CC BY
13КУЗНЕЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ ГОРНОВСКОГО СЕЛИЩА
C.B. Рязанов*, Г.Н. Гарустович**
* Центр этнологических исследований УНЦ РАН, Уфа ** Институт истории, языка и литературы УНЦ РАН, Уфа
Горновское селище находится в Чишминском районе Башкортостана, на левом берегу р. Демы. Раскопки на селище проведены в 1994 г. Г.Н. Гарус-товичем. Памятник относится к чияликскому культурному типу и датируется XIII-XIV вв. В ходе полевых работ получен богатый и интересный материал, в том числе железные орудия труда и бытовые предметы.
Металлографическое исследование образцов проведено по методике, разработанной Б.А. Колчиным. В работе использован металломикроскоп МИМ-7, измерение микротвердости выполнено на ПМТ-3 в кабинете металлографии ИИЯЛ Уфимского научного центра РАН. Для анализа был отобран 21 предмет (рис. 1-2). Основные аналитические данные отображены в таблице 1.
Ножи представлены 10 экземплярами, из которых 4 отличаются небольшими размерами (рис. 1, 112-114, IIS), два крупных ножа являются обломками клинков (рис. 1, 108-109). На одном ноже в качестве упора для рукояти использована овальная пластинка, насаженная на черенок (рис. 1, 107).
Металлографическое изучение образцов показало, что ножи изготовлены с применением трех технологических схем.
Цельностальные ножи (рис. 1, 106, 109, 114, 117) по качеству стали распадаются на две группы. Один нож (рис. 1, 106) откован из неравномерно науглеро-женной мягкой сырцовой стали, с максимальным содержанием углерода 0,3%, плохо прокованной. Три других ножа изготовлены из качественной высокоуглеродистой стали, причем на один (рис.1, 109) пошла сталь заэвтектоидного состава. Этот нож, единственный из всех цельностальных, закален на мартенсит. Высокое содержание углерода, однородная структура позволяют определить сталь этих ножей как полученную способом сквозной цементации заготовок.
Следующие четыре ножа откованы в технике пакетования заготовок. В одном случае (рис. 1, 105) сварены две пластины сырцовой, неравномерно на-углероженной стали, одна из которых имела наибольшее содержание углерода до 0,8% - несколько большее, чем во второй.
Второй нож из этой группы (рис. 1, 113) изготовлен из пластин мягкой сырцовой стали и высокоуглеродистой (заэвтектоидной) цементованной. На лезвие выведена высокоуглеродистая пластина.
Структура двух ножей представляет собой многослойный пакет. Первый (рис. 1, 108) пакетован из стальных пластин с различным содержанием углерода. Структура его неравновесная (сорбит отпуска), поэтому содержание углерода в каждой из пластин нельзя определить даже приблизительно. Судя по однородной структуре в пределах отдельных пла-
стин, сталь этого ножа также цементована. Нож закален в воде и подвергнут высокому отпуску. Второй многослойный пакет (рис. I, 118), напротив, отличается неравномерной структурой, содержащей в сердцевине участки феррита. В этом случае, вероятно, использована сырцовая сталь. Два ножа выполнены в технике трехслойного пакета - наиболее функционально оправданной при выделке ножей, клинкового оружия и некоторых орудий труда. Один нож (рис. I, 112) сварен из среднеуглеродистой сырцовой стали и железных пластин. Во втором (рис.1, 107) все три пластины из сырцовой стали. Пластина с наиболее высоким содержанием углерода помещена в середину.
Серпы также изготовлены по разным технологическим схемам. Один (рис. 2, 124) откован из цементованной высокоуглеродистой стали, второй (рис. 2, 125), вероятно, из заготовки, предварительно подвергнутой односторонней цементации. Последний способ более предпочтителен для изделий подобного рода - сохранение мягкой железной основы компенсирует хрупкость стального цементованного слоя.
Тесло (рис. 2, 123) отковано из пакетованных железных полос, некоторые из которых отличаются незначительной степенью науглероживания. В середине, с выходом на лезвие, помещена полоса твердого высокофосфорного железа, заменяющего в данном случае сталь. Втулка наварена на лезвие (рис. 2).
Ключ от цилиндрического замка (рис. 2, 120) изготовлен пакетованием, причем по краям пакета размещены полосы из сырцовой стали, а в середину вварена железная полоса.
На светец (рис. 2, 122) использована высокоуглеродистая цементованная сталь, что, вероятно, совершенно неоправданно - в данном случае мог бы сойти более дешевый материал, например, сырцовая сталь.
Рыболовный крючок (рис. 1, 116) и две пластины (рис. 1, 110-111) откованы из сыродутного железа с повышенным содержанием фосфора. Пластины, видимо, являются кузнечными заготовками для ножей.
Третья пластина (рис. 1, 115) пакетована из сырцовой стали и закалена. Возможно, это обломок какого-либо орудия. Еще одна пластина (рис. 1, 119) откована из хорошей цементованной стали.
Обломок гвоздя (рис. 1, 121) изготовлен путем сварки железа с мягкой сырцовой сталью, причем качество сварки невысокое.
Более половины проанализированных предметов составляют орудия труда (серпы, тесло) и ножи -наиболее массовая и наиболее восприимчивая к технологическим инновациям категория кузнечных изделий. Даже с учетом того, что количество металлографически изученных вещей невелико, можно
© Рязанов C.B., Гарустович Г.Н., 2007
Рис. I. Кузнечные изделия Горновского селища
выделить основные черты, характерные для горно-вской кузнечной продукции. Прежде всего, нужно отметить примерно равное соотношение изделий из качественной цементованной стали и из сырцовой. Примерно пятая часть всех поковок на селище изготовлена с применением высокофосфорного железа, что косвенно указывает на использовавшиеся источники сырья - железные руды осадочного происхождения или болотные.
По технологии ковки можно отметить отсутствие сварных и наварных стальных лезвий, немногочисленность ножей, изготовленных с применением трехслойного пакета и примерно равное количество па-кетованных и цельностальных конструкций. Металл поковок в основном хорошо очищен от шлаковых включений, кузнечная сварка в большинстве случаев проведена на высоком уровне. При ковке ножа (рис.1, 107) кузнец среди трех заготовок с небольшой разницей по содержанию углерода правильно определил более твердую сталь и вывел ее на лезвие ножа. Отличается также нож (рис. 1, 109), где применена заэвтектоидная сталь, в которой, при определенном режиме ковки, по границам зерен выделяется цементит - непластичная структурная составляющая, придающая соответственно хрупкость всему изделию. Но в данном случае мастер при ковке подобрал правильный температурный режим и включения цементита приобрели округленную форму - так обрабатывают заэвтектоидную сталь в современном производстве.
Другой нож отличается низким технологическим уровнем (рис. 1, 106), металл его слабо прокован и имеет микротрещины, появившиеся из-за нарушения температурного режима ковки.
И последний важный момент: в подавляющем большинстве изделий наблюдается сильное обезуглероживание поверхностей и режущих частей орудий. Это сводит на нет все качества высокоуглеродистой цементованной, даже правильно обработанной, стали. Но в данном случае стоит обратить внимание на присутствие во многих образцах явных следов отжига - сфероидизации и коагуляции цементита, иногда в довольно высокой степени. Возможно, часть изученных предметов побывала в сильном огне, например, при пожаре что, вызвало отжиг металла и выгорание углерода с поверхности.
Было бы корректнее сопоставить результаты изучения структуры горновских кузнечных изделий с металлообработкой Поволжья ХШ-Х1У вв., но, к сожалению, таким сравнительным материалом мы не располагаем. Если обратиться к результатам исследований кузнечного ремесла Прикамья [Завьялов, 1984; Он же, 1984а; Он же, 1989; Зыков, 1987; Толмачева, 1982] в первой половине II тыс. н. э. и домонгольской Булгарии [Семыкин, 1991. С. 80], то можно отметить следующее. Использование цементованной стали не характерно для родановского, че-пецкого и болгарского «провинциального» ремесла. В Биляре, напротив, ножи из цементованной стали количественно преобладают над ножами из сырцовой. Интересно, что часть немногочисленных изделий с использованием цементованной стали, найден-
ных в Муромском городке, М.М. Толмачева считает привозными из «развитых ремесленных» центров [Толмачева, 1982. С. 62]. Возникает предположение о подобном же происхождении цементованной стали на Горновском селище (например, из Болгара). Но прояснить этот вопрос может только сопоставление наших изделий с синхронными поволжскими материалами.
Изучение технологии горновского кузнечного дела показывает, что его характеристики близки поволжским из Муромского городка. В Прикамье па-кетование - редкость, в то время как для Муромского городка и Биляра - довольно распространенная технологическая схема. Трехслойный пакет, правда, в Муромском городке не известен вообще, в Би-ляре и Горново составляет незначительный процент (примерно восьмую и шестую части соответственно) от общего количества ножей и серпов, тогда как среди чепецких и родановских изделий наиболее часто встречается именно трехслойный пакет. Необходимо еще отметить, что технологические схемы сварки и наварки стального лезвия на Горново отсутствуют, в Муромском городке, сделанных в соответствии с ними, изделий немного (часть имеющихся М.М. Толмачева, как было отмечено выше, относит к привозным), но широко применялись в Би-ляре и древнеудмурдскими кузнецами. Кроме того, поверхностное обезуглероживание стали отмечено для кузнечной продукции Муромского городка.
Необходимо еще раз отметить, что приведенные сравнения весьма приблизительно определяют место горновского кузнечного ремесла в ближайшем культурном окружении. Дело усугубляется еще и тем, что материал, использованный нами для сравнения, датирован достаточно широко (Х-Х1У вв.).
Описание микроструктур
Нож (рис. 1, 105). Шлаковых включений немного, но они довольно крупные. Остаточная кричная пористость. При травлении выявлена неоднородная феррито-перлитная структура с максимальным содержанием углерода 0,6-0,8%. На поверхности и лезвии металл обезуглерожен до 0,05-0,1%. Видманш-тетт. Примерно по середине поля шлифа заметна продольная цепочка шлаковых включений с обезугле-роженными участками рядом (феррит и феррито-перлит до 0,1% С) - результат сварки. Перлит тонкопластинчатый, частично сфероидизирован.
Нож (рис. 1, 106). Большое количество шлаковых включений и крупных остаточных пор. Феррито-перлитная полосчатая структура с неравномерным содержанием углерода (до 0,3%). Межкристаллитные трещины. На острие содержание углерода снижается до менее 0,1%. Весь эвтектоидный цементит сферо-идизирован, частично выделился по границам зерен.
Нож (рис. 1, 107). Небольшое количество шлаковых включений, в основном мелких, но имеется несколько довольно крупных остаточных кричных пор (до 0,15-0,2 мм в поперечнике). По центру шлифа, с выходом на лезвие, расположена полоса с феррито-перлитной полосчатой структурой (до 0,6% С).
Рис. 2. Кузнечные изделия Горновского селища
По краям шлифа расположены полосы неравномерно науглероженной стали с несколько меньшим содержанием углерода (до 0,3-0,4%), но резкой границей между ними и центральной полосой. Сварные швы не читаются. На лезвии содержание углерода снижается до менее 0,1%. Сфероидизация и коагуляция эвтектоидного цементита высокой степени (карбиды крупные, хорошо заметны при кратном увеличении 70-100), хотя наблюдаются отдельные зерна перлита с разорванными, укороченными пластинками цементита.
Материалом для изготовления ножа послужила сырцовая сталь с различной степенью науглероживания (приведенные значения содержания углерода очень приблизительны из-за сильной коагуляции цементита).
Нож (рис. 1, 108). Небольшое количество в основном мелких шлаковых включений, хорошо деформированных. При травлении выявлено пять хорошо читающихся сварочных швов, с расположенными между ними полосами стали различной степени травления. По всей площади шлифа - структура сорбита отпуска, относительно равномерная в пределах каждой из полос.
Нож (рис. 1, 109). Шлаковых включений немного, хорошо деформированы при ковке. После травления выявлена следующая структура: на лезвии -«пакетный» мартенсит соломенного цвета, слабо травящийся; в поверхностных слоях по краям шлифа - мартенсит и феррит; в сердцевине клинка - мартенсит, троостит и вторичный цементит в сфероидах и мелких зернах. Мартенсит мелкоигольчатый, микротвердость 946 кг/мм2.
Нож откован из высокоуглеродистой стали хорошего качества (содержание углерода более 0,8%). Ковка проведена при пониженных температурах, что обусловило сфероидизацию и укрупнение вторичного цементита. Но, вместе с тем, во время ковки произошло сильное обезуглероживание поверхности и, в меньшей степени, лезвия. Нож закален на мартенсит.
Нож (рис. 1, 112). Клинок ножа сильно сработан. Большое количество крупных шлаковых включений и остаточных кричных пор. По центру клинка расположена полоса неравномерно науглероженной стали с максимальным содержанием углерода (около 0,4%) с полосчатой структурой. По краям приварены полосы с ферритной структурой. Сварные швы незаметны. Высокая степень сфероидизации эвтек-тоидного цементита.
Нож (рис. 1, 113). Лезвие сильно сработано. Шлаковых включений относительно немного, хорошо деформированы при ковке. При травлении выявлено две полосы стали. Одна имеет полосчатую феррито-пер-литную структуру с содержанием углерода до 0,20,3%. Во второй, выходящей на лезвие ножа, структурными составляющими являются перлит и тонкая разорванная сетка цементита - содержание углерода здесь более 0,8%. Сварочный шов незаметен. К поверхности ножа содержание углерода снижается до 0,5-0,6%, на лезвии до 0,3-0,4%. Наблюдаются участки сильной сфероидизации перлита. Вторичный цементит также частично сфероидизирован.
Нож (рис. 1, 114). Шлаковых включений немного, хотя они слабо деформированы. Выявлена однородная феррито-перлитная структура (содержание углерода 0,6-0,7%), но с плавным снижением содержания углерода к поверхностям (до менее 0,1%) и лезвию (до 0,4%), но, если учесть, что лезвие сильно коррозировано, то содержание углерода на режущем крае ножа было намного меньше. Весь перлит сфе-роидизирован или выделился по границам зерен.
Нож (рис. 1, 117). Довольно много шлаковых включений сильно деформированы при ковке. В центральной части шлифа - структура перлита (0,8%). Содержание углерода постепенно убывает к краям. Поверхностные слои обезуглерожены до феррита, лезвие до 0,1-0,2%, причем лезвие очень сильно коррозировано, поэтому степень обезуглероживания была явно выше.
Нож (рис. 1, 118). Очень сильно коррозирован. Шлаковых включений немного, мелкие, хорошо деформированы. Структура «пакетного» мартенсита (микротвердость 624 кг/мм2) с трооститом и небольшим количеством феррита. В поверхностном слое - феррит. Хорошо читаются три сварочных шва, один из которых расположен под углом к плоскости клинка.
Серп (рис. 2, 124). Шлаковых включений немного, мелкие. Феррито-перлитная однородная структура. Поверхность обезуглерожена до 0,1-0,2%, но на лезвии содержание углерода максимальное (0,50,6%). Перлит полностью сфероидизирован.
Серп (рис. 2, 125). Шлаковых включений немного, некрупные, хорошо деформированы. Вдоль одной из поверхностей клинка расположена зона перлита с сеткой феррита (содержание углерода 0,7-0,8%). Поверхность и лезвие обезуглерожены до 0,1% и менее. Вдоль другой поверхности расположена широкая (почти половина толщины образца) зона феррита. Переход по содержанию углерода плавный, признаков сварки нет. В слое, переходном к ферриту, наблюдается видманштеттова структура.
Тесло (рис. 2, 123). Много шлаковых включений, несколько остаточных кричных пор. При травлении выявлено не менее 8 пластин ферритной структуры и феррита с редкими зернами перлита (содержание углерода менее 0,1%). Пластины различаются по крупности и различной интенсивности травления феррита, а также по наличию и количеству цементита. Балл зерна феррита от 1-2 до 6-7. На лезвие выходит пластина со структурой крупнозернистого феррита, слабо травящегося. Его микротвердость 254 кг/мм2 - вероятно, это высокофосфорный металл.
Ключ (рис. 2, 120). Довольно много шлаковых включений. По центру шлифа проходит полоса со структурой феррита, расположенная между двумя полосами неравномерно науглероженной стали (полосчатая феррито-перлитная структура, максимальное содержание углерода 0,4-0,5%). Сварочных швов незаметно, но границы между железом и сталью довольно резкие.
Светец (рис. 2, 122). Шлаковых включений мало, хорошо измельчены и деформированы. Срав-
Таблица I
Сводные данные металлографического анализа железных изделий Горновского селища
Предметы № образца Железо (<0,1%С) Сырцовая сталь Цементов, сталь Макс.содерж.С, % Цельностальные Односторонн. цементация Трехслойный пакет Пакетованные Закалка, мартенсит Обезуглерож. поверхности
0,6 0,6-0,8 0,8
Ножи 105 X X X X
106 X X X X?
107 X X X X
108 X? ? ? ? X X
109 X X X X X
112 X X X X X
113 X X X X X
114 X X X X
117 X X X X
118 X? X? X X
Серпы 124 X X X
125 X X X X
Тесло 123 X X
нительно равномерная феррито-перлитная структура, содержание углерода 0,7-0,8%. По краям шлифа заметны участки, обе-зуглероженные до 0,1% и менее. Перлит тонкопластинчатый. Применена нормализация стали с целью повышения ее прочности и твердости.
Рыболовный крючок (рис. 1, 116), пластины (рис. 1, 110, 111). Шлаковых включений мало, мелкие. Ферритная структура с зерном 1-2 балла, слабо травящаяся. Микротвердость 181, 254, 236 кг/мм2 соответственно. Откованы из сыродутного железа с повышенным содержанием фосфора.
Пластина (рис. 1, 115). Шлаковых включений немного, хорошо измельчены и деформированы. Выявлен сварочный шов, засоренный шлаковыми включениями, соединяющий две пластины. Одна со структурой «пакетного» мартенсита, вторая имеет структуру феррита с отдельными небольшими участками мартенсита.
Пластина (рис. 1, 119). Немного шлаковых включений, но они довольно крупные и слабо деформированы. Феррито-перлитная структура с максимальным содержанием углерода (0,6-0,7%). Поверхностные слои обезуглерожены до 0,1% и менее. Перлит сильно сфероидизирован.
Гвоздь (рис. 1, 121). Много шлаковых включений. Выявлена структура феррита на большей площади шлифа и зона, науглероженная до 0,1-0,2% вблизи одной из поверхностей. Заметен засоренный шлаками сварочный шов. В пограничной зоне между сталью и ферритом наблюдается видманштеттова структура.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Завьялов В.И. Кузнечное ремесло северных удмуртов в конце I - начале II тысячелетия н.э. // Новые исследования по древней истории Удмуртии. Ижевск, 1988.
Завьялов В.И. Результаты металлографического исследования предметов из черного металла с памятников ломо-ватовской и родановской культуры // Памятники железного века Камско-Вятского междуречья. Вып. 2. Ижевск, 1984.
Завьялов В.И. Прикамский очаг черной металлургии первой половины II тысячелетия н.э. // Новые исследования по этногенезу удмуртов. Ижевск, 1989.
Зыков А. П. Технология кузнечного производства в Верхнем Прикамье в начале II тысячелетия н.э. // Новые археологические исследования на территории Урала. Ижевск, 1987;
Семыкин Ю.А. Технология кузнечного производства Би-ляра // Биляр - столица домонгольской Булгарии. Казань, 1991.
Толмачева М.М. Техника металлического производства в Волжской Болгарии в X—XIII вв. по данным металлографии // Естественные науки и археология в изучении древних производств. М., 1982.
