CC BY
17
УДК 903.052
А. О. Пронин
Новосибирский государственный университет ул. Пирогова, 2, Новосибирск, 630090, Россия E-mail: [email protected]
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ НОЖА С АРОЧНЫМ НАВЕРШИЕМ РУКОЯТИ (ПО МАТЕРИАЛАМ ГОРОДИЩА ЧИЧА-1)
Среди бронзовых изделий с городища переходного от бронзы к железу времени Чича-1 с территории Здвинского района Новосибирской области выделяется группа ножей (табл. 1). Из имеющихся в категории ножей 16 предметов 8 являются обломками ножей, использовать которые по прямому назначению невозможно. Схожая ситуация с остальными категориями (табл. 2). Число поломок металлических орудий было высоко. Обломки металлических изделий составляли один из источников металла для производства новых изделий -вторичное сырье.
Все изделия с городища имеют небольшие размеры (максимально 152 х 28 мм) и массу. Форма изделий проста, отсутствуют сложные детали рельефа, усложняющие заливку металла в форму (рис. 1, 1-6). На части изделий различимы следы проковки: четкие грани режущих кромок на четырех ножах. Проковка уплотняла структуру металла, делая его более твердым, устраняла раковины и внутренние пустоты. Прокованные ножи и шилья дольше сохраняли остроту, имели более высокую прочность. Все обломки орудий в месте слома имеют крупнозернистую структуру и следы литейных дефектов, отрицательно сказавшихся на прочности изделия. Проковка окончательно придавала необходимую форму изделию, являлась формообразующим воздействием на отливку [Пронин А. О., 2003. С. 13-14]. На поверхности некоторых изделий мы можем видеть следы литейного брака - раковин.
Литейные швы четко прослеживаются на одном ноже. Это важное свидетельство использования двустворчатых литейных форм, створки которых разнимались в одной плоскости. Скосы на одном из ножей показывают, что он был отлит в двустворчатой форме, где только одна из створок имела оттиск модели.
Различные предметы (всего 25 ед.) из коллекции бронзовых изделий памятника Чича-1 и один фрагмент шлака были исследованы в ходе первичного химического анализа состава сплавов бронзовых изделий памятника [Моло-дин В. И. и др., 2003. С. 331-333, табл. 1].
Анализ показал значительные расхождения в составе примесей: два основных компонента - свинец и мышьяк, колеблются в пределах нескольких десятых долей процента.
Эти расхождения говорят о наличии производства изделий из вторичного сырья. Вполне возможно, что при переработке вторичного сырья в одном тигле оказывались обломки различных изделий (разные и по составу металла). Как и неоднократная переработка обломков, это приводило к появлению нового состава металла, на основе обломков, а не сырья из разных источников [Пронин А. О.. 2004. С. 192-193].
Весной и осенью 1 2004 г., в связи с накоплением новых данных в ходе полевых работ 2004 г., было проведено две серии экспериментальных работ. Их целью являлась реконструкция главных элементов бронзолитейного производства у населения этого городища с учетом указанных фактов и обстоятельств. Рабочими задачами стали изучение особенностей подготовки сырья, изготовление форм для плавки, поведения расплавленного металла в формах из различных материалов в разные сезоны года в условиях, приближенных к имевшим место на городище.
Исследование бронзовых предметов и остатков бронзолитейного производства с городища позволило провести весной 2004 г. ре-
1 Осенние работы выполнены при финансовой поддержке Федерального агентства по образованию (проект № А04-1.2-345).
ISSN 1818-7919
Вестник НГУ. Серия: История, филология. 2007. Том 6, выпуск 3: Археология и этнография © А. О. Пронин, 2007
Таблица 1
Коллекция ножей с городища Чича-1
Предмет
Размер, мм
Особенности
1
10
11
12
Обломок
рукояти
ножа
Обломок
клинка
ножа
Обломок
ножа
Обломок
ножа
Нож
Нож
Нож
Обломок
ножа
Нож
Обломок
ножа
Обломок
кончика
клинка.
Нож
Общая длина - 89, ширина в узком месте - 16, в широком - 20. Толщина рукояти - 4, толщина навер-шия - 6-6,5
Толщина обушка - 3, у кончика клинка - 1,5. Длина общая - 79, ширина - 18
Общая длина - 98, ширина - 17, ширина основания рукояти - 19, толщина обушка - 3
Длина общая - 100, максимальная ширина - 14, ширина рукояти - 11, толщина обушка - 2,5
Длина общая - 142, длина рукояти - 60. Наибольшая ширина - 20, ширина в узкой части - 16, толщина обушка - 2
Длина общая - 152, максимальная ширина рукояти - 20, минимальная ширина рукояти - 12, ширина клинка - 24. Толщина обушка - 3
Длина общая - 143. Предполагаемая длина в первоначальном виде -187, максимальная ширина - 19, ширина рукояти - 14-16 мм. Наибольшая толщина обушка - 4
Длина общая - 28, ширина максимальная - 29, минимальная - 15. Толщина обушка - 4, толщина нижней части рукояти на стороне лезвия - 3
Длина общая - 86, наибольшая ширина - 15, толщина обушка - клинка 2
Длина общая - 69, наибольшая ширина - 16, толщина обушка - 2
Длина общая - 18, наибольшая ширина - 16, толщина обушка - 2
Длина общая - 147, длина клинка -60, длина рукояти - 87, наибольшая ширина - 15, наименьшая - 10, толщина обушка - 3
Навершие валиковое, под ним пробито отверстие. Четко прослеживается литейный шов. Нож отлит в двустворчатой литейной форме, створки которой разнимались в одной плоскости. Каждая створка имела оттиск модели будущей отливки
Обломок кончика клинка, закругленный и поднятый вверх. С обеих сторон прослеживается грань режущей кромки. Клинок обломан в процессе использования
Клинок и основание рукояти. Согнут, кончик обломан. По обеим сторонам клинка прослеживается четкая грань режущей кромки. Лезвие вытянутое, длинное, плавно сужается
Клинок и часть рукояти. Клинок плавно сужается. Судя по отклонению средней линии клинка от средней линии рукояти, нож имел дугообразную форму
Клинок, ближе к концу, слегка изогнут, по всей его длине с обеих сторон прослеживается грань режущей кромки, кончик обломан. Арочное на-вершие рукояти
Клинок резко сужается к концу, кончик клинка загнут кверху. Рукоять к концу сужается, конец рукояти слегка закруглен. На обухе клинка и по обеим бочкам рукояти ножа имеются характерные скосы. Отлит в двустворчатой форме, где оттиск модели будущего изделия имела только одна створка
Сильно деформирован - согнуты клинок и рукоять. Клинок плавно сужается
Участок перехода от клинка к рукояти. В сечении (по слому рукояти) напоминает восьмерку
Рукоять слабо прослеживается
Обломок кончика клинка с загнутым кверху закругленным кончиком. Прослеживается грань режущей кромки клинка
Закруглен, с одной из сторон обломка прослеживается грань режущей кромки
Монетовидное навершие
2
3
4
5
6
7
8
9
Окончание табл. 1
№ п\п Предмет Размер, мм Особенности
13 Обломок Длина общая - 95, длина руко- Рукоять и часть клинка, рукоять согнута.
ножа яти - 64, длина сохранившейся части клинка - 31, ширина рукояти - 4, толщина - 4. Ширина клинка - 16 Сечение рукояти - прямоугольной формы
14 Нож Длина общая - 105 мм, ширина -18, толщина обушка клинка - 4 Кончик клинка закруглен. Навершие рукояти обломано
15 Нож Длина - 148, длина рукояти - 86, ширина рукояти у основания - 20, ширина рукояти в средней части - 18. Наибольшая ширина клинка - 25, ширина клинка у места слома - 12. Арочное навер-шие - шириной 21 Арочное навершие. Часть клинка обломана
16 Нож Арочное навершие
Таблица 2
Соотношение обломков и целых предметов на городище Чича-1
Категория Целые предметы Обломки Итого
Хозяйственные орудия 18 5 23
Предметы вооружения 4 3 7
Украшения 11 2 13
Ножи 8 8 16
Итого 41 18 59
конструкцию процесса изготовления модели и глиняной литейной формы. Проведение эксперимента дало информацию о трудозатратах на изготовление моделей, литейных форм и отливок, психомоторике этих процессов. Мы не ставили цель изготовить изделие, аналогичное найденным на памятнике, и не производили обработку полученных отливок.
Осенью 2004 г. проведена реконструкция базовых элементов процесса изготовления ножа с аркой на кронштейне с учетом выводов, полученных весной. Мы скорректировали действия мастера и восстановили полный производственный цикл, проверили рабочие качества полученного изделия.
Серии экспериментов проведены в лабораторных условиях. Применявшиеся при этом материалы практически идентичны материалам, доступным в окрестностях памятника. Бронзовый сплав по основным показателям близок к составу сплавов, найденных в ходе раскопок изделий. Доминирующей примесью является олово.
Приготовление сплава, идентичного применявшимся в найденных изделиях, реконструкция теплотехнических сооружений и процесса плавки в них металла в качестве задач не ставились. В лабораторных условиях были смоделированы процессы изготовления моделей, литейных форм и отливки изделий, проковки полученных отливок, изготовления рукояти. Мы сочли возможным приготовить необходимый нам расплав в современной тигельной металлургической печи сопротивления.
В сериях экспериментов проведено 19 работ, одним из результатов стала реконструкция процесса изготовления бронзового ножа с арочным навершием рукояти (табл. 3).
В качестве модели изделия был выбран нож с аркой на кронштейне (см. рис. 1, 2), найденный в ходе работ сезона 2001 г. Модель ножа мы изготовили из сухого дерева (сосна). Выбор материала объясняется его доступностью, реальностью обработки с помощью ножа и абразивного бруска. Дерево хорошо фиксиру-
Рис. 1. Ножи и формы с городища Чича-1: 1-3 - нож с арочным навершием;
4 - нож с монетовидным навершием; 6 - нож с валиковым навершием; 7 - обломок клинка;
8-13 - обломки глиняных форм: 8 - обломок формы арочного ножа; 11 - совмещение 9 и 10; 13 - совмещение 12
Таблица 3
Экспериментальные работы и их результаты (весна - осень 2004 г.)
№
п\п
Вид работ
Ход работ и результат
Вывод
1
Изготовление деревянной модели ножа с арочным наверши-ем
Изготовление глиняной модели ножа с арочным навершием
Изготовление литейной двустворчатой формы для отливки ножа с арочным навершием (из сырой глинисто -песчаной смеси)
Из сухого дерева вырезана точная 1:1 копия ножа с арочным навершием
Из глины отформована и обожжена точная 1:1 копия ножа с арочным навершием
Изготовлена из сырой глинисто-песчаной смеси, обе створки разнимаются в одной плоскости
Замки на створках. В процессе изготовления допущен и исправлен брак Форма подготовлена к заливке металла
Модель может использоваться неоднократно. Обладает необходимой прочностью и жесткостью для выполнения формовочных операций в сырой смеси
Менее прочная, чем деревянная, может использоваться для выполнения формовочных операций в сырой глинисто-песчаной смеси при условии нахождения модели на ровной прочной поверхности и осторожного с ней обращения. При сушке и обжиге - опасность деформации
Трудоемкий процесс. Большая опасность брака. Сложность процесса сушки - возможна деформация створок Необходимость сушки в собранном виде, без модели внутри. Объемная усадка формы, необходимость корректировки размеров модели по отношению к отливке
2
Вид работ
Ход работ и результат
Вывод
4
Изготовление литейной двустворчатой формы для отливки ножа с арочным на-вершием (из сырой смеси)
Изготовление открытой односторонней формы в пластине обожженной глины для отливки ножа с арочным навершием
Изготовление двустворчатой литейной формы в обожженной глине для отливки ножа с арочным навершием
Заливка металла в глиняную литейную форму из сырой глинисто-песчаной смеси
Заливка металла в открытую одностворчатую литейную форму в обожженной глине
Повторная заливка металла в открытую одностворчатую литейную форму в обожженной глине
Заливка металла в двустворчатую форму в обожженной глине
Изготовлена из сырой глинисто-песчаной смеси, обе створки разнимаются в одной плоскости
Замки на створках Ошибка при обжиге, результат - раскол створок формы
Открытая односторонняя литейная форма в пластине обожженной глины
Двустворчатая литейная форма из двух пластин обожженной глины
В подготовленную к заливке форму залит расплавленный металл (бронза) при температуре 1150-1180 °С. Вскип -резкий выброс металла из формы на значительное расстояние (до 1 м), брак в отливке
Форма пригодна к дальнейшему использованию. Отливка получилась. Углы и грани на отливке нечеткие
Форма пригодна к дальнейшему использованию. Отливка получилась. Углы и грани на отливке нечеткие
Разрушение формы - обломан болван, формирующий полость арки - недостаток вещества - разделителя Раковины на конце клинка ножа. Форму возможно исправить и использовать повторно
То же
Необходимость корректировки состава формовочной смеси
Простейший тип формы Материал аналогичен габбродиабазу и аркозовым песчаникам, из которых изготовлялись литейные формы При отсутствии каменного сырья - вполне приемлемый вариант. Легкость в обработке
Быстрое изготовление по сравнению с формами из сырой смеси. Не требует сушки, нет опасности деформации, не подвергается объемной усадке материала. Не требует изготовления модели
То же
Необходимость изготовления выпоров. Важно четкое совмещение рельефа на обеих створках формы, разметка - наиболее ответственный этап изготовления формы
Форма недосушена, что грозит серьезными травмами Частичное разрушение формы Сплески бронзы, образовавшиеся в результате выброса металла при вскипе, сильно отличаются от обычных, пролитых при заливке
Особое внимание - нанесению разделителя на рельеф формы. Отливки требуют значительных трудозатрат на обработку - стачивание излишков металла
Особое внимание нанесению разделителя на обе створки Малая газопроницаемость материала. Необходимо достаточное количество выпоров на всех участках рельефа. Углы на отливке четкие. Степень требуемой обработки отливки гораздо меньше, чем у отливок из открытой односторонней формы
5
6
7
8
9
Вид работ
Ход работ и результат
Вывод
11
12
13
14
15
16
17
18
Корректировка процесса изготовления двустворчатой формы для ножа с арочным навершием рукояти в обожженной глине
Заливка металла в исправленную форму
Повторная заливка металла в исправленную форму
Изготовление двустворчатой литейной формы со стержнем-болваном для втульча-того двухлопастного наконечника стрелы в обожженной глине
Фиксация частей трехчастной формы для наконечника стрелы деревянными штифтами
Заливка металла в трехчастную форму для наконечника стрелы
Повторная заливка металла в трехчастную форму для наконечника стрелы Доводка полученной отливки ножа из исправленной двустворчатой формы до готового изделия
Проверка рабочих качеств полученного ножа
Определены участки, где требуется добавить выпоры Добавлены выпоры Нанесено большее количество вещества-разделителя (сажи)
Форма пригодна для дальнейшего использования. Отсутствуют крупные раковины на отливке.
Достаточная газопроницаемость
Форма пригодна для дальнейшего использования Отсутствуют крупные раковины на отливке Двустворчатая форма с болваном, формирующим пустоту втулки
Материал створок - пластины обожженной глины, болван сделан из сырой глины и обожжен
Форма подготовлена к заливке, собрана и зафиксирована двумя деревянными штифтами, плотно вставленными в специальные отверстия створок формы
Форма пригодна для дальнейшего использования Отливка - недолив на участке втулки
Форма пригодна для дальнейшего использования
Убраны литник, облой и следы выпоров. Отливка прокована, что значительно изменило форму отливки. Нож отбит. Заглажены неровности. Изготовлена кожаная обмотка рукояти. Нож заточен Резка кожи, мяса, дерева. Нанесение рубящих ударов по дереву. Работа ножом на морозе (срезание толстых веток; -18 °С). Применение ножа как оружия
Добавление выпоров-газоотводов оправдано
Погрешность при совмещении рельефа створок в части навершия рукояти при установке формы перед заливкой - отверстие арки оказалось заполнено металлом
Отливка вполне пригодна для доведения до готового изделия Форма может использоваться многократно
Возможно использование безусадочного материала и технологии безмодельной формовки для изготовления изделий с небольшими размерами и сложной формой
Возможность изготовления сложной трехчастной формы, где болван - из сырой глины с последующим обжигом Плотно сидящие в гнездах деревянные штифты (диаметром 8-9 мм) обеспечивают жесткую фиксацию створок формы и болвана, быстроту сборки и разборки формы
Требуется сверло (заостренная бронзовая пластина или бронзовое четырехгранное шило)
Брак - следствие ошибки мастера. Легко устраним уменьшением диаметра болвана
Пригодность формы к многократному использованию
Проковка - не только изменение структуры и свойств металла отливки, но и формообразующее воздействие на готовую отливку. Мастер должен учитывать степень такого воздействия уже на стадии изготовления модели
Обладает всеми необходимыми качествами, может использоваться как оружие Быстро затачивается. Удобная рукоять
ет получаемую форму и не искажает ее при нагрузках и напряжениях модели в процессе формовки. Размеры модели: длина - 200 мм, ширина - 24 мм. Модель была вырезана при помощи ножа, поверхность обработана абразивным бруском, что сделало ее гладкой.
Модель является первым и очень важным звеном технологического процесса. Если модель не имеет дефектов, обработку готовой отливки можно свести к минимуму.
Изготовление и подготовка к заливке металла глиняных литейных форм проводились в сырой смеси. В качестве формовочного материала была выбрана предварительно отмятая глина с мелкозернистой структурой. Процесс формовки по результатам опыта можно разделить на 14 операций (табл. 4).
На процессе сушки формы остановимся подробнее. Для предварительной просуш-
ки створки формы были оставлены в песке. Внешняя сторона створок погружена в песок, рельеф засыпан пылью древесного угля. Древесный уголь в пылеобразном состоянии оттягивает влагу из глиняной массы.
Время сушки - 14 часов, температура в помещении 26 °С. Створки формы по отдельности помещены в сухой песок, нагретый до 80 °С. На плоскости створок нанесена обсыпка из древесного угля.
Полученный результат: а) створки формы повело в сторону разъема; б) наблюдается объемная усадка: длина модели - 200 мм, длина оттиска - 191 мм.
Наблюдается деформация створок формы. При попытке их совместить и сжать с помощью тканевой ленты одна створка сломалась. Слом прошел в верхней части створки и не затронул оттиск модели. Ошибка
Таблица 4
Пооперационное разделение процесса формовки в сырой смеси
№
п\п
Операция
Материал и инструмент
Примечания
1
Отмятой глиняной массе придается форма плоской прямоугольной пластины шириной 12-20 мм
Нанесение слоя припыла на поверхность рабочего места и модель изделия
Получение первичного оттиска модели
Нож
Нанесение припыла на внешнюю сторону створки
Подготовка к формовке второй створки Помещение отформованной створки в грунт
Древесный
уголь
Ровная гладкая палка-колотушка
Древесный
уголь
Ящик с песком
Пластина обрезается до необходимых размеров, достаточных для покрытия всей модели и образования бортиков
Вещество, препятствующее прилипанию глиняной массы к поверхности. Два куска угля трутся друг о друга над местом, на которое затем кладется деревянная модель. Модель покрывается угольной пылью таким же способом
На покрытую припылом модель, лежащую на твердой ровной поверхности, кладется подготовленная пластина глиняной массы. Для получения равномерного оттиска на пластину сначала оказывается давление руками, а затем по всей ее площади наносятся равномерные удары рукой или палкой-колотушкой, глиняная пластина проколачивается по краям. Формирование плотных бортиков формы. Необходимо избегать утоньшения пластины См. п. 2
Глиняная пластина с впечатанной в нее моделью аккуратно переворачивается
Формовка второй створки сложна. Сырая масса пластична и неустойчива, при формовке на твердой поверхности избежать деформирования уже готовой створки невозможно. Мы поместили уже отформованную створку в ящик с песком. Вкопав створку в песок (оттиском вверх), мы добились ее устойчивости___________________________________
2
3
Операция
Материал и инструмент
Примечания
7
10
11
12
13
14
Корректировка контура оттиска
Подсушивание уже отформованной створки
Формирование замков формы
Нанесение припыла на готовую створку
Формирование второй створки
Нанесение припыла на внешнюю сторону второй створки Подсушивание формы в сборе
Подготовка формы к сушке
Заостренная деревянная палочка
Нож либо деревянная палочка, либо палец руки
Древесный уголь, кисть либо птичье перо
Отмятая формовочная масса, нож
Древесный
уголь
Песок
Две дощечки, заостренная палочка
На зафиксированной в песке отформованной створке при помощи деревянной палочки мы устранили неровности контура оттиска
Песок оттягивает влагу из формовочной массы. Створка помещена в песок.
Через 5 мин песок стал влажным. Меняя несколько раз песок, мы подсушили отформованную створку, что придало ей дополнительную жесткость Замки - выступы и выемки на створках формы, для правильного совмещения створок. Уменьшают вероятность их смещения. Простейшая система замков: на первой створке сформировали 9 выемок. 2 способа: при помощи твердого предмета - ножа или деревянной палочки; пальцами руки. Мы применили оба варианта. На второй створке формируются выступы
На рабочую плоскость готовой створки (модель не вынимается!) наносится припыл. Он равномерно распределяется по плоскости при помощи кисти (птичьего пера). Излишки припыла удаляются На зафиксированную в песке створку накладывается вторая пластина отмятой формовочной массы. Пальцами руки она равномерно прижимается к готовой подсушенной створке. Формируется рабочая плоскость второй створки с оттиском оставшейся части модели и замочными выступами
Придание полученным створкам дополнительной прочности. На небольшой промежуток времени они (не разбираются! створки не разделяются!) засыпаются песком. Несколько раз сменить влажный песок около формы на сухой
Извлечение модели. Важно уловить момент начала усадки глиняной массы. В это время глина все еще остается влажной, но уже приобрела достаточную прочность для извлечения модели из формы. Совмещенные створки формы извлекаются из песка при помощи двух дощечек, прижатых к внешним сторонам створок. Модель извлекается при помощи заостренной палочки
8
9
была допущена в процессе сушки створок, когда происходили усадка и деформация. Мы сушили створки по отдельности, каждая из них деформировалась самостоятельно. Сушка литейной формы в разобранном виде недопустима. Форму необходимо сушить в собранном виде (без модели внутри), чтобы процесс коробления и усадки протекал равномерно.
Учитывая уже имеющийся большой объем затрат на изготовление формы - около 20 часов с учетом сушки - эксперимент был
продолжен. Задачей стало восстановление сломанной створки и исправление брака. Исправление брака состоит в «приклеивании» более пластичной глиной отломившейся части створки на место.
Перед этим мы подготовили литниковую систему формы («щелевой литник - воронка»). При помощи небольшого режущего орудия, изготовленного из медной пластины, разметили и прорезали в подсохшей глине литниковый канал и воронку на обеих створках. На отломившийся участок и пришлось расположение литника.
После подготовки литниковой системы деформированные участки створок по краям оттиска модели были усилены валиками из глины для восстановления плотного прилегания створок формы друг к другу. Перед наложением глиняных валиков края были очищены от слоя припыла.
Створки совмещены, плотно сжаты и стянуты тканевой лентой. Швы формы обмазаны глиной для ликвидации пустот.
При помощи валиков из глины по краям литниковой системы и пластичной глины в местах слома отломанная часть створки крепится к основной, плотно прижимается и в таком положении фиксируется лентой и глиняной обмазкой.
Исправление дефектов заняло около 1,5 часов. Древний литейщик мог испытывать сходные трудности и поломки почти формы. Подобные дефекты литейной формы он мог устранять, не затрачивая усилий и времени на переделывание всей работы.
Собранная форма готовится к заливке -покрывается толстым слоем глины. Такая обмазка наносится поверх тканевой ленты и промазанных глиной швов. Ленту можно заменить сухими листьями, например, осоки. В этом случае створки формы необходимо стянуть в двух местах тонкими кожаными шнурками, а остальную поверхность обмотать листьями и обмазать толстым слоем глины. Листья (тканевая лента) являются разделителем, облегчающим аккуратную разборку формы после отливки.
Заливка металла в глиняную форму. 1. Размещение формы. Литниковая воронка расположена на торце формы, со стороны на-вершия рукояти. При заливке металла форма должна располагаться вертикально. В полевых условиях установить форму вертикально можно в специально выкопанной небольшой яме и засыпав сухим грунтом. Мы смоделировали такую установку формы при помощи широкой металлической трубы - опоки. Труба установлена вертикально, в ней размещена форма, пространство вокруг формы засыпано песком. Литниковая воронка выступает над краями трубы для удобства заливки металла в форму.
2. Заливка металла. Форма расположена в 50-70 см от плавильной печи. Расплавленный металл (температура 1150-1180 °С) в тигле был поднесен к форме и вылит в нее. В момент заливки произошел мощный вскип и выброс
части залитого металла из формы. Часть металла разлилась вокруг формы.
Выброс металла и вскип - следствие ошибок при сушке формы. Мы использовали не высушенную, сырую форму. Это небезопасно - «капли» металла летели на значительное расстояние (в основном вверх), от травмы спасли только длинные щипцы, которыми удерживался тигель - мастер находится на удалении.
3. После остывания форма разобрана. Удалены толстая глиняная обмазка и обмотка лентой. При разборке произошло разрушение -обломился противоположный литнику торец формы, не повредив оттиск модели одной из ее створок. Место «приклеивания» отломавшегося участка было в том же состоянии, что и перед отливкой. При разборке формы его отделили от основной части створки. Возможно повторное использование данной формы, с исправлением поломки таким же, что и в первом случае способом. Форма с исправленными дефектами выдержала сильную нагрузку, возникшую в момент заливки металла и его выброса.
О степени нагрузки можно судить по тому, что, несмотря на плотную стягивающую обмотку, в одном месте наложения дополнительного валика глины створки немного (2-5 мм) разошлись и в это пространство затек металл.
Извлеченная отливка представляет собой один большой вскип. В районе рукояти ножа большой недолив - пустое пространство. Он образовался в момент выброса металла.
Эксперимент показал, что одним из важнейших процессов изготовления глиняной формы является сушка. Она должна обеспечивать равномерное высыхание створок формы, прочность и отсутствие в ней влаги. Перед плавкой необходимо отжигать полученную форму, чтобы избежать подобных дефектов.
Мы подготовили вторую двустворчатую форму, используя те же приемы. После сушки форма была помещена в муфельную печь для обжига. После увеличения температуры со 150-180 до 350 °С, обе створки формы раскололись на несколько фрагментов каждая. Мы допустили ошибку в составе глиняной смеси. Два небольших осколка расколовшейся формы были нагреты в пламени газовой горелки (температура 650-800 °С), наблюдалось отщелкивание мелких чешуйчатых кусочков от осколков формы.
Изготовление и подготовка к заливке глиняной формы - сложный, трудоемкий процесс, требующий значительных затрат времени и труда. На доведение до отливки формы, с учетом времени на сушку, затрачено около 25 часов.
Изготовление двустворчатой литейной формы в уже обожженной глине. В качестве материала была взята пластина обожженной глины. Вместо обожженной глины подобную форму можно также изготовить в камне (например, аркозовый песчаник и габбродиабаз), с такими свойствами, как легкость обработки и устойчивость к резким перепадам температуры. В отсутствие доступного каменного сырья его вполне можно заменить пластинами уже обожженной глины.
1. Разметка. На рабочей поверхности формы расположена деревянная или любая другая модель из твердого материала. Это может быть готовое металлическое изделие (в нашем случае - нож). Модель прижимается к поверхности пластины и острым предметом обводится по контуру.
2. Вырезание рельефа. Внутри обведенного нами контура снимается слой материала до получения подобия «оттиска» модели. Перед началом выборки материала по всей площади разметки необходимо глубоко процарапать намеченную линию контура для предотвращения скола краев.
Эта операция проводилась при помощи изготовленных нами небольшого резака из медной пластины и узкого (9 мм) плоского скребка. Узкий и плоский скребок использовался для снятия основной массы материала, а резак, с загнутым вверх кончиком лезвия - для сглаживания поверхности пройденных скребком участков. Оба орудия для удобства были насажены на деревянные ручки. Для подчистки углов мы пользовались заточенной деревянной палочкой.
Используемый здесь формовочный материал имеет два серьезных преимущества перед сырой массой первой формы: он уже изначально сухой - не нужен процесс сушки; при подготовке такой формы применяется безмо-дельный способ формовки, рельеф вырезается. Легко произвести разметку и без модели, нарисовав или процарапав контур желаемого изделия.
По форме и размерам пластины створок идентичны друг другу, даже при отсутствии на них замков их можно точно совместить, но
рельеф противоположной стороны модели должен быть «зеркальным», по расположению относительно краев створки точно соответствовать первой створке. Для изготовления второй створки необходимо решить усложнившуюся задачу разметки рабочей плоскости:
1. Заполнить сырой массой рельеф на первой створке.
2. Совместить обе створки и на их боках прочертить вертикальные контрольные линии для точного совмещения рабочих плоскостей.
3. Нанести слой припыла на рабочую плоскость второй створки.
4. На несколько частей заполненного глиной контура модели прикрепить выступающие над плоскостью кусочки глины.
5. Совместить створки по контрольным линиям и сильно сжать. Когда их разъединили, на слое припыла остались четкие отпечатки мест рельефа, куда мы прикрепили кусочки глины, - кончика клинка, навершия рукояти и средней части ножа.
6. На эти отпечатки наложить модель ножа и обвести ее по контуру. Таким образом, мы получили разметку второй створки формы, соответствующую рельефу первой.
Изготовление рельефа было продолжено так же, как и при изготовлении первой створки. Затем на створках была прорезана литниковая система с выпорами, так как двустворчатая форма из данного материала обладает малой газопроницаемостью, что может привести к литейному браку.
Подготовка формы к заливке металла - нанесен слой разделителя (сажа). Заливка металла производилась в тех же условиях, что и для предыдущих форм.
Во время разборки формы обломились край бортика в районе навершия рукояти и стержень, формировавший отверстие арки. Это вызвано недостаточным количеством вещества-разделителя, кусочки глины прочно прикипели к металлу.
Отливка имеет четкие края и углы. Ближе к кончику клинка имеются крупные газовые раковины. Значит, сделанная нами система газоотводов в этой части формы была недостаточной. На участке от кончика клинка до последней раковины (длина 81 мм) имеется только один выпор толщиной около миллиметра. Часть воздуха не смогла выйти из формы и привела к образованию раковин. Сформировался литейный шов, переходящий в облой -
излишек металла, затекший в пространство между створками.
Корректировка формы. Задача - проверка выводов о допущенных ошибках в процессе изготовления двустворчатой литейной формы.
Задачи изготовления створок формы, разметки и вырезания рельефа решены описанными способами. Благодаря уже имеющемуся опыту, с выполнением данных операций удалось справиться несколько быстрее.
Заливка металла в форму производилась со стороны обуха, ближе к навершию рукояти. Нам представляется возможным подготовить форму такого типа с различными вариантами места заливки металла, например со стороны клинка.
До заливки металла из-за неосторожности был обломан стержень одной из створок-по-луформ, формирующий отверстие арки. Это не позволило полностью пролить отверстие, на одной из сторон отливки в металле зафиксировались четкие следы слома стрежня.
Для повышения газопроницаемости формы было сделано три выпора-газоотвода на участке клинка. Четко сформировался литейный шов, переходящий в облой. Отливка ножа получилась хорошего качества, поверхность ровная, газовых раковин значительно меньше (2), других дефектов нет.
Доводка отливки ножа до готового изделия и проверка его рабочих качеств проводились следующим образом.
1. Руками отломаны небольшие кусочки металла (пролившиеся в металле выпоры, облой, все не толще 1 мм и достаточно длинные - 20-28 мм).
2. Литник и литниковая чаша отрублены при помощи зубила (современного), руками удалить эту массивную часть отливки невозможно.
3. Полученный нож прокован (холодной ковкой). Выявилось значительное изменение формы изделия под воздействием проковки. Нож, имевший дугообразную форму, под воздействием проковки практически распрямился. Отклонение от оси рукояти у клинка модели составило 102 °, а у прокованного ножа - 90,5 °. Проковка не просто повышала качества материала изделия, а являлась значительным формообразующим воздействием на готовую отливку.
4. Нож был отбит - сформирована режущая кромка клинка.
5. Нож заглажен на каменном бруске и заточен.
6. Изготовление рукояти. Заточенной отливкой ножа из куска кожи вырезано две полосы шириной 5 и 8 мм и длиной 80 см. Обмотка рукояти производилась в два слоя. Рукоять удобно располагается в руке, не скользит, зимой (1 = 18 °С) ножом с кожаной рукоятью комфортно работать голой рукой. При выполнении рабочих операций ножом попадание влаги на рукоять (вода, кровь - при резке мяса, пот при значительных нагрузках и т. п.) предотвращает скольжение ножа в руке, делая кожу рукояти вязкой. При высыхании она сжимается, сильнее сдавливает обмотку и фиксирует ее на ноже.
7. Нож хорошо режет дерево, кожу, мясо, массивен, им можно наносить рубящие удары. Длина клинка - 108 мм, ширина - 24 мм, толщина обуха - 4 мм. Сечение клинка треугольной формы. Нож можно использовать как оружие. По оценке обладателя черного пояса 2 дан по таэквон-до ИТФ, мастера спорта, тренера 2-й категории, И. А. Москвитина, нож является полноценным оружием, подходящим для нанесения серьезных колото-резаных ран и смертельных повреждений противнику. Перепад между рукоятью и клинком подходит в качестве упора при нанесении режущих и колющих ударов. Массивная арка позволяет наносить сильные удары еще и навершием рукояти. Удобная форма позволяет удерживать нож простым и обратным хватом.
После проведения серии экспериментов, мы пришли к следующим выводам:
1. Оба типа формовочных материалов - глина и камень - легко поддаются обработке, выдерживают резкие перепады температуры.
2. Особые вопросы вызывает состав формовочной смеси для изготовления литейных форм. Сложный состав таких смесей иллюстрируют и археологические, и этнографические примеры.
Данные с Мосоловского поселения литейщиков эпохи поздней бронзы дают следующий состав формовочной смеси: глина - шамот -навоз [Пряхин А. Д., 1993. С. 79]. Применение навоза в составе смеси неслучайно. Даже в однородной отмятой массе остаются мелкие органические фрагменты. При обжиге формы они выгорают, и в теле створок образуются мелкие полости. Это увеличивает газопроницаемость. По оценке А. С. Саврасова, средний показатель доли шамота в составе формовоч-
ной смеси составил 25-30 % [Саврасов А. С., 1996. С. 139]. Шамот является преобладающей искусственной примесью в формах и плавильных чашах Мосоловского поселения. Там же в составе формовочной массы отмечен песок, а при анализе самих изделий - следы органики в виде отдельных пор.
Сложный состав формовочной смеси дает нам и древний опыт тувинцев-кочевников, до сих пор, по свидетельству В. Даржа, применяемый для литья бронзовых украшений: глина, смешанная с асбестом. Асбест тувинцы издавна добывают в горах, его месторождения хорошо известны местному населению. Глину предварительно сушат, растирают и пропускают через мелкое сито. Куски асбеста мнут рукою до вязкого состояния. Затем глину смешивают с водой и толченой каменной солью. Образовавшийся комок вязкой глины смешивают с асбестом (глины 2/3, асбеста 1/3) [Даржа В. К., 2003. С. 121].
3. Одним из важнейших процессов были сушка и обжиг форм, от успешного выполнения их зависел успех отливки изделия. Использование сырой формы грозит мастеру серьезными травмами.
4. При сушке форм опасен процесс их деформации. Глиняные формы, изготовленные из сырой смеси, требовалось сушить в собранном виде, без модели внутри.
5. Неудачная заливка металла в изготовленную форму показала большую устойчивость такого типа форм и возможность многократного их применения. Сломанную и исправленную форму можно, при прочной фиксации ее частей, использовать неоднократно.
6. В случае поломки такой формы возможно исправление дефектов, подобных нашим.
7. Существовали материалы, позволяющие применять безмодельную технологию формовки, не подвергающиеся усадке и не требующие сушки. Это обожженная глина. Она легко и быстро обрабатывается. Такие материалы хорошо применять для изделий с простой формой. В отсутствие пригодного каменного сырья пластины обожженной глины позволяют использовать такие приемы формовки. Изделия, имеющие сложную форму, лучше формовать в сырой глине - здесь формовка будет проще. В двустворчатых формах особую роль играют выпоры-газоотво-ды (из-за недостаточной газопроницаемости материала).
8. Вероятно, большинство моделей изготавливалось из дерева и до нас не дошло. Мы можем предположить изготовление моделей из глины и кости. При изготовлении модели мастер обязан учесть:
- размерную усадку формовочного материала; при использовании для производства модели воска учесть и его усадочные качества;
- разницу в толщине различных частей изделия и препятствия, возникающие при кристаллизации металла;
- возможность обработки уже готовой отливки; можно достичь такого качества модели, при котором объем требуемой обработки отливки сократится до минимума.
9. При работе с формами мастеру необходимо минимум три орудия: металлический нож с закругленным кончиком клинка, плоское металлическое орудие и остро заточенная деревянная палочка.
10. Формовка - важнейший этап литейного производства, определяющий длину технологической цепочки и успех получения отливки. На этом этапе сводятся вместе форма и рельеф модели, газопроницаемость и другие свойства формовочного материала, расположение литниковой системы, препятствия, возникающие при кристаллизации металла, свойства расплава (текучесть, температура), разница в толщине разных частей требуемого изделия, объемная усадка формовочного материала. Подготовка формы к заливке металла, и сама заливка, и изготовление модели также играют важную роль, но именно формовочные работы являются наиболее сложным звеном технологической цепочки.
11. Существовали различные варианты фиксации створок литейных форм относительно друг друга: совмещение створок при помощи замков и связывание их; обмотка тканью или листьями с последующей глиняной обмазкой; связывание притертых створок; фиксация створок формы деревянными штифтами [Пронин А. О., 2006. С. 141, 143-147].
12. Полученная серия отливок ножей позволяет выделить признаки использования открытой и двустворчатой форм (рис. 2):
- у отливок из открытой формы углы нечеткие, металл принимает форму под действием собственного веса и затекает в рельеф. Он свободно расширяется вверх;
- в двустворчатых формах он такой свободой не обладает, и с большей силой затекает во
Рис. 2 (фото). Отливки арочных ножей (вверху - аверс, внизу - реверс тех же предметов): 1 - модель; 2 - брак из сырой формы; 3, 4 - отливки из открытой формы; 5 - отливка из двустворчатой формы;
6 - готовый нож
все углы рельефа створок. У отливок из двусторонних форм углы всегда более четкие;
- у отливок из открытой формы необходимый рельеф приобретает одна сторона. Вторую сторону приходится обрабатывать дополнительно, стачивать излишки. Отливки из двусторонних форм лишены таких недостатков.
13. Серия экспериментов дала признаки сплесков (слитки пролитого в процессе заливки в форму металла) различных типов. Сплески бронзы, получившиеся в результа-
те вскипа и выброса металла, сильно отличаются по форме и массе от обычных, образовавшихся в результате пролития металла на грунт (рис. 3, 1, 2) (табл. 5). Накопление сплесков и следов технологических ошибок в ходе экспериментов позволит создать базу образцов следов конкретных технологических операций. Этот материал позволит выделить признаки успешного протекания производственного процесса и признаки дефектов и ошибок. Сравнение данных такой базы с находками на памятниках позволит опреде-
Рис. 3 (фото). Сплески: 1-15 - результат вскипа; 16-19 - пролитые на землю во время заливки
Таблица 5
Размеры и масса сплесков, полученных в результате эксперимента
№ п/п Как получен Размеры, мм Масса, г
1 Пролитие металла на землю при заливке в форму 85 х 27 38, 55
2 То же 24,5 х 11 3,4
3 То же 12 х 25 2,85
4 То же 25 х 13 5,1
5 Выброс металла при вскипе 19 х36 4,0
6 То же 42 х 33 6,95
7 То же 30 х 19 13,5
8 То же 20 х 17 7,75
9 То же 37 х 23 10,15
10 То же 18 х 14 4,1
11 То же 37 х 21 2,15
12 То же 22 х 18,5 0,7
13 То же 7 х 6 0,35
14 То же 7 х 5,5 0,2
15 То же 14 х 18 3,2
16 То же 13 х 8 0,2
17 То же 23 х 6 0,75
18 То же 14 х 10 0, 75
19 То же 14 х 13,5 0,55
20 То же 9 х 7 0, 25
21 То же 14 х 9,6 0,35
22 То же 7,5 х 5,5 Менее 0,05
лить основные операции, которые проводил мастер, и указать дефекты и ошибки, допущенные в процессе производства. Накопление подобной базы данных является одной из стратегических задач изучения древней металлургии.
14. Необходимость изготовления серий одинаковых предметов, воспроизводства литейных форм взамен пришедших в негодность или утраченных, изготовление форм для однотипных предметов говорят о стандартизации в изготовлении тех или иных типов форм. Воспроизводя одну и ту же форму, мастер вырабатывал алгоритм ее изготовления, направленный на воспроизводство первой формы требуемого типа. Решая сходные задачи, мастер вырабатывал общий алгоритм своих действий, в который закладывал обязательные действия и их варианты в зависимости от ситуации [Пронин А. О., 2006. С. 141, 143-147].
Такой алгоритм был предельно рационален, все действия мастера обуславливались опытом. Он находил наиболее легкие, удобные и быстрые пути решения. Этим объясняется наличие у него определенных «стандартов» изделий, в том числе технического инвентаря (форм, тиглей, льячек, сопел и др.).
15. Изготовление простых изделий с использованием «простейших» приемов и технических средств - сложный и трудоемкий процесс, требующий специальных знаний и навыков. Для получения качественных отливок необходим большой опыт. На практике все действия мастера очень сложные, существует масса важных нюансов, незаметных и не учитывающихся при теоретическом рассуждении. Объективно оценить «квалификацию» древнего литейщика лишь на основании теоретического рассуждения и прочитанной литературы невозможно.
Проведение эксперимента является хорошим подспорьем в исследовательской работе. Помимо проверки опытным путем тех или иных выводов исследователя, эксперимент способен дать новую, подчас неожиданную информацию. Накапливается не только опыт в виде изготовленных изделий и выводов о технологических операциях, но и база данных о различных ошибках и дефектах.
Накопление технологического опыта - длительный процесс. Развитие приемов бронзоли-
тейного дела могло происходить лишь в среде, где была тесная связь и преемственность поколений. Мы предполагаем наличие семейно-родственных групп литейщиков, где накапливались и совершенствовались приемы литья и плавки металла. Из этих коллективов, возможно, формировался уже определенный социальный слой, оберегавший секреты своих технологий и занимавший особую нишу в древних обществах.
Список литературы
Даржа В. К. Лошадь в традиционной практике тувинцев-кочевников. Кызыл, 2003. 184 с.
Молодин В. И., Парцингер Г., Ефремова Н. С., Гришин А. Е., Новикова О. И., Че-мякина М. А. Коллекция бронзовых изделий городища Чича-1 // Исторический опыт хозяйственного и культурного освоения Западной Сибири. Барнаул, 2003. Кн. 1. С. 323-333.
Пронин А. О. Бронзовые изделия городища Чича-1 // Материалы XLI Междунар. науч. студ. конф. «Студент и научно-технический прогресс»: Археология. Новосибирск, 2003. С.13-14.
Пронин А. О. Некоторые вопросы технологии бронзолитейного производства на городище Чича-1 // Традиционные культуры и общества Северной Евразии (с древнейших времен до современности): Материалы XLIV Региональной археол.-этногр. конф. студентов и молодых ученых. Кемерово, 2004. С. 192-193.
Пронин А. О. К вопросу технологии литейного производства наконечников стрел в переходное от бронзы к железу время на юге Западной Сибири // Алтай в системе металлургических провинций бронзового века. Барнаул, 2006. С. 134-149, цв. вклейка VII, VIII.
Пряхин А. Д. Мосоловский поселок эпохи поздней бронзы. Воронеж, 1993. Кн. 1. 108 с.
Саврасов А. С. Экспериментальное изучение технологии металлообрабатывающего производства // Мосоловское поселение ме-таллургов-литейщиков эпохи поздней бронзы. Воронеж, 1996. С. 135-158.
Материал поступил в редколлегию 10.04.2007
