і усунення губчастого.
Тому безпосереднім продовженням сиродутного процесу були холодна і, головне, гаряче кування, що складалася в періодичному прожаренні Крічний маси і її проковиваніі. В результаті створювалися криці-заготовки.
Дослідники вважають, що відкриття сиродутного процесу відбулося в результаті того, що при виплавці міді або свинцю з руд в плавильну піч, крім мідної руди і деревного вугілля завантажувалися (як флюсів) залізовмісні породи, в першу чергу гематит. У зв'язку з цим вже при мідеплавильному процесі могли виходити перші криці, і не виключено, що мідеплавильні печі могли іноді купувати і другу функцію - сиродутних.
Найбільш ранні випадки використання сиродутного процесу пов'язані з територією Передньої Азії, особливо Малої Азії. При цьому виробництво виробів з метеоритного заліза тривало.
Відкриття сиродутного процесу - найважливіший крок в освоєнні заліза, бо його руда, на відміну від мідної та олов'яної, зустрічається всюди, але отримати залізо з руд значно складніше, ніж мідь. Сиродутний процес постійно вдосконалювався: збільшувалися обсяги печей, інтенсифікувалося дуття і т.д. Але залізні речі ще довго поступалися бронзовим в твердості, оскільки крічное залізо майже не містило вуглецю, і тому предмети з нього були занадто м'якими. Навіть після очищення від шлаку крічное залізо лише трохи твердіше чистої міді, а щоб зробити його твердіше бронзи, була потрібна багатогодинна кування, і тому воно використовувалося в основному для прикрас і окремих знарядь праці, поки не було досягнуто прогресу в обробці кричного заліза.
Прогрес же цей полягав у появі технології цементації - тобто навмисного науглероживания кричного заліза, а також навичок загартування і термічного відпустки. Відкриття цих технологій можна вважати 3-ої стадією процесу освоєння заліза, після якої безпосередньо починається ЖВ. Спочатку була освоєна цементація, яка на перших порах досягалася прокаливанием залізного виробу або заготовки в кістковому вугіллі; потім стали використовувати інші органічні речовини, що містять вуглець. Так з'явилися перші, досить примітивні стали. При цьому глибина науглероживания була прямо пропорційна висоті температури і тривалості нагрівання заліза. Науглероженного залізо було твердіше бронзи, що потім посилювалося холодної копкой.
Слідом за цим був відкритий ефект загартовування, що складається в охолодженні розпеченій речі з науглероженного заліза у воді, в снігу або в будь-якої іншої рідини, в результаті чого різко зростає твердість речі. Навіть якщо не використовувати рідину, а просто залишити таку річ на відкритому повітрі, може утворитися низьковуглецевий сталь перлитной структури, причому чим холодніше повітря, тим вона твердіше.
Швидше за все, як і коксування, процес гарту був відкритий випадково, і його фізична сутність, природно, залишалася загадкою для ковалів, і тому ми часто стикаємося в письмових джерелах з вельми фантастичними поясненнями причин посилення твердості залізних виробів при загартування. Наприклад, літопис IX ст. до н.е. з храму Балгала в Малій Азії наказує наступний спосіб гарту: «Треба нагрівати кинджал, поки він не засвітиться, як висхідний в пустелі сонце, потім охолодити його до кольору царського пурпура, занурюючи в тіло м'язистого раба ... Сила раба, переходячи в кинджал ... надає металу твердість ». До настільки ж стародавнім часу відноситься знаменитий фрагмент з «Одіссеї», створеної, ймовірно, в VIII в. до н.е. тут випалювання очі циклопові розпеченим оливковою колом порівнюється із зануренням нагрітого сталевого сокири або тесла в холодну воду, причому Гомер не випадково позначає останню дію як «лікування сокири» - очевидно механізм цього явища був для греків того часу настільки ж загадковий, і, можливо, магічний , як і лікарські дії.
Освоєння операції термічного відпустки дозволило знизити крихкість вироби недолік, властивий загартованої сталі. Відпустка полягав у нагріву ми вироби до I не вище 727 град. тобто рівня трансформації структури.
В цілому освітлення операцій цементації, загартування і відпустки - це тривалий і дуже складний процес (місцями він йшов до тисячі років). Більшість дослідників вважають, що районом, де раніше за все відбулося відкриття цих операцій (як і самого сиродутного процесу) і де їх вдосконалення йшло швидше за все, була Мала Азія, і перш за все район проживання хеттів і пов'язаних з ними племен - в першу чергу гори Антитавра , де вже в середині II тис. до н.е. почали робити якісні сталеві вироби.
Саме вдосконалення технології обробки кричного заліза вирішило проблему конкуренції між залізом і бронзою. Це означало дійсне настання епохи заліза, початок якої в історії людства визначається використанням рудного заліза для виробництва основних форм знарядь праці і зброї і широким поширенням залізної металургії і ковальської справи.