CC BY
18
УДК 902/904 https://doi.Org/10.24852/pa2022.4.42.50.60
РЕЗУЛЬТАТЫ АРХЕОМЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЛЕКЦИИ КУЗНЕЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СБОРОВ С ЩЕРБЕТЬСКОГО СЕЛИЩА НА НИЖНЕЙ КАМЕ
© 2022 г. В.В. Кондрашин
Цель статьи - представить особенности развития железооброботки волго-камской периферии восточноевропейской части Барбарикума на основе данных, полученных в ходе металлографического исследования кузнечных изделий, относящихся к материалам именьковской культуры (У-УП вв.), которые были обнаружены в разные годы (в основном П.Н. Старостиным в 1960-80-ые гг.) на разрушаемой водохранилищем части Щербетьского I селища. Были определены схемы и способы изготовления тридцати одного предмета из черного металла: наральника, тесла, двух топоров, четырех серпов, тринадцати ножей, четырёх шильев, двух колец-креплений, двух рыболовных крючков и двух стержневидных предметов. Установлено, что при их изготовлении часто применялись кузнечная сварка и локальная цементация. Половина изделий имела следы термообработки в режиме отпуска или в мягкой закалочной среде. В качестве характерной технологической черты представленной коллекции отмечается сочетание в конструкции поковок железной и стальной (как правило, малоуглеродистой) составляющих, преимущественно в виде двухполосной сварки или сварки согнутой пополам полосы. Значительная доля изделий имеет отчётливые признаки многослойного паке-тования. Степень владения основными кузнечными операциями и качество изученной продукции на примере исследованных образцов дают основания считать, что железоо-бработка именьковской культуры имела устоявшуюся традицию.
Ключевые слова: археология, именьковская культура, Щербетьское селище, архе-ометаллография, технологическая схема, пакетирование, цементация, термообработка.
Всеми исследователями именьковской культуры отмечалось, что облик её материалов и уровень развития хозяйства заметно выделяют данную культуру среди соседних культур Поволжья и Прикамья эпохи Великого переселения народов. Поскольку одной из таких характерных и отличительных черт являлась желе-зообработка, её изучение стало одним из актуальных направлений в именьковской проблематике. Исследования, касающиеся кузнечного ремесла и сопряжённые с использованием металлографических методов, ориентируются на выявление технологических характеристик изделий из чёрного металла, в первую очередь, схем и способов их изготовления, а также состава металла, из которого производились поковки. В последние сорок лет были изучены коллекции кузнечных изделий с ряда памятников именьковской культуры, расположенных в Прикамье (Маклашеевское городи-
ще, Щербетьское I островное селище, Коминтерновский II могильник), в Ульяновской (городище Старая Майна) и в Самарской областях (селища Ош-Падо-Нерь, Новинки, Выпол-зово) (Старостин, Хомутова, 1981; Семыкин, 2007; Кондрашин, 2007). Наиболее представительные (как по количеству, так и по ассортименту) выборки предметов из чёрного металла относятся к материалам Щербетьско-го островного селища, часть которых происходит из сборов с территории памятника, разрушенной водохранилищем (рис. 6). С исследований кузнечных изделий, обнаруженных при раскопках этого селища, предпринятого Л.С. Хомутовой в 1981 г., собственно, и началась практика металлографического изучения чёрного металла именьковской культуры (Старостин, Хомутова, 1981).
Данная статья, продолжая тему именьковской железообработки, представляет результаты металлографиче-
ского анализа тридцати одного предмета из упомянутых сборов. В состав коллекции вошли (рис. 1): наральник (ан. 208), тесло (ан. 209), топоры: 2 экз. (ан. 210, 211), серпы: 4 экз. (ан. 212-214 - фрагменты, ан. 215 -целый), ножи: 13 экз. (ан. 216, 220, 223 - фрагменты, 217-219, 221, 222, 224-228), шилья: 4 экз. (ан. 229-232 А, Б), кольца-крепления: 2 экз. (ан. 234, 235), рыболовные крючки: 2 экз. (ан. 236, 237), стержни: 2 экз. (ан. 233, ан. 238).
Наблюдения и фотофиксация осуществлялась на металлографическом микроскопе Zeiss Axio Scope A1 при увеличении х50, х100, х200. Микротвёрдость образцов измерялась на микротвердомере ПМТ-3. Поверхность шлифов протраливалась 3-5% спиртовым раствором азотной кислоты.
При изготовлении наральника (рис. 2, ан. 208) использовалась заготовка из малоуглеродистой стали. Ковка велась при повышенных температурах, о чём свидетельствует пластинчатая структура перлита с микротвёрдостью от 170 до 228 кг/мм2. Вдоль одной из сторон шлифа (соответствует поверхности изделия) наблюдались участки сорбита, имеющего, соответственно, более высокие показатели микротвёрдости - от 285 до 503 кг/мм2. Наиболее вероятный вариант термообработки данного экземпляра - закалка с отпуском. Не исключено, что при повторном нагреве был выбран именно тот высокотемпературный режим, следствием которого и оказалась основная из фиксируемых пластинчатая структура. Относительно небольшое количество шлаковых включений указывает на хорошее качество исходного сырья, а их вытянутый характер - на тщательность ковки при изготовлении данного изделия.
Тесло (рис. 2, ан. 209) было отковано из кричного железа. Структура феррита со средним размером зерна име-
ла микротвёрдость 122 кг/мм2. Вдоль одной из сторон шлифа и у рабочего края изделия прослеживаются следы слабой поверхностной цементации в виде феррито-перлитной структуры с микротвёрдостью 128-135 кг/мм2. Изделие цельнокованое, сварочные швы не фиксировались. Присутствовали хорошо заметные, вытянутые шлаковые включения, но их количество было невелико.
Анализы шлифов, взятых с лезвий двух представленных в коллекции топоров, дали две различные технологические картины. Лезвие топора № 210 (рис. 2) было изготовлено из многослойной заготовки и имело признаки перекалённого металла в виде участков цементита, видманштеттовой структуры и пластинчатого перлита. Кроме того, у рабочего края наблюдались следы закалки с отпуском.
Образец, взятый с другого топора (рис. 2, ан. 211), выявил вваренную лезу. Однако и основа, и вваренная часть оказались железными, что с функциональной точки зрения едва ли оправдано. Примечательно, что сама вварка была проведена некачественно, шов заметно разошёлся. В металле присутствуют многочисленные шлаковые включения, в основном мелкие, но их форма говорит о том, что ковка была не особенно тщательной. Тем не менее, ферритное зерно, как основы лезвия топора, так и вваренной его части, имело одинаковый и при этом очень мелкий размер, что можно рассматривать как признак правильно выбранного температурного режима ковки. Не исключено, что в случае с топором № 211 мы имеем дело не с инструментом как таковым, а с его заготовкой/полуфабрикатом или же с образцом из категории так называемых «секировидных предметов».
Анализ серпов показал, что они были откованы по схожим схемам, общей чертой которых было конструктивное сочетание железной и сталь-
Рис. 1. Коллекция кузнечных изделий из сборов с Щербетьского селища. Fig. 1. Collection of forged pieces from assemblage of the Shcherbet settlement.
ной составляющих в двух вариантах: а) двухголосной сварки и б) поверхностной цементации. На примере двух анализов это видно достаточно чётко: № 212 (рис. 2) выявил технологию поверхностной односторонней цементации, № 215 (рис. 2) - двухполосную сварку с последующей поверхностной цементацией.
Два других серпа - № 213 и 214 (рис. 2) - были изготовлены однотипным способом. Для серпа № 214
заготовкой послужила продольно согнутая пополам и сваренная полоса, при этом один из её краёв был предварительно науглерожен. Так же продольно была свёрнута многослойная стальная заготовка, из которой был откован серп № 213, в торец к ней, в свою очередь, была приварена железная полоса, сформировавшая спинку орудия.
Термообработанными оказались два серпа: в случае с № 212 это была
ан.208 ан.209 ан.212 ан.213
Рис. 2. Технологические схемы изготовления наральника, тесла и серпов. Fig. 2. Technological schemes for the manufacture of ploughshare, chisel and sickles.
закалка с отпуском, № 213 имел резкую закалку. Кроме закалочных структур на шлифах была выявлена структура пластинчатого перлита в сочетании с видманштеттом (№ 212), а у № 213 незакалённые участки имели структуру феррито-перлита.
Шлифы, взятые с незакалённых серпов, продемонстрировали плавный переход между ферритной и фер-рито-перлитной зонами, что является характерным признаком применения
технологии поверхностной цементации.
Ножи, представленные в рассматриваемой коллекции, по конструкции можно разделить на две категории: цельнокованные и сварные. В свою очередь, эти категории включали несколько вариантов.
Первый вариант цельнокованных ножей предполагал использование стальных, вероятнее всего, полученных с помощью сквозной цемента-
ции, заготовок. Эти образцы (рис. 3, ан. 218, 227) оказались термообрабо-таны (рис. 5: 7). Второй вариант представляют экземпляры (рис. 3, ан. 219, 221), откованные целиком из железа или сырцовой стали и дополнительно подвергнутые локальной поверхностной цементации (рис. 5: 2).
Среди ножей сварной конструкции вариантов было три: а) с приваренным лезвием; б) пакетированные; в) ножи, изготовленные из продольно согнутой и сваренной полосы, т. е. способом, аналогичным тому, что был выявлен при анализе серпов № 213 и 214.
Технология наварки лезвия была выявлена при анализе образца № 217 (рис. 3). Материалом и основы, и приваренного к ней торцевым способом лезвия служила сталь с содержанием углерода, достаточным для восприятия закалки. Микроструктуры мелкоигольчатого мартенсита (рис. 5: 5) и сорбита указывают, что использовалась резкая закалка с отпуском.
Технология многослойного пакета была выявлена в образцах ножей № 220, 222 и 224 (рис. 3). Нож № 222 был дополнительно науглерожен. В ноже № 220 многослойная часть была сварена с железной полосой (рис. 4: 3). У образца № 224 было заметно чередование слоёв с различным содержанием углерода, но все полосы были из малоуглеродистой стали (рис. 4: 6).
Согнутая продольно пополам полоса, оба края которой были сварены, являлась элементом конструкции ножей № 216, 225 и 226 (рис. 3). Лезвие ножа № 216, откованное указанным способом, было приварено к пакето-ванной из лома спинке (рис. 4: 1, 2). В образце № 223 подобную согнутую и сваренную основу дополняла тонкая, приваренная сбоку и выходящая на рабочий край полоса (рис. 5: 3). Ножи № 225 и 226 подверглись поверхностной цементации (рис. 4: 4). У ножа № 226 на рабочую часть выходило место
сгиба заготовки, а не сваренные края, что отличало этот экземпляр от прочих, относящихся к данной технологической серии.
Шилья относятся к категории мелких поковок, схемы изготовления которых редко отличаются разнообразием и сложностью. Образцы этих предметов из щербетьской коллекции (рис. 3, ан. 229-232), в этом плане, также не являлись исключением. Три экземпляра из четырёх оказались цельноковаными. № 229 был изготовлен из кричного железа, № 230 -из малоуглеродистой стали с равномерным распределением углерода. У самого края шлифа этого образца был зафиксирован неровный сварочный шов, который, скорее всего, образовался при формовке орудия и не являлся конструктивным элементом, позволившим бы отнести данный экземпляр к сварным изделиям. Образец № 232, с которого было взято два шлифа, являлся тоже цельнокованым и, судя по шлифу Б, исходным материалом для этого шила служила сырцовая сталь - анализ выявил участки феррито-перлита и зернистого перлита с микротвёрдостью 170-181 кг/мм2 и 193-206 кг/мм2 соответственно. На шлифе А сталь имела структуру зернистого сорбитоориентированного перлита с диапазоном микротвёрдости от 254 до 322 кг/мм2. Это указывает на то, что участок, с которого был взят шлиф А, был дополнительно нау-глерожен и нормализован, после чего закалён в мягком режиме.
Технологическая схема четвёртого, включенного в коллекцию, шила (рис. 3, ан. 231) представляла собой многослойный пакет из сваренных между собой малоуглеродистых стальных полос (рис. 4: 5). Судя по равномерности структуры феррито-перлита, переходящего в зернистый перлит, одной из операций при производстве данного образца была нормализация. Микротвёрдость на разных
Рис. 3. Технологические схемы изготовления ножей, шильев, колец, рыболовных крючков и стержней.
Fig. 3. Technological schemes for the manufacture of knives, awls, rings, fishhooks and rods.
участках шлифа колебалась от 122 до 160 кг/мм2.
На остриях двух рыболовных крючков (рис. 3, ан. 236, 237) была обнаружена структура пластинчатого перлита с участком видманштетта (микротвёрдость обеих структур -193 кг/мм2 (№ 236) и структура сорбита отпуска с микротвёрдостью 279299 кг/мм2 (№ 237). Оба крючка были откованы из стали. Образец № 236, вероятно, был оттожён.
Высокотемпературный режим ковки применялся и при изготовлении одного из двух колец-креплений. Данный образец был откован из кричного железа, а затем науглерожен (рис. 3, ан. 235). Железная основа изделия представлена видманштеттовой структурой (микротвёрдость - 170221 кг/мм2), стальная - пластинчатым перлитом (микротвердость - 181193 кг/мм2). Заготовкой для кольца № 234 служила рулетообразно свер-
Рис. 4. Микрофотографии участков шлифов со следами технологических операций (сварка, цементация): 1 - ан.216 (нож), сварочный шов, феррито-перлит; 2 - ан.21б (нож), сварочный шов, феррито-перлит, пластинчатый перлит, сорбит;
3 - ан.220 (нож), сварочный шов, видманштетт, пластинчатый перлит; 4 - ан.226 (нож), поверхностная цементация; 5 - ан.231 (шило), пакетирование; 6 - ан.224 (нож), пакетирование. Fig. 4. Micrographs of polished sections with traces of technological operations (welding, carburizing): 1 - an.216 (knife), welding joint, ferrite-pearlite; 2 - an.216 (knife), welding joint, ferrite-pearlite, lamellar pearlite, sorbitol; 3 - an.220 (knife), welding joint, widmanstett, lamellar pearlite; 4 - an.226 (knife), surface carburizing; 5 - an.231 (awl), packing; 6 - an.224 (knife), packing.
Рис. 5. Образцы микроструктур, выявленных в кузнечных изделиях: 1 - ан.216 (нож), феррит; 2 - ан.219 (нож), феррит, феррито-перлит; 3 - ан.223 (нож), феррито-перлит; 4 - ан.225 (нож), феррито-перлит, зернистый перлит; 5 - ан.217 (нож), мартенсит; 6 - ан.218 (нож), мартенсит; 7 - ан.227 (нож), сорбит;
8 - ан.220 (нож), феррит, видманштетт, пластинчатый перлит. Fig. 5. Samples of microstructures, identified in forged items: 1 - an.216 (knife), ferrite; 2 - an.219 (knife), ferrite, ferrite-pearlite; 3 - an.223 (knife), ferrite-pearlite; 4 - an.225 (knife), ferrite-pearlite, granular pearlite; 5 - an.217 (knife), martensite; 6 - an.218 (knife), martensite; 7 - an.227 (knife), sorbitol; 8 - an.220 (knife), ferrite, widmanstett, lamellar pearlite.
Рис. 6. Территория распространения именьковской культуры и местоположение Щербетьского островного селища.
Fig. 6. The territory of spread of the Imenkovo culture and the location of the Shcherbet island settlement.
нутая железная полоса (рис. 3). Это кольцо так же, как и экземпляр № 235, имело признаки поверхностной цементации и отжига. Выявленные структуры представлены ферритом, видманштеттом и пластинчатым перлитом; показания микротвёрдости составили 170 кг/мм2, 222 кг/мм2 и 181-193 кг/мм2 соответственно. Можно сказать, что в производстве обоих колец угадывается общий технологический мотив: поверхностная (локальная) цементация + отжиг.
Один из стержневидных предметов (рис. 3, ан. 233) был откован из скрученной полосы сырцовой стали, имеющей полосчатую структуру фер-рито-перлита с микротвёрдостью от 151 до 193 кг/мм2 (на одном участке до 266 кг/мм2). Металл другого экземпляра (рис. 3, ан. 238), имевшего фрагмент ушка на одном из концов, имел признаки мягкой закалки и микротвёрдость 294-312 кг/мм2. Представляется, что предмет № 233 мог оказаться заготовкой или, что вероятнее, полуфабрикатом. Второй образец (ан. 238), судя по применённой термообработке, имел рабочую функцию и являлся орудием.
По итогам предпринятого металлографического анализа кузнечных изделий щербетьской коллекции можно сделать следующие заключения, в некоторой степени (учитывая локальность сборов и относительно небольшой размер выборки) проливающие свет на особенность именьковской кузнечной традиции:
Относительно сырья, используемого для производства поковок. Опыт изучения железообработки периода конца РЖВ - начала раннего средневековья, в том числе эпохи ВПН, показывает, что поделочными материалами в это время практически повсеместно на территории восточноевропейского Барбарикума, включая его волго-камскую периферию, являлись кричное железо и сырцовая сталь - два варианта конечного продукта выплавки чёрного металла (Терехова и др., 1997). Данные, полученные при исследовании коллекции щербетьских сборов, казалось бы, не нарушают эту общую картину, однако они дают основания считать, что в некоторых (нередких) случаях тот металл, который производился в железоплавильном горне, сначала проходил
промежуточную, подготовительную технологическую стадию, в ходе которой удавалось частично избавляться от шлаковых включений и придавать микроструктуре более однородный характер: одинаковую форму и мелкий размер ферритных зёрен, а также равномерное распределение углерода в доэвтектоидной стали. Другими словами, кузнецами, которыми были произведены изученные в рамках щербетьской коллекции поковки, вероятно, практиковалось использование полуфабрикатов.
Схемы и способы изготовления предметов. При отсутствии чётких стандартизированных схем изготовления, всё же в технологической картине изученной серии кузнечной продукции заметны черты, которые можно назвать характерными, - это сварка согнутой пополам полосы, двухполосная сварка, многослойный пакет, локально-поверхностная цементация. Причём следует отметить, что следы использования этих технологических
операций подчас сочетались в рамках одного и того же изделия.
Термообработка. Половина поковок имеют следы закалки, преобладает мягкая термообработка, в результате которой стальные участки приобретали структуру сорбита или сорбито-ориентированного перлита. При этом обращают на себя внимание относительно невысокая микротвёрдость этих микроструктур. Трудно сказать, закалялись ли изделия в мягкой среде, типа масла или горячей воды, или использовалась резкая закалка с отпуском. В пользу второго варианта отчасти говорит наличие в одном образце и сорбита, и мартенсита (опять же с низкой для мартенсита микротвёрдостью), а также часто фиксируемые в коллекции структура пластинчатого перлита и видманштеттова структура, свидетельствующие о высоких температурах ковки или об отжиге металла. Не исключено, что использование этих приёмов были целенаправленным выбором кузнецов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кондрашин В.В. Данные металлографического анализа ножей именьковской культуры // Самарский край в истории России. Вып. 3 / Отв. ред. Д.А. Сташенков. Самара: СОИКМ, 2007. С. 70-75.
2. Семыкин Ю.А. Металлургия железа и кузнечное производство населения левобережья Среднего Поволжья и Нижнего Прикамья в эпоху раннего средневековья // Самарский край в истории России. Вып. 3 / Отв. ред. Д.А. Сташенков. Самара: СОИКМ, 2007. С. 76-83.
3. Старостин П.Н., Хомутова Л.С. Железообработка у племен именьковской культуры // СА. 1981. № 3. С. 208-217.
4. Терехова Н.Н., Розанова Л.С., Завьялов В.И., ТолмачеваМ.М. Очерки по истории древней железообработки в Восточной Европе. М.: Металлургия, 1997. 320 с.
Информация об авторе:
Кондрашин Виталий Викторович, кандидат исторических наук, старший научный сотрудник, Институт археологии им. А.Х. Халикова АН РТ (г. Казань, Россия); доцент. Казанский Приволжский Федеральный университет (г. Казань, Россия); [email protected]
RESULTS OF THE ARCHAEOMETALLOGRAPHIC STUDY OF THE COLLECTION OF FORGED PIECES FROM THE SHCHERBET SETTLEMENT ON THE LOWER KAMA
V.V. Kondrashin
The purpose of the paper is to present the features of the development of ironworking of the Volga-Kama periphery of the Eastern European part of the Barbarikum on the basis of data obtained during the metallographic study of forged pieces related to the materials of the Imenkovo culture (V-VII centuries), that were found in different years (mainly by
P.N. Starostin in the 1960s-80s) on the part of the Shcherbet I settlement destroyed by the reservoir. Schemes and methods of making 31 items made of ferrous metal were determined: a ploughshare, a chisel, 2 axes, 4 sickles, 13 knives, 4 awls, 2 rings for fastening, two fishhooks and two rod-shaped items. It was found that forging welding and local carburizing were often used in their manufacture. Half of the objects had traces of heat treating in the tempering mode or in a soft temper milieu. As a characteristic technological feature of this collection, a combination of iron and steel forgings (usually low-carbon) components is noted in the design, mainly in the form of upset welding or welding of a strip bent in half. A significant mass of items have distinct signs of multi-layer packing. The degree of using of blacksmithing skills and the quality of the studied items on the example of the examined samples give reason to believe that the ironworking of the Imenkovo culture had a deep-seated tradition.
Keywords: archaeology, Imenkovo culture, Shcherbet settlement, archaeometallography, technological scheme, packaging, cementation, heat treatment.
REFERENCES
1. Kondrashin, V. V. 2007. In Stashenkov, D. A. (ed.). Samarskii krai v istorii Rossii (Samara Region in the History of Russia) 3. Samara: Regional Museum of Local Lore, 70-75 (in Russian).
2. Semykin, Yu. A. 2007. In Stashenkov, D. A. (ed.). Samarskii krai v istorii Rossii (Samara Region in the History of Russia) 3. Samara: Regional Museum of Local Lore, 76-83 (in Russian).
3. Starostin, P. N., Khomutova, L.S. 1981. In Sovetskaia Arkheologiia (SovietArchaeology) (3). 208-217 (in Russian).
4. Terekhova, N. N., Rozanova, L. S., Zav'ialov, V. I., Tolmacheva, M. M. 1997. Ocherkipo istorii drevnei zhelezoobrabotki v Vostochnoi Evrope (Sketches on History of the Ancient Iron Processing in Eastern Europe). Moscow: "Metallurgiia" Publ. (in Russian).
About the Author:
Kondrashin Vitaly V. Candidate of Historical Sciences, Institute of Archaeology named after A.Kh. Khalikov, Tatarstan Academy of Sciences. Butlerov St., 30, Kazan, 420012, Russian Federation; Associate Professor. Kazan (Volga Region) Federal University. Kremlyovskaya str., 18, Kazan, 420000, Russian Federation; [email protected]
Статья принята в номер 01.12.2022 г.
