Статьи

Жизни удобства и все, что способно доставить усладу:
Живопись, песни, стихи, ваяние искусное статуй —
Все это людям нужда указала, и разум пытливый
Этому их научил в движеньи вперед постепенном.
Тит Лукреций Кар О природе вещей

Литейная технология является одним из древнейших методов получения изделий из металлов. Сколько лет оно насчитывает, до сих пор не знает никто. Так, в 1991 г. на 58 Международном конгрессе литейщиков в г. Кракове X. Джеминг сделал доклад на тему: «6000 лет искусству литья», а в 1994 г. в Дюссельдорфе вышла книга Д. Энгельса «5 000 лет литья металлов». Но древность этой технологии обработки металлов относительна.

История становления человека на Земле исчисляется миллионами лет (археологические находки каменных орудий труда в бассейнах африканских рек Конго, Омо, Аваш — колыбели человечества имеют возраст 2,4-2,6 млн. лет). Однако процесс развития примитивного человека до современного «разумного» (Homo sapiens) закончился всего 30-40 тыс. лет назад. А первые изделия из металла появились за 7—9 тыс. лет до н.э. в переходную эпоху медно-каменного века (энеолит). Кстати, наиболее полные сведения по истории человечества относятся ко времени окончания последнего мощного оледенения Земли, охватившего значительные территории Европы, Азии, Северной Америки (~10—15 тыс. лет до н.э.).

Основным условием технического, а за ним и социально-экономического прогресса явилось стремление первобытных людей в борьбе за существование повысить эффективность своего труда. Ученые лаборатории первобытной техники С.-Петербургского института археологии РАН провели эксперимент на берегах Ангары. Сосну диаметром 25 см срубили каменным топором за 75 мин беспрерывной работы, а медным — за 25 мин. Медным или бронзовым ножом можно обстрогать толстый сук в 10 раз скорее, чем каменным, сверлом просверлить березовое полено в 22 раза быстрее и т.д. [1|. Этим подтверждается объективная целесообразность использовать металлические орудия, даже из мягкой меди, вместо каменных.

Граница между каменным веком и веком металла достаточно размыта. В различных районах Земли переход осуществлялся в разное время, что определялось географическими условиями, наличием, видом природных ресурсов и др. Из-за последнего оледенения и миграции населения в южных районах переход к использованию металла происходил раньше, чем в северных.

Считается, что зарождение металлургии на Востоке (современный Ближний Восток) происходило в VII тысячелетии до н.э., а в Западной Европе — во II тысячелетии до н. э. В таких южных регионах, как Кавказ, Туркестан, Индия, находят более древние изделия из металла, чем в северных частях Европы и Азии [2, 3]. Аналогичное различие отмечается между континентальными странами и островными, даже крупными, такими как Индонезия, Япония. Общеизвестно отставание в техническом развитии коренных народов таких континентов, как Австралия, Америка к моменту их открытия и колонизации в текущем тысячелетии. Заселены эти материки лишь 20—40 тыс. лет назад. Таким образом, отдельные технические новшества могли появляться в разных местах независимо, одновременно или разновременно, иногда со своими особенностями, отвечающими местным условиям. Во многих случаях прогрессивные приемы распространялись или заимствовались. Однако скорость их распространения, учитывая уровень средств коммуникации и информации в древнем мире, была невелика и необходимое время иногда исчислялось столетиями. Как отмечал Ф. Энгельс, даже такое революционное открытие для человека, как получение огня трением, распространялось по земле или стало всеобъемлющим в течение тысячелетий.

К началу периода освоения металла человек обладал уже обширным набором технологических приемов обработки камня, кости, глины, дерева и кожи. Это было время, когда люди не только промышляли охотой и собирали дары природы. Они имели каменные ножи, топоры, мотыги, молотки, костяные, из рогов животных, наконечники для стрел, дротиков, иголки для шитья одежды из шкур животных и тканей (было известно ткачество), глиняную посуду для приготовления пищи и сохранения продуктов. Они находили и добывали камень для своих орудий, расщепляли его на кремневые заготовки, затачивали и шлифовали их, по необходимости сверлили в них отверстия и т.д. Другими словами, кроме «техники удара» уже была освоена «техника резания»: шлифование, сверление, пиление. Люди умели строить жилища, в том числе, иногда, сложные дома над водой [1], разводить домашний скот, заниматься земледелием.

Вместе с тем, с незапамятных времен у человека параллельно развивалось эстетическое восприятие окружающего мира, стремление отобразить его в различных формах. Более 30 тыс. лет назад появилось первобытное искусство. К этому времени относятся самые древние образцы наскальной живописи, рисунки в пещерах, например, найденные во Франции (Ориньянская культура) [4].

Первые дошедшие до нас настенные изображения, скульптурки людей и животных достаточно схематичны и во многом напоминают работы современных детей дошкольного или младшего школьного возраста. Со временем мастерство людей повышалось, однако произведения их достаточно медленно приближались к тому, что мы понимаем сейчас под реализмом. Нужно иметь в виду, что древний человек в этих произведениях не только воспроизводил бытовую сторону повседневной жизни — он отражал в них свое представление о природе явлений в окружающем мире, культовые обычаи и обряды. Качество изображений связано также с несовершенством использовавшихся материалов и инструмента.

Рис. 67. Женские фигурки из камня. Граветская культура (последняя треть верхнего палеолита): а — Венера Виллендорфская (Виллендорф, Австрия) [4]; б — Венера Савиньянская (Савиньяно, Модена, Италия) [16]

На рис. 67, а показана женская статуэтка из камня, найденная в Австрии и известная как «Венера Виллендорфская» — датируется последней третью верхнего палеолита (~25 тыс. лет назад). Она имеет высоту 11 см, выточена из известняка, на ее поверхности сохранились остатки красной краски. К такому же типу относится «Венера Савиньянская» (рис. 67, б) — одна из самых крупных найденных древних фигурок женщин (высота ее 22 см).

Все женские статуэтки этого периода (граветская культура), будь они из Франции, Италии, Австрии или России, имеют общие характеристики: черты лица у них совсем не обозначены, зато очень рельефно выполнены грудь, живот, бедра, ягодицы; предплечья и ступни ног атрофированы или отсутствуют [4]. Видимо, все они имеют культовое назначение, связанное с богиней плодородия. Проблема урожая была чрезвычайна важна для человека, осваивающего профессии оседлого образа жизни с так называемым воспроизводящим хозяйством (земледелием, скотоводством).

Освоение металла открывало новые возможности для внедрения искусства в быт людей. В каменном веке сферой применения художественных способностей человека были в основном различные предметы, не имеющие хозяйственного значения: украшения (бусы, браслеты), атрибуты культа (фигурки божеств, амулеты) из кости и камня, а с появлением гончарного дела — многочисленные сосуды из глины. Металл как материал был пригоден для всех перечисленных изделий, часто обеспечивая им большую прочность и долговечность, позволял повысить их эстетические свойства, превращать в подлинные произведения искусства такие предметы повседневной жизни, как орудия труда, оружие и др. Однако это произошло не сразу — требовалось время для освоения методов получения металла необходимого качества и обработки его.

К первым технологическим приемам получения изделий из металла человек приходил случайно или в результате наблюдения за природными процессами. Если при изготовлении каменного орудия, обтесывая один камень о другой, человек случайно¹ брал в руки самородок меди, привлекший его своим красноватым цветом, то он не мог не заметить, что последний не расслаивается, не крошится, а деформируется под действием ударов каменных инструментов. В итоге, изменяя конфигурацию самородка, можно получить желаемую форму изделия. Так, видимо, произошло зарождение самой древней технологии обработки металлов — кузнечной. Причем задача была облегчена тем, что чистую медь благодаря хорошей пластичности можно «ковать» в холодном состоянии. Вероятно, много позже обнаружилось, что при нагревании, например, на костре, металл легче поддается деформированию.

Почему речь идет о меди как о первом использованном самородном металле, хотя существуют и другие, не менее пластичные, например, свинец, серебро? Дело в том, что она наиболее часто встречается в природе, в том числе и в свободном состоянии, и выгодно отличается от других металлов твердостью и прочностью. Твердость меди почти на порядок выше, чем у свинца, и на 30% выше твердости серебра; прочность ее больше, чем у серебра и свинца, соответственно в 2,2 и в 17 раз. Самородная медь является продуктом воздействия на коренные медно-сульфидные руды воды, кислорода, углекислоты в естественных условиях. При этом попутно образуются такие не содержащие серы минералы, как малахит, азурит, куприт, из которых при нагревании также можно восстановить медь. И медь, и перечисленные минералы обычно находятся в верхних горизонтах месторождений и имеют характерный цвет, что облегчает их поиск.

Например, самородная медь и куприт имеют красный цвет, малахит — зеленый, азурит — синий.

Самородки меди в древности встречались на Земле значительно чаще, чем теперь, что объясняется их интенсивным сбором и использованием в течение многих столетий. Куски самородной меди могли быть и крупных размеров, а скопления самородной меди иногда достигали 400 т [5]. Из самородной меди древние люди изготавливали путем ковки орудия труда и предметы домашнего обихода: кинжалы, топоры, наконечники копий, рыболовные крючки, украшения и др. Полагают, что своим латинским названием «купрум» медь обязана острову Кипр, где в древности было много медных рудников. Залежи ее существуют во многих частях земного шара, в том числе и на территории СНГ: в Казахстане, на Урале, Кавказе, Алтае, в Забайкалье, Якутии.

Несмотря на высокие пластические свойства (мягкость) чистой меди, несовершенство инструментов и простые технологические приемы обработки (в основном свободная ковка) не позволяли воплотить в первых изделиях вместе с эксплуатационными свойствами и художественные элементы. Все это стало возможно лишь после освоения литейной технологии (рис. 68). Однако с ней дело обстояло несколько сложнее, чем с кузнечной. Для получения отливки необходимо, как минимум, расплавить металл и залить его в специальную форму, которая определяет конфигурацию изделия в процессе затвердевания металла. На такой процесс человека могло натолкнуть наблюдение за природой. Римский философ-поэт Тит Лукреций Кар 2000 лет назад в своей поэме «О природе вещей» в кн. 5 излагает такую версию этого события (в переводе И. Рачинского) [6]:

«Пламени жар, от каких бы причин не возник он, Дебри лесов пожирал с ужасающим треском и шумом Вплоть до глубоких корней, и огнем выжигалась там почва. Золото и серебро заструились потоком обильным Всюду из жил раскаленных земли, и стекались в углубления Так же, как медь и свинец. А когда отвердели металлы И на земле засверкали впоследствии цветом блестящим, Люди, плененные блеском и прелестью, их поднимали И замечали при этом, что слитки всегда сохраняли Форму, похожую на замыкающие их углубленья. Было открыто тогда, что металлам, расплавленным жаром, Может дана быть фигура и форма какая угодно...».

Существует также вполне правдоподобная гипотеза о том, что первым искусственным металлургическим процессом было плавление свинца [15|. Окисление (обжиг) наиболее распространенной свинцовой руды — галенита (PbS) до РbО и восстановление затем из этого соединения свинца происходит в углесодержащей среде уже при 500°С (температура плавления свинца — 327,4°С). Эти условия достижимы в хорошем костре.

Считают, что свинец был известен в Месопотамии, Египте за VI—VII тыс. лет до н.э. Однако из-за низких механических свойств он не был пригоден для изготовления оружия, орудий труда, других важных изделий. Тем не менее, свинцовые фигурки, хранящиеся в Британском музее, исполнены 3800 лет до н.э.; украшения из свинца, находящиеся в Лувре, — 2500 лет до н.э. [15|.

Данных о получении первых расплавов самородной меди нет, хотя медные изделия изготавливали и холодной деформацией, и ковкой с нагревом, что не исключало случаи возможного расплавления меди при нагреве. Ранние изделия из меди имеют структуру кованого металла, содержащего незначительное количество примесей [2].

Известно, что чистые металлы, в том числе и медь, по сравнению со своими сплавами, содержащими более легкоплавкие компоненты, имеют более высокую температуру плавления, что затрудняет плавку чистых металлов, а также пониженную текучесть (или жидкотекучесть, как говорят литейщики). В результате чистые металлы менее четко, чем сплавы, воспроизводят отпечаток формы, особенно сложной конфигурации; поэтому неудивительно, что «кузнечная» технология определенное время была господствующей при получении металлических изделий.

Положение начало меняться, когда были обнаружены более технологические (для литья) свойства сплавов. Первыми были сплавы меди с сурьмой, мышьяком (встречается в природе вместе с медью), свинцом и другими металлами, сопутствующими медным месторождениям. Добавки мышьяка, фосфора, олова значительно (почти на 300-350°С) снижают температуру плавления меди (1083°С). Минерал реальгар, содержащий 70% мышьяка, имеет оранжево-красноватый цвет, почти как медь, что, вероятно, и послужило причиной его случайного использования наряду с самородной медью. При расплавлении меди и этого минерала получалась мышьяковистая бронза с хорошей жидкотекучестью и достаточно пластичная в твердом состоянии. В дальнейшем, видимо, мышьяк стали специально добавлять в медь; предметы из мышьяковистой бронзы встречаются в Египте, во многих странах Европы и Азии.

Однако из-за ядовитых паров, образующихся при плавке мышьяковистой бронзы, мышьяк заменили другими добавками, например фосфором. И, конечно, быстрое вытеснение изделий из чистой меди и других бронз стало происходить после появления оловянистой бронзы, которую вначале получали восстановлением древесным углем из смеси медной и оловянистой руд. Затем был освоен процесс сплавления полученных ранее меди и олова. В Ассирии, Египте, Вавилонии это произошло уже к 3000 г. до н.э. Древнейшее шумерское заклинание к огню содержало слова: «Меди и олова плавитель есть ты...» [13].

Этот сплав, более твердый, чем чистая медь, что повышало качество оружия и некоторых орудий труда. Однако он менее пластичен, что затрудняло получение изделий только ковкой. Оставалась лишь возможность чеканки — отделочных операций предварительно полученных литьем заготовок. Все это привело к повышению роли литейной технологии в изготовлении жизненно важных изделий из металлов. Например, найденный на Кавказе бронзовый резец имел твердость, в 3 раза превышающую твердость серебра и золота [2].

Хорошие литейные свойства бронз, а также возможность варьировать их пластичность путем добавок в медь других металлов позволяли для получения изделия успешно использовать как литейную технологию, так и совместно приемы литья и ковки. В частности, малооловянистые бронзы более пластичны, чем высокооловянистые; значительно снижает пластичность сурьма и т.д.

У многих древних сложных изделий из бронзы различные части имеют одновременно структуру либо литого, либо кованого металла. Конечно, эта особенность сохранялась и при изготовлении украшенных хозяйственных изделий, и чисто художественных отливок.

_____________