Мастерская художественной ковки
заказ по тел.: +7(915)2015670

Из истории обработки металлов давления

Наступление эры металла.

Как и многие новации, навыки по обработке металла появлялись как в Китае, так и в Европе с очень маленькой разницей во времени. И мы не можем наверняка сказать, как именно они передавались - с Востока на Запад или же возникли фактически одновременно, благодаря любопытству и стремлению человека к развитию. Согласно легендам первые навыки в работе по металлу, приравненные в то время к священнодейству, шли от Малой Азии к Греции. В древнегреческих мифах Гефест, бог огня, изображался как кузнец, покровитель кузнечного ремесла. Итальянский бог огня Вулкан, отождествляемый с Гефестом, считался верховным кузнецом, ковавшим удары молнии для Юпитера. Искусство работы по металлу почиталось в скандинавской и кельтской мифологии. В скандинавских мифах Мимир, кузнец, обучавший героя Зигфрида кузнечному делу, считался самым знающим из богов. Кельтский бог Гоибниу не только ковал оружие для своих друзей богов, но и обладал даром исцеления.
Уникальный памятник истории; металлургии и горного дела 2-го тыс. до н.э.; pасположен в Оренбургской области. Исследовался в 1991-1999 гг; международной экспедицией Института Археологии под руководством Черных Е.Н. На территории 150 кв. км. найдены десятки поселений срубной культуры, 35000 воронок, шахт, отвалов и иных следов горно-металлургических работ

Древне - русское кузнечное производство.

X - середина XIII века
На Руси железо было известно еще ранним славянам. Самый старый метод обработки металла - это ковка. Сначала древние люди били колотушками губчатое железо в холодном состоянии, чтобы <выжать из него соки>, т.е. удалить примеси. Затем они догадались нагревать металл и придавать ему нужную форму. В X - XI веках благодаря развитию металлургии и других ремесел у славян появились соха и плуг с железным лемехом. На территории древнего Киева археологи находят серпы, дверные замки и другие вещи, сделанные руками кузнецов, оружейников и ювелиров.

Кузнечный инструмент первых русских городов.

Кроме литейных форм камень на Горном употребляли при выделке различного рода инвентаря для горнометаллургических работ (молоты и молотки, ступы, наковальни и др.), а также украшения (подвески). Среди подобных изделий в категорию массовых находок попадают, пожалуй, лишь молотки и отчасти молоты (кувалды); все прочие уже существенно уступают им по количеству.
Для молотов и молотков почти исключительно использовали речные окварцованные или же окремнелые гальки и валуны. Их прочность в сравнении с песчаником была заметно выше (только очень редко для этой цели использовали обломки окаменелых деревьев). На Каргалах галечниковые запасы отсутствуют, но их богатые россыпи находятся сравнительно недалеко - по долинам Салмыша, Сакмары, Урала, а также Самары уже в волжском бассейне (в пределах 50-100 км). По всей вероятности, данный материал именно оттуда и доставляли к рудникам. Судя по всему, крупные гальки-валуны весом от 1 до 9 кг использовались в основном для горнопроходческих работ и дробления крупных блоков песчаника. Менее тяжелые гальки - от 1 кг до 100 г употребляли при измельчении рудных минералов в песчаниковых ступах, а также в процессе проковки медных болванок на наковальнях. Культурный слой содержал также и более легкие гальки (до 100 г), однако следов работы на них не выявлено. Очень часто мелкие и крупные гальки шли в работу без какой-либо подработки формы, но во многих случаях на округлом камне наносился точечной техникой своеобразный поясок-перехват, что делало крепление молотка к рукояти более надежным.
Из 594 молотов, молотков и их обломков удалось определить или же с достаточной мерой надежности реконструировать вес только для трети (186 экз.). Попытки же путем статистического анализа распределения весовых показателей выявить у окремнелых галек-молотков какие-либо четкие функциональные группы к успеху не привели. Поэтому мы ограничились разнесением этих 186 молотков и молотов по разным весовым разрядам.
Из крупных каменных изделий безусловного упоминания заслуживает массивная (36,7 кг) наковальня, обнаруженная близ западной обваловки плавильного двора вкупе с кучкой из восьми каменных молотков и большой литейной формой. Для ее изготовления использовали, видимо, какую-то прочную кристаллическую породу, неизвестную для Приуралья; ближайшие выходы этих пород встречаются сравнительно далеко к востоку, уже на коренном Урале, откуда ее, по всей вероятности, и доставили на Каргалы. Сама наковальня тщательно отделана и походит на распиленный вдоль блок каменной колонны.

Первый этап – развитие металлообработки вручную и при помощи примитивных инструментов.

В XI веке металлургическое производство уже имело большое распространение, и в городе, и в деревне. Русские княжества располагались в зоне рудных месторождений, и кузнецы почти повсеместно были обеспечены сырьем.

Русские княжества располагались в зоне рудных месторождений, и кузнецы почти повсеместно были обеспечены сырьем. На ней работали небольшие заводики с полумеханизированным процессом дутья - мельничьим приводом. Первым сыродутным горном был обычный очаг в жилище. Специальные горны появились позднее. В целях пожарной безопасности их располагали у края городищ. Ранние печи представляли собой густо обмазанные глиной круглые ямы диаметром в один метр, вырытые в земле. Их народное название - <волчьи ямы>. В X веке появились наземные печи, воздух в которые нагнетался с помощью кожаных мехов. Меха раздувались вручную. И эта работа делала процесс варки очень тяжелым. Археологи до сих пор находят на городищах признаки местной выработки металла - отходы сыродутного процесса в виде шлаков. По окончании <варки> железа домницу ломали, удаляли посторонние примеси и ломом извлекали из печи крицу. Горячая крица захватывалась клещами и тщательно проковывалась. Проковка удаляла с поверхности крицы частицы шлака и устраняла пористость металла. После проковки крицу снова нагревали и снова клали под молот. Эта операция повторялась несколько раз. Для новой плавки верхняя часть домницы реставрировалась или строилась заново. В более поздних домницах передняя часть уже не ломалась, а разбиралась, и расплавленный металл стекал в глиняные емкости.
Но, несмотря на широкое распространение сырья, выплавка железа производилась далеко не на каждом городище. Трудоемкость процесса выделила кузнецов из общины и сделала из них первых ремесленников. В древности кузнецы сами плавили металл, а затем его ковали. Необходимые принадлежности кузнеца - горн (плавильная печь) для нагрева крицы, кочерга, лом (пешня), железная лопата, наковальня, молот (кувалда), разнообразные клещи для извлечения из горна раскаленного железа и работы с ним - набор инструментов, необходимых для плавильных и ковочных работ. Техника ручной ковки почти не менялась до XIX века, но подлинных древних кузниц истории известно еще меньше, чем домниц, хотя археологи периодически обнаруживают в городищах и курганах много кованых железных изделий, а в погребениях кузнецов их инструменты: клещи, молот, наковальню, литейные принадлежности. Письменные источники не сохранили до нас технику ковки и основные технические приемы древнерусских кузнецов. Но исследование старинных кованых изделий позволяет историкам говорить о том, что древнерусским кузнецам были известны все важнейшие технические приемы: сварка, пробивание отверстий, кручение, клепка пластин, наваривание стальных лезвий и закалка стали. В каждой кузнице, как правило, работало два кузнеца - мастер и подмастерье. В XI-XIII вв. литейное дело частично обособилось, и кузнецы занялись непосредственно ковкой железных изделий. В Древней Руси кузнецом назывался любой мастер по металлу: <кузнец железу>, <кузнец меди>, <кузнец серебру>.
Простые кованые изделия изготавливались с помощью зубила. Применялась также технология использования вкладыша и наваривания стального лезвия. К наиболее простым кованым изделиям можно отнести: ножи, обручи и дружки для ушатов, гвозди, серпы, косы, долота, шилья, лопаты и сковороды, т.е. предметы, не требующие специальных приемов. Их мог изготовить любой кузнец в одиночку. Более сложные кованые изделия: цепи, дверные пробои, железные кольца от поясов и от сбруи, удила, светцы, остроги, - уже требовали сварки, которую осуществляли опытные кузнецы с помощью подмастерья.
Мастера производили сварку железа, нагревая его до температуры 1500 град С, достижение которой определяли по искрам раскаленного добела металла. Зубилом пробивали отверстия в ушках для ушатов, лемехах для сох, мотыгах. Пробойником делали отверстия в ножницах, клещах, ключах, лодочных заклепках, на копьях (для скрепления с древком), на оковках лопат. Эти приемы кузнец мог осуществлять только с помощью помощника. Ведь ему необходимо было держать клещами раскаленный кусок железа, что при небольших размерах тогдашних наковален было нелегко, держать и направлять зубило, бить по зубилу молотом.
Сложным было изготовление топоров, копий, молотков и замков. Топор выковывали с применением железных вкладышей и навариванием полос металла. Копья ковали из большого треугольного куска железа. Основание треугольника закручивали в трубку, вставляли в нее конический железный вкладыш и после этого сваривали втулку копье и выковывали рожон. Железные котлы делали из нескольких больших пластин, края которых склепывались железными заклепками. Операция кручения железа применялась для создания винтов из четырехгранных стержней. Приведенный выше ассортимент кузнечных изделий исчерпывает весь крестьянский инвентарь, необходимых для постройки дома, сельского хозяйства, охоты и обороны. Древнерусские кузнецы X-XIII вв. владели всеми основными техническими приемами обработки железа и на целые столетия определили технический уровень деревенских кузниц. Основная форма серпа и косы с короткой рукояткой были найдены в IX-XI веках. Древнерусские топоры претерпели значительное изменение и к X-XIII вв. обрели форму, близкую к современной. Пила в деревенском зодчестве не употреблялась. Для плотничных работ широко применялись железные гвозди. Их почти всегда находят в каждом погребении с гробом. Гвозди имели четырехгранную форму с отогнутым верхом. К IX-X веков в Киевской Руси уже существовало ремесло вотчинное, деревенское и городское. В XI век русское городское ремесло вступило с богатым запасом технических навыков.

Второй этап – ковка на приводных от водяных колёс молотах.

В предприятиях для выплавки металла из железных руд сыродутным способом главные производственные процессы (выплавка железа и его обработка) были механизированы при помощи вододействующих механизмов. Водяное колесо как гидросиловая установка являлось высшей ступенью развития, которой достигла техника вываривания сыродутного железа.

Независимо от того, помещалась рудня в одной постройке или в двух, состояла, обычно, из таких частей: дымарни, в которой вываривалось железо, большого, механизированного при помощи водной энергии молота для проковки криц вываренного железа, и кузницы, где изготавливалась железная продукция. Дымарки представляли собой четырехугольную невысокую открытую печь, снабженную дымоходом. Задняя стенка печи, где находились меха, была приподнята. В ней находилось отверстие, через которое воздух, нагнетаемый мехами, подавался в печь. Меха приводились в движение энергией воды и обеспечивали непрерывное поступление воздуха в печь.

Существовало два способа приведения молота в движение при помощи водяного колеса. Первый состоял в том, что молот, надетый на конец прочного топорища, укреплялся между столбами, скрепленными поперечинами. Плечи (кулаки) при вращении вала водяного колеса поднимали конец топорища с молотом. Плечо выходило из-под топорища, и молот падал на наковальню и ковал подставленное железо. Второй способ действия водяного молота сводился к тому, что топорище располагалось перпендикулярно к валу водяного колеса. При вращении вала кулак, прикрепленный к валу, нажимал на хвост топорища и приподнимал молот, который падал на наковальню. Удары молота получались легкими. Такая конструкция молота была удобной при отжимании криц и неудобная при растягивании железа в тонкие штабы.

Ковка (производство оружия).

Особое развитие получило производство оружия и военных доспехов. Мечи и боевые топоры, колчаны со стрелами, сабли и ножи, кольчуги и щиты вырабатывались мастерами-оружейниками. Изготовление оружия и доспехов было сопряжено с особенно тщательной обработкой металла, требовало умелых приемов в работе. Хотя и бытовавшие на Руси в IX-X веках мечи - в основном франкские клинки, археологи, тем не менее, в своих раскопках обнаруживают наличие ремесленников-оружейников в составе русских горожан IX-X веков. В ряде погребений были обнаружены связки кованых колец для железных кольчуг, часто встречающихся в русских дружинных курганах с IX века. Древнее название кольчуги - броня - часто встречается на страницах летописи. Изготовление кольчуг было трудоемким делом. Технологические операции включали: ковку железной проволоки, сварку, соединение и клепку железных колец. Археологами обнаружено погребение кольчужного мастера X века. В IX-X веках кольчуга становится обязательной принадлежностью русского доспеха. Древнее название кольчуги - броня - часто встречается на страницах летописи. Правда, о происхождении русских кольчуг высказываются мнения о получении их или от кочевников или из стран Востока. Те не менее, арабы, отмечая наличие кольчуг у славян, не упоминают о ввозе их извне. А обилие кольчуг в дружинных курганах может свидетельствовать о том, что в русских городах работали кольчужные мастера. Тоже относится к шлемам. Русские историки считают, что варяжские шлемы слишком резко отличались своей конической формой. Русские шлемы-шишаки склепывались из железных клиновидных полос. К такому виду шлемов принадлежит известный шлем Ярослава Всеволодовича, брошенный им на поле Липецкой битвы 1216 г. Он является прекрасным образцом русского оружейного и ювелирного дела XII-XIII веков. Традиция сказалась в общей форме шлема, но в техническом отношении он сильно отличается от шлемов IX-X веков. Весь корпус его выкован из одного куска, а не склепан из отдельных пластин. Это сделало шлем значительно более легким и прочным. От мастера-оружейника требовалось еще больше умения. Образцом ювелирной работы в оружейной технике XII-XIII веков является, как полагают, легкий стальной топорик князя Андрея Боголюбского. Поверхность металла покрыта насечками и на эти насечки (в горячем состоянии) набито листовое серебро, поверх которого нанесен орнамент гравировкой, позолотой и чернью. Овальные или миндалевидные щиты делались из дерева с железной сердцевиной и железными оковками. Особое место в кузнечном и оружейном деле занимала сталь и закалка стальных изделий. Даже среди деревенских курганных топоров XI-XIII веков встречается наваренное стальное лезвие. Твердость стали, гибкость, легкая свариваемость и способность воспринимать закалку были хорошо известны еще римлянам. Но наварка стали всегда считалась труднейшим делом во всей кузнечной работе, т.к. железо и сталь имеют различную сварочную температуру. Закалка стали, т.е. более или менее быстрое охлаждение раскаленного предмета в воде или иным способом, тоже хорошо известна древним кузнецам Руси.
Вторая половина XIX века - развитие кузнечного производства (паровые молоты).

В конце XVIII века вошли в употребление молоты с приводом от паровой машины. Патент на изобретение такого молота получил в 1784 году Джеймс Уатт. Соединение молота с машиной поначалу ничего не изменило в его собственной конструкции. Это был тот же хвостовой, кулачковый молот, что за четыреста лет до открытия Уатта приводился в действие водяным колесом. Более того, в нем можно было без труда увидеть его древний ручной прообраз. Век пара не поменял ни его формы, ни принципа действия, только увеличил размеры и вес. Но такое положение не могло сохраняться долго. В последующие десятилетия развитие машиностроения, железнодорожное строительство и, главным образом, строительство колоссальных океанских пароходов потребовало обработки деталей невиданных размеров. Валы гребных колес, кривошипы и прочие части паровых машин часто достигали огромной величины. Для их изготовления стали создаваться гигантские машины, в том числе мощные паровые молоты. Однако конструкция кулачкового молота, имевшая много недостатков, не позволяла выковывать с высоким качеством особенно крупные заготовки. Сила удара молота прямо зависела от высоты его падения. Между тем с увеличением размеров заготовки уменьшалось свободное пространство между бойком и наковальней, и, следовательно, ослабевала сила удара. В этом заключалось большое неудобство, поскольку при обработке больших и массивных деталей удары оказывались самыми слабыми, и наоборот, -- при обработке деталей незначительной толщины молот действовал с максимальной силой, что было совершенно обратно потребностям производства. В результате, массивная деталь успевала остыть, прежде, чем заканчивалась ковка. Ее приходилось нагревать снова и опять переводить под молот. На это уходило много времени и сил, но качество ковки все равно оставляло желать лучшего. Кроме того, поскольку движение молота осуществлялось не по прямой, а по дуге, никогда нельзя было достичь строгой параллельности между поверхностью молота и наковальни (кроме тех случаев, когда молот предназначался для ковки деталей одной и той же толщины). Таково было положение дел к началу 40-х годов XIX века, когда появился паровой молот Несмита, построенный на совершенно иных принципах. Он сразу получил широкое распространение, так как отвечал самым насущным потребностям производства

Гидравлический пресс.

В конце XIX в. в машиностроении прочно обосновалось точное серийное производство, которое нуждалось в большом количестве различных металлов (сплавов), прежде всего стали и чугуна. Ряд изобретений и нововведений в металлургии позволил резко увеличить производство черных металлов и удовлетворить нужды машиностроения в них. Это перевод металлургических заводов с древесного угля на каменный, коксование угля, применение паровой машины для дутья, горячее дутье, усовершенствование способа пудлингования в отражательной печи, изобретение парового падающего молота (Джон Вилькинсон в 1783 г.), изобретение гидравлического пресса (Брамм в 1796 г.), прокатного стана (Корт в 1783 г.) и парового привода к нему (Вилькинсон в 1796 г.), бессемеровский конвертер, мартеновский способ сталеварения, легирование стали и т.д.

Возврат к списку