Бронза – ее особенности как древнейшего сплава в истории человечества

Статьи

История бронзы

В 3 тыс. до Р.Х. люди начали широко применять в своей хозяйственнойдеятельности металлы. Переход от каменных орудий к металлическим имелколоссальное значение в истории человечества. Пожалуй, никакое другоеоткрытие не привело к таким значительным общественным сдвигам.

Первым металлом, получившим широкое распространение, была медь.Постоянно разыскивая необходимые им камни, наши предки, надо думать,уже в древности обратили внимание на красновато-зеленые или зеленоватосерые куски самородной меди. В обрывах берегов и скал им попадались медный колчедан, медный блеск и красная медная руда (куприт). Поначалу людииспользовали их как обыкновенные камни и обрабатывали соответствующимспособом. Вскоре они открыли, что при обработке меди ударами каменногомолотка ее твердость значительно возрастает и она делается пригодной дляизготовления инструментов. Таким образом вошли в употребление приемыхолодной обработки металла или примитивной ковки. Затем было сделанодругое важное открытие — кусок самородной меди или поверхностной породы, содержавшей металл, попадая в огонь костра, обнаруживал новые, несвойственные камню особенности: от сильного нагрева металл расплавлялсяи, остывая, приобретал новую форму. Если форму делали искусственно, тополучалось необходимое человеку изделие. Это свойство меди древние мастера использовали сначала для отливки украшений, а потом и для производства медных орудий труда. Так зародилась металлургия. Плавку стали осуществлять в специальных высокотемпературных печах, представлявших собой несколько измененную конструкцию хорошо известных людям гончарных печей. Вообще говоря, медь — мягкий металл, сильно уступающий втвердости камню. Но медные инструменты можно было быстро и легко затачивать. (По наблюдениям С.А. Семенова, при замене каменного топора намедный скорость рубки увеличивалась примерно в три раза.) Спрос на металлические инструменты стал быстро расти. Люди начали настоящую «охоту»за медной рудой. Оказалось, что она встречается далеко не везде. В техместах, где обнаруживались богатые залежи меди, возникала их интенсивнаяразработка, появлялось рудное и шахтное дело. Как показывают открытияархеологов, уже в древности процесс добычи руды был поставлен с большимразмахом. Например, вблизи Зальцбурга, где добыча меди началась около1600 году до Р.Х., шахты достигали глубины 100 м, а общая длинаотходящих от каждой шахты штреков составляла несколько километров.Древним рудокопам приходилось решать все те задачи, которые стоят иперед современными шахтерами: укрепление сводов, вентиляция, освещение,подъем на гора добытой руды. Штольни укрепляли деревяннымиподпорками. Добытую руду плавили неподалеку в невысоких глиняныхпечах с толстыми стенками. Подобные центры металлургии существовали и вдругих местах.

Бронзовый котел с приклепанными ручкамии приваренными отлитыми ножками

В конце 3 тыс. до Р.Х. древние мастера начали ис пользовать свойства сплавов, первым из которых стала бронза. На открытие бронзы людей должна была натолк нуть случайность, неизбежная при массовом производстве меди. Некоторые сорта медных руд содержат незначи тельную (до 2%) примесь олова. Выплавляя такую руду, мастера заметили, что медь, полученная из нее, намного тверже обычной. Оловянная руда могла попасть в медепла вильные печи и по другой причине. Как бы то ни было,

наблюдения за свойствами руд привели к освоению значения олова, котороеи стали добавлять к меди, образуя искусственный сплав — бронзу. При нагревании с оловом медь плавилась лучше и легче подвергалась отливке, таккак становилась более текучей. Бронзовые инструменты были тверже медных, хорошо и легко затачивались. Металлургия бронзы позволила в несколько раз повысить производительность труда во всех отраслях человеческой деятельности. Само производство инструментов намного упростилось:вместо того, чтобы долгим и упорным трудом оббивать и шлифовать камень,люди наполняли готовые формы жидким металлом и получали результаты,которые и во сне не снились их предшественникам. Техника литья постепенно совершенствовалась. Сначала отливку производили в открытых глиняныхили песчаных формах, представлявших собой просто углубление. Их сменили открытые формы, вырезанные из камня, которые можно было использовать многократно. Однако большим недостатком открытых форм было то,что в них получались только плоские изделия. Для отливки изделий сложнойформы они не годились. Выход был найден, когда изобрели закрытые разъемные формы. Перед литьем две половинки формы крепко соединялись между собой. Затем через отверстие заливалась расплавленная бронза. Когда металл остывал и затвердевал, форму разбирали и получали готовое изделие.Такой способ позволял отливать изделия сложной формы, но он не годилсядля фигурного литья. Но и это затруднение было преодолено, когда изобрелизакрытую форму. При этом способе литья сначала лепилась из воска точнаямодель будущего изделия. Затем ее обмазывали глиной и обжигали в печи.Воск плавился и испарялся, а глина принимала точный слепок модели. В образовавшуюся таким образом пустоту заливали бронзу. Когда она остывала,форму разбивали. Благодаря всем этим операциям мастера получили воз-

можность отливать даже пустотелые предметы очень сложной формы. Постепенно были открыты новые технические приемы работы с металлами, такие как волочение, клепка, пайка и сварка, дополнявшие уже известные ковкуи литье.

С развитием металлургии бронзовые изделия, повсюду стала вытеснятькаменные. Но не нужно думать, что это произошло очень быстро. Руды цветных металлов имелись далеко не везде. Причем олово встречалось гораздореже, чем медь. Металлы приходилось транспортировать на далекие расстояния. Стоимость металлических инструментов оставалась высокой. Все этомешало их широкому распространению. Бронза не могла до конца заменитькаменные инструменты. Это оказалось под силу только железу.

Источник: Рыжков К.В. 100 великих изобретений. — М.: Вече, 1999. —528с. — (100 великих).

Бронза – ее особенности как древнейшего сплава в истории человечества

Результаты исследований древнейших находок металлических изделий показывают, что древние мастера не только владели обширными познаниями в области свойств металла и способах его обработки, но и то, что эти знания были универсальными.


Скляров Андрей Юрьевич
Директор Фонда развития науки «III тысячелетие». писатель, режиссер, путешественник, исследователь, организатор ряда съемочно-исследовательских экспедиций в разные страны мира. Автор ряда книг и статей. Обладатель премии «Золотое перо Руси».

РЗ: Что можно сказать по поводу состава древних сплавов?
Установлено, что многие древнейшие бронзовые предметы изготовлены не из чистой меди, а из медно-мышьяковых сплавов. При этом производство мышьяковистых бронз даже на самом раннем этапе явно не было «случайным результатом», а имеет все признаки целенаправленного легирования меди мышьяком — причем не добавками к готовому металлу, а посредством смешивания медных и мышьяковистых руд на стадии плавки. Абсолютно нигде не обнаруживается никаких следов неудачных экспериментов с «неправильными» рудами.
Древние металлурги каким-то образом сразу использовали верный рецепт. Нигде нет следов и экспериментирования с топливом. В частности, при наличии больших залежей каменного угля в Турции ни на одном этапе своей деятельности древние металлурги его так и не пытались использовать. Для плавок всегда использовался только древесный уголь.


Фото: Владислав Стрекопытов

В целом получается, что в Анатолийско-Иранском очаге древний человек каким-то образом освоил сразу и вдруг довольно сложную, но при этом весьма эффективную технологию получения медных сплавов из руды.
Чаще всего в древних находках мы видим присутствие сплава обычной оловянистой бронзы с метеоритным железом. Также везде, где материалом предположительно служили металлы, относящиеся к древней цивилизации, в больших количествах присутствует никель. Еще в 20-е годы прошлого века при Британском королевском обществе была создана специальная комиссия, которая пыталась выяснить источники никеля в самых древних из известных металлических изделиях. Откуда взялся никель в самой древней бронзе, непонятно. В Турции есть находки бронзовых изделий, в которых 20–40% никеля. Это невозможно объяснить наличием в руде первичных примесей, так как 1,5% — это уже богатое металлом месторождение. Большинство залежей содержит еще меньше никеля. А месторождения никеля в Восточной Турции или Северном Иране неизвестны. Неужели руду возили за тысячи километров? Зато и в Восточной Турции, точно так же, как в Южной Америке, присутствуют древние сооружения с полигональной мегалитической кладкой. Но в этих регионах обнаруживаются не только абсолютно схожие сооружения, но и тот же состав бронзы.


Состав медных сплавов изделий Циркумпонтийской металлургической провинции

РЗ: Как же получали такие сплавы, причем массово?
Когда мы говорим о сплаве металлов, бронзе, латуни и так далее, все привыкли воспринимать стереотипно — сначала надо получить металлы в чистом виде, а потом сплавить. Да, так работает современная промышленность. Для примитивных технологий гораздо эффективнее выплавлять сразу из руды комплексный продукт.
Если это так, то отсюда получается очень интересный вывод — раннего периода, так называемого «медного века», в истории человечества, скорее всего, не было. А это значит, что древний человек, осваивая металлы, сразу перешел к плавке и сразу начал изготавливать сложные сплавы. Ранее нас учили, что для организации металлургического процесса нужно наличие высокоорганизованного общества. А на самом деле мы видим, что люди перешли к выплавке бронзы, когда еще не было никаких государственных образований. Это был период племенного уклада, когда люди жили небольшими общинами.

РЗ: Где были обнаружены древнейшие металлические изделия?
Самым древним свидетельством использования человеком металла считаются находки в неолитическом поселении на холме Чайоню-Тепеси в Юго-Восточной Анатолии (в верховьях реки Тигр). Металлические изделия были найдены в напластованиях холма, возраст которых по радиоуглероду составляет 9200 ±200 и 8750 ±250 лет до нашей эры.

РЗ: Можно ли в связи с этим сказать, что впервые люди научились обрабатывать металлы именно в Междуречье?
Еще не так давно шумерская цивилизация, располагавшаяся в Междуречье — обширном низменном районе между реками Тигр и Евфрат, считалась историками чуть ли не самой древнейшей цивилизацией на планете, с достижениями которой (равно как и с достижениями Древнего Египта) сравнивались новые археологические находки в других регионах. Порой датировки этих находок подгонялись под известные шумерские артефакты так, чтобы не нарушить почтенного звания Шумера как «древнейшей цивилизации».
Однако во второй половине ХХ века ситуация начала серьезно меняться. Резко возросло число находок, которые были куда совершеннее шумерских, но при этом оказывались более древними по возрасту. Датировки соседних с Древним Шумером культур уверенно поползли назад во времени, и ныне разрыв между ними достигает порой уже многие тысячи лет. Жители Древнего Шумера во многих сферах своей деятельности оказались вовсе не гениальными изобретателями, а всего лишь наследниками и продолжателями более древних народов. Именно такая ситуация имела место, например, с Бактрийско-Маргианским археологическим комплексом. Найденные здесь выполненные на высочайшем уровне изделия из бронзы датируются XXIII–XVIII тысячелетиями до н. э., а это гораздо древнее.
Дело в том, что металлургия невозможна без соответствующей сырьевой базы, а на территории Междуречья нет и не было сколь-нибудь серьезных рудных залежей. Так что шумерские мастера могли работать только с привозным сырьем (рудами) или уже со слитками металла, выплавленного в других регионах. То, что так и было, подтверждается переводами шумерских текстов, где указывается на весьма развитую систему торговли и обмена металлами не только с соседями, но и с весьма удаленными странами. В этих условиях трудно себе представить, чтобы искусство металлургии могло возникнуть в самом Древнем Шумере. Оно явно должно было иметь внешний источник.


1–2. Абсолютное сходство технологий полигональной кладки на сооружениях из Аладжа-хююка, Турция (1) и Куско, Перу (2).
3. Бронзовая маска культуры Саньсиндуй (Китай, III – начало I тысячелетия до н. э.). 4. Бронзовая маска (Перу). 5. Бронзовый «солнечный диск» из Аладжа-хююка (Турция)
Фото: Фонд развития науки “III тысячелетие”

РЗ: То есть «древнейшая» шумерская цивилизация от кого-то унаследовала технологию обработки металла?
Ни один народ, ни одна древняя культура не ставит себе в заслугу изобретение металлургии. Абсолютно все древние легенды и предания единодушно утверждают — умение получать и обрабатывать металлы народам дали некие могущественные боги. Боги, которые жили и правили на Земле много тысяч лет назад. Любопытно, что, согласно легендам и преданиям, те же самые боги обучили людей гончарному ремеслу. А ведь гончарное производство является жизненно необходимым для древней металлургии — без керамических тиглей тут никак не обойтись. Вдобавок для качественного обжига керамики требуются температуры, аналогичные температурам при металлургической плавке, а следовательно, нужны и схожие конструкции печей, обеспечивающие необходимый температурный режим. Более того. Те же боги дали людям и земледелие. И в этом случае получает вполне логичное объяснение та странная связь, которая существует между очагами древней металлургии и центрами древнейшего земледелия. Связь, которую историки подметили, но никак не объясняют.
Когда речь идет о древних богах, упоминаемых в легендах и преданиях, необходимо учитывать очень важный момент, что в этот термин наши предки вкладывали совсем иной смысл, нежели мы сейчас вкладываем в слово «Бог». Наш современный Бог — это сверхъестественное всесильное существо, обитающее вне материального мира и распоряжающееся всем и вся. Древние же боги в легендах и преданиях вовсе не столь могущественные — их способности хоть и превышают многократно способности людей, но вовсе не бесконечны. При этом довольно часто эти боги, для того чтобы что-то сделать, нуждаются в специальных дополнительных предметах, конструкциях или установках — пусть даже «божественных».

РЗ: Насколько уникальны находки древних металлических изделий, и ограничиваются ли они только регионом Междуречья?
Подобные находки есть и в древних поселениях на территории Анатолии. Таких поселений уже найдено немало, и еще больше подобных находок следует ожидать в ближайшем будущем, поскольку ныне археологические исследования в центральных и восточных районах Турции только набирают обороты. Есть подобные находки и в северо-западном Иране.
Характер находок во всех регионах Ближнего Востока, относящихся к раннему бронзовому веку, сходный, что свидетельствует о вхождении Северной Месопотамии, Восточной Анатолии, Западного Ирана и Северного Кавказа в единую культурную Сиро-Палестинскую зону, о которой писали и другие авторы. Наши исследования подтверждают эту точку зрения и позволяют говорить о том, что основой формирования этой зоны во многом стала общая традиция металлопроизводства.
Еще один регион распространения бронзы — Индия. Совершенно самостоятельный регион, где примерно в III тысячелетии до н. э. появляются бронзовые статуэтки, обладающие характерной стилистикой и очень высоким уровнем детализации. В III тысячелетии до н. э. изделия из бронзы появляются и в Китае. На территории Индокитая есть находки бронзовых изделий, относящихся к V тысячелетию до н. э.


Полигональная мегалитическая кладка (Ольянтайтамбо, Перу). Фото: Владислав Стрекопытов

Доисторический «Вторцветмет»
Разнообразие форм выемок под стяжки и их расположение привели участников экспедиции Фонда «III тысячелетие», которая посетила Тиауанако (Мексика) в 2007 году, к двум версиям того, как можно было изготавливать эти стяжки. Либо использовалось что-то типа модифицированной технологии порошковой металлургии, когда сначала в выемки засыпался порошок металла, а затем через него пропускался мощный импульс тока, в результате чего происходил быстрый и сильный нагрев частиц металла и они сплавлялись в единое целое. Либо создатели комплекса заливали в выемки расплавленный металл, для чего использовали мобильные портативные металлургические печи для плавки металла непосредственно на месте строительства. Более вероятным представляется второй вариант, тем более что и другие исследователи выдвигали именно это предположение.
К счастью, некоторые стяжки сохранились до наших дней и были найдены археологами. И, если ориентироваться на имеющиеся материалы, речь все-таки нужно вести об отливке стяжек. Химический анализ состава найденных археологами стяжек дал сенсационный результат. Этот анализ показал, что они содержат 95,15% меди, 2,05% мышьяка, 1,70% никеля, 0,84% кремния и 0,26% железа. Если наличие кремния и железа можно списать на остаточные примеси, которые имелись в исходной руде и флюсах, то присутствие в сплаве подобного количества мышьяка и никеля однозначно указывает на преднамеренное легирование этими элементами.


Одна из немногих сохранившихся стяжек (Аксум, Эфиопия). Фото: Владислав Стрекопытов

Первоначально историки не увидели в подобном составе металлических стяжек ничего обескураживающего, поскольку найденные в комплексе Тиауанако и близ него бронзовые изделия, которые относятся к одноименной культуре, имеют схожий состав. И даже наоборот, это сходство состава использовалось историками в качестве «доказательства» того, что сооружения древнего комплекса якобы создавались как раз индейцами культуры тиауанако три с половиной тысячи лет назад. Оставалась только одна проблема — отсутствие поблизости необходимых месторождений никелевых руд. Ясно, что вряд ли индейцы культуры тиауанако перемещались на тысячи километров в поисках необходимого металла. Кроме того, получение чистого никеля — процесс очень непростой и весьма капризный. И ныне основная часть никеля производится в качестве побочного продукта в ходе получения других металлов. Так что индейцам пришлось бы доставлять за две тысячи километров непосредственно руду. При этом никелевые руды не поддаются механическому обогащению, а содержание металла в рудах обычно очень невелико. Ясно, что это выходит за любые разумные рамки.
Однако проблема с источником никеля достаточно легко снимается, если не ограничиваться той картиной, которую историки нарисовали для древнего Тиауанако. Для этого нужно лишь учесть некоторые особенности в распространенности изделий из различных видов бронзы в данном регионе. На раннем этапе 80% всех изделий были изготовлены из трехкомпонентной бронзы (медь, мышьяк, никель), однако затем состав изделий сменяется оловосодержащей бронзой. При этом механические свойства оловянной бронзы мало отличаются от свойств трехкомпонентной бронзы.
Производство из трехкомпонентной бронзы просто закончилось в одночасье. Но источников олова (в отличие от источников никеля) в высокогорьях Перу и Боливии предостаточно. Тогда почему производство изделий из трехкомпонентной бронзы продолжалось весьма длительное время, а затем внезапно закончилось? Наиболее простое объяснение буквально лежит на поверхности. Производство изделий из трехкомпонентной бронзы закончилось, потому что иссяк источник. Медные и мышьяковистые руды никуда не делись — их и сейчас там очень много. Иссяк источник никеля, местоположения которого исследователи до сих пор не могут найти. И вряд ли найдут до тех пор, пока будут искать его среди местных руд.
Все встает на свои места, если предположить, что источником не только никеля, но и всех других составляющих трехкомпонентной бронзы для индейцев служили… стяжки, которые строители мегалитических сооружений в Тиауанако использовали для скрепления блоков. Индейцы не выплавляли трехкомпонентную бронзу из руд, а просто переплавляли эти стяжки и использовали уже готовый сплав для отливки из него своих собственных изделий. Это объясняет и сходство состава изделий из трехкомпонентной бронзы на обширной территории, и внезапное прекращение производства индейцами изделий из такой бронзы — в некий момент стяжки просто закончились.

Бронза

Огромное значение в истории развития человечества имел переход от каменных видов орудий к металлическим. В третьем тысячелетии до н. э. у людей появилась необходимость в более прочных орудиях труда, чем каменные, которые были весьма непрочные при довольно внушительных размерах и весе. В процессе развития хозяйственной деятельности люди все чаще стали использовать металлы и изделия из них. Первым металлом, нашедшим широкое распространение и применение, была медь. Разыскивая камни, необходимые для изготовления орудий труда, нашим предкам попадались камни, имевшие зеленовато-серый или красновато-зеленый цвет. Первоначально их обрабатывали и использовали как и обыкновенные камни. Позже было замечено, что медь становится тверже после обработки каменным молотком, ее стали использовать для изготовления инструментов.

Бронзовые изделия

Наступила эпоха меди. Со временем люди обратили внимание еще на одно свойство меди — от сильного нагрева кусок меди плавился, а, остывая, приобретал необходимую человеку форму. Сначала это свойство использовали для изготовления украшений, позже — для изготовления орудий труда. Инструменты из меди по твердости уступали каменным, однако они легко и быстро затачивались. В конце третьего тысячелетия до н. э. было замечено, что при выплавке меди из руды, содержащей примесь олова, медь становится на порядок тверже обычной. В дальнейшем к меди стали добавлять олово, в результате чего появился искусственный сплав — бронза.

Наблюдение за новым сплавом показало, что он более плавкий и текучий. Улучшилось качество, точность литья, что позволяло изготавливать инструменты более сложных форм. Бронзовые изделия были тверже медных, они отлично шлифовались и затачивались. Теперь на последующую обработку понадобилось намного меньше времени и усилий, возросла производительность труда.

На смену медному уверенно пришел бронзовый век. Совершенствовалась и техника литья. Если вначале использовались одноразовые открытые формы из глины или песка, то со временем стали изготавливать многоразовые открытые формы из камня. Недостатком открытых форм являлось то, что в них можно было отливать лишь плоские изделия. Со временем мастера изобрели закрытые формы, состоящие из двух разъемных половинок. Перед литьем половинки соединялись и крепко фиксировались. Через отверстие между ними заливался расплавленный металл. Когда металл остывал и твердел, форму разъединяли или разбивали. Таким образом начали изготавливать изделия сложной формы.

Изделия из бронзы

В дальнейшем было изобретено литье по выплавляемым моделям или фигурное литье. Сначала из воска лепили точную модель нужного изделия, обмазывали ее глиной и обжигали в печи. Воск при нагревании плавился и выливался, а глина приобретала форму будущего изделия. В глиняную форму заливали бронзу, после того, как металл остывал, форму разбивали. Благодаря такой технологии была достигнута настолько высокая точность литья, что отпала потребность в дальнейшей обработке отлитого изделия. Благодаря такой технологии мастера уже могли отливать и пустотелые изделия довольно сложной формы.

Прогресс не стоит на месте, со временем появились такие технические приемы, как клепка, волочение, пайка и сварка, которые дополнили ковку и литье. Бронзовые изделия постепенно стали вытеснять каменные, хотя и не заменили их до конца. Не везде можно было найти медь, еще реже встречалась руда с содержанием олова. Для дальнейшей переплавки добытую руду приходилось перевозить на большие расстояния. Все это способствовало довольно высокой стоимости изделий из бронзы. С изобретением железа, ставшим знаковым в истории металлов, закончился бронзовый век.

Бронза: состав сплава, свойства и применение

С незапамятных времён человечество добывало бронзу. Множество археологических раскопок, в которых были найдены древнейшие артефакты — изделия из бронзы, подтверждают распространение этого сплава в далёком прошлом.

Её использовали как в военных целях — для изготовления холодного оружия, пушек и ядер для них, так и для создания прекрасных произведений искусства — ювелирных украшений и скульптур.

История

Одно из наиболее известных мест, где были найдены бронзовые изделия, располагалось в районе реки Кубань. В этом месте археологом Николаем Веселовским в 1897 году была раскопана так называемая Майкопская культура, существовавшая во второй половине IV тысячелетия до нашей эры.

Бронзовые артефакты, найденные в майкопских курганах, были изготовлены в основном из сплава меди и мышьяка, поэтому считается, что исторически первыми были именно такие сплавы, называемые мышьяковистыми бронзами.

Она ничем не уступала по своим свойствам сплавам меди с оловом или свинцом, и даже превосходила их по ряду характеристик. Она широко применялась в различных областях человеческой деятельности тех времён, начиная от изготовления ответственных деталей и заканчивая ювелирными изделиями.

Состав бронзы

Бронза — это сплав меди с такими металлами, как олово, алюминий, свинец, бериллий, и неметаллами — мышьяк, кремний и фосфор. Кроме того, такие сплавы могут дополнительно легироваться фосфором, цинком, марганцем, железом и никелем.

Состав бронзы зависит от марки сплава и указывается в её обозначении. Например, в состав сплава, имеющего маркировку БрАМц7−1, входят 7% алюминия, 1% марганца и 92% меди.

Таким образом, основным компонентом этого металла является медь (от 35% до 90% и выше). Вторым же компонентом может являться либо мышьяк, либо олово или бериллий, свинец, алюминий, кремний и другие компоненты. Для придания особых свойств в сплав могут добавляться дополнительные компоненты — цинк, железо, никель, марганец, фосфор и другие.

Особенности бронзы и свойства

Основные свойства всех бронзовых сплавов — это пластичность и твёрдость. В зависимости от соотношения основных и дополнительных компонентов, можно получать большое разнообразие новых свойств. Кроме того, количество меди в сплаве определяет его цвет.

Так, золотистая бронза получится, если в составе сплава будет около 85% меди, а при уменьшении её количества до 50% получится сплав, имеющий серебристый цвет. Уменьшение же количества меди до 35% и ниже приведёт к получению на выходе серой и даже чёрной бронзы, а увеличение количества меди до 90% и выше приведёт к образованию красной бронзы.

Одной из старых марок бронзовых сплавов является колокольная бронза, применяемая и поныне для литья колоколов. Она содержит 20% олова и 80% меди. Её недостаток — повышенная хрупкость из-за наличия в сплаве большого содержания олова.

Как уже было упомянуто выше, наиболее используемыми являются сплавы меди и олова с добавлением небольшого количества других компонентов. Широкое применение таких сплавов обусловлено, прежде всего, исторически сложившимися причинами, которые привели к вытеснению мышьяковой бронзы из производства.

Такими причинами являются следующие:

  • выработка за многие века месторождений теннантита и других блёклых руд, богатых медью и мышьяком. Такие руды были наиболее удобны для выделки мышьяковой бронзы, так как залегали не очень глубоко, что делало процесс производства более дешёвым по сравнению с другими источниками меди и мышьяка;
  • высокая токсичность производства такой бронзы, вызванная наличием в месторождениях мышьяка, что с неизбежностью приводило к потере здоровья и дальнейшей способности трудиться у опытных металлургов и кузнецов;
  • непригодность металлургического брака и сломанных изделий из мышьяковой бронзы для дальнейшей переплавки на сортовой металл. В лучшем случае такие изделия шли на изготовление бижутерии или неответственных деталей.

Пришедшие на смену мышьяковым бронзам сплавы меди и олова хоть и отличались большей дороговизной производства, но были экономически предпочтительны, так как развитие гужевого транспорта и налаживание вследствие этого торговых связей между городами и странами приводило к увеличению импорта немышьяковой бронзы.

Виды бронзы и характеристики

Развитие же крупного промышленного производства вообще привело к тому, что оловянные бронзы стали чуть ли не самым массовым видом бронз. И лишь в последние сто лет этот вид стали вытеснять сплавы меди с заменителями олова, такие как алюминиевые, кремниевые и, особенно, бериллиевые бронзы.

Таким образом, существуют следующие виды:

  1. безоловянная. К ней относят бронзу, в которой вторыми компонентами являются алюминий, кремний, бериллий и другие металлы и неметаллы. Каждый из этих компонентов придаёт ей особые свойства. Например, алюминий наделяет сплав повышенными антифрикционными свойствами и высокой коррозионной устойчивостью, бериллий повышает прочность и твёрдость, а кремний и цинк улучшают её текучесть и устойчивость к истиранию;
  2. оловянная. Медно-оловянный сплав, в котором медь преобладает. Является одним из первых, освоенных человеком. Обладает высокой, по сравнению с чистой медью, твёрдостью и прочностью, а также более легкоплавка. В таких сплавах олово всегда является вторым по количеству после меди и основным легирующим компонентом.

Третьими же по количеству являются такие дополнительные компоненты, как мышьяк, цинк и свинец. Этот металл из-за очень низкой усадки в основном предназначается для литья, так как с трудом поддаётся обработке давлением, резанию и заточке. Даже склонность к ликвации и низкая текучесть не мешают использовать этот сплав для изготовления конфигурационно-сложных отливок, в том числе и в художественном литье.

Бронза с добавлением цинка носит название «адмиралтейской» и используется для изготовления деталей, имеющих частый или постоянный контакт с морской водой (судостроение). Такая особенность связана с тем, что цинк придаёт сплаву повышенную коррозионную стойкость в указанной среде.

Однако, для придания бронзе коррозионной стойкости в солёной морской воде её всё чаще обогащают алюминием и никелем. Такие сплавы, часто называемые «морскими», идут на изготовление элементов нефтяных платформ, работающих на морских и океанских шельфах.

Чтобы придать бронзе дополнительные характеристики, в неё легируют небольшие количества фосфора, серебра, цинка, мышьяка, марганца и других компонентов. Так, внесение небольшого количества серебра повышает электропроводность бронзы и делает её сравнимой с электропроводностью меди.

Области применения и маркировка

Существуют специальные таблицы, в которых приводятся маркировки и описания всех бронзовых сплавов, выпускаемых промышленностью. Однако, даже не обращаясь к подобным таблицам, можно определить тип и химический состав, если знать, как расшифровывается её маркировка.

По простой маркировке можно узнать их состав. Характерным её признаком в обозначении являются буквы «Бр», что означает «Бронза».

Далее за ними следуют буквы, обозначающие, помимо меди, наличие соответствующих компонентов. Эти буквенные обозначения, установленные нормативными документами, следующие: А — алюминий, Б — бериллий, К — кремний, Ж — железо, Н — никель, Мц — марганец, Мг — магний, С — свинец, О — олово, Т — титан, Ф — фосфор, Ц — цинк.

После буквенных обозначений через дефисы идут числа, обозначающие процентное содержание каждого компонента (после меди). А также применяются обозначения, в которых после каждой буквы указывается процентное содержание того или иного компонента. Чтобы узнать содержание меди, нужно из 100% вычесть процентное содержание всех компонентов.

Вот примеры маркировок и их расшифровок: БрО5Ц6С5 — бронзовый сплав, в котором содержание олова составляет 5%, цинка — 6%, свинца — 5%, меди — 84%; БрО3Ц8С4Н1 — содержание олова — 3%, цинка — 8%, свинца — 4%, никеля — 1%, меди — 84%; БрО10Ф1 — содержание олова — 10%, фосфора — 1%, меди — 89%; БрБ2 — содержание бериллия — 2%, меди — 98%; БрАЖМц10−3−1,5 — содержание алюминия — 10%, железа — 3%, марганца — 1,5%, меди — 85,5%; БрАЖН10−4−4 — содержание алюминия — 10%, железа — 4%, никеля — 4%, меди — 82%.

Благодаря своим разнообразным свойствам этот металл находит самое широкое применение в различных сферах. Из него изготавливают следующие изделия:

  • элементы декора (светильники, статуэтки, подсвечники, пепельницы, решётки, украшения перил и прочие);
  • различную фурнитуру (замки, ручки, накладные петли, краны, смесители и прочую сантехнику);
  • детали машин и механизмов (втулки, уплотнители, шестерни, подшипники, части аппаратуры, работающие под водой);
  • детали для высокоточной техники, навигационных приборов, схем автомобилей;
  • многочисленные фитинги (отводы, углы, переходники, муфты, тройники и прочее);
  • в незначительном количестве ювелирные украшения.

Бронза широко применяется в ракетной технике и машиностроении, авиации и судостроении. Из неё делают предметы высокохудожественного искусства для театров, залов и дворцов, отливают памятники и скульптуры.

Благодаря развитию металлургии, этот металл приобретает всё новые и необычные свойства, недоступные кузнецам и металлургам прошлого. Изобретённый древними, сплав продолжает исправно служить человечеству и прогрессу на протяжении многих и многих веков.

Бронза металл. Описание, особенности и применение бронзы

История бронзы

Известные скульпторы древней Греции Мирон и Поликлет работали с бронзой.

Из этого материала сделана и римская статуя Марка Аврелия на коне датирована 2-ым веком нашей эры.

Уже тогда мастера умели филигранно работать с бронзой, используя ее для создания предметов искусства.

Однако, «бронзовым веком» названы не времена античности, а период с 3500 до 1200 годов до нашей эры.

Именно тогда люди открыли свойства медной руды. Наши предки заметили, что в огне камень плавится. Это и стало началом новой эры.

Человечество отказалось от каменных орудий, заменив их металлическими. Древки стрел, посуда, украшения , — все это древние люди делали из бронзы.

Свойства бронзы

Сейчас сплав, как и тысячелетия назад, представляет собой соединение олово и меди . Оба металла содержатся в медной руде.

Для приготовления бронзы олова всегда требуется меньше, чем красноватого металла.

Избирательно могут быть введены в состав и марганец , кремний , фосфор , цинк .

Последний, к примеру, добавляют, дабы избежать разделения сплава при его охлаждении.

В формах для отливки медь застывает быстрее, отделяясь от олова. Здесь-то на помощь и приходит цинк, заставляющий сплав затвердевать равномерно.

Примеси были и в бронзе, изготовляемой древними людьми. Но, тысячелетия назад дополнительные металлы попадали в сплав случайно.

Наши предки не умели тщательно отделять олово и медь от руды, поэтому плавили все вместе.

Слова «бронза» появилось только во времена Римской империи. Один из ее городов назывался Брундизий. В него торговцы свозили медь. С Британских островов на продажу доставляли олово.

Жители города стали специализироваться на производстве сплава, именовав его в честь Брундизия. Этот город, кстати, стоит и поныне. Теперь он принадлежит Италии и зовется Бриндизи.

Ювелиры любят изготавливать из бронзы реплики, или, говоря проще, копии старинных изделий, хранящихся в музеях мира.

Сплав олова с медью не драгоценный, но именно из него сделано около половины украшений доисторической и античной эпох.

Одевая реплику древнего колье или браслета , человек приобщается к истокам культуры.

Мастера ювелирного дела часто золотят бронзу. Покрытие защищает ее от коррозии и подчеркивает красоту камней , если они есть в изделии.

Если же сплав не дополняют позолотой , то делают это намеренно. На воздухе металл окисляется и покрывается мутной пленкой зеленоватого цвета с прожилками.

Она называется « патина » и придает изделию старинный или, как сегодня принято выражаться, винтажный вид.

В советские времена, кстати, славился магазин комиссионных товаров на столичной улице Дмитрова.

В нем реализовывали старинные изделия из бронзы австрийского производства.

Чаще всего, это были пепельницы, статуэтки животных , украшения . В послевоенные годы, солдаты, вернувшиеся на родину с заграничных полей брани, привезли с собой немало таких изделий.

Не зная истинной цены трофеев, служивые продавали их за бесценок и были весьма удивлены, когда открывшийся в 70-е годы салон стал отдавать бронзовые штучки с молотка за тысячи рублей. Предметы покупали коллекционеры и любители антикварных интерьеров .

Применение бронзы

Бронзу и сейчас часто используют для изготовления предметов интерьера: — дверных ручек, кранов, ваз, витых подставок для цветочных горшков и так далее.

Колокольный звон был бы не так красив, если бы их отливали не из сплава олова с медью, а какого-то другого состава.

В смеси для отливки колоколов много, практически половина, олова. Именно в таких пропорциях сплав становится максимально упругим и звучным.

Звучны и выстрелы артиллерийских орудий. Снаряды для них так же отливают из бронзы. Она содержит лишь 8% олова.

Это делает металл вязким, устойчивым к разрыву, твердым . Бронзу вообще часто используют там, где нужно наделать шуму.

Чего стоят одни ударные инструменты, к примеру, так называемые тарелки на барабанных установках.

Интересно, что удельный вес сплава всегда тяжелее среднего веса своих составляющих.

Кстати, чем быстрее сплав бронзы охлаждают, тем она тяжелее. Вес обуславливается степенью сжатия вещества.

Стоит отметить, что последнее время появились и безоловянные бронзы. Производители ищут новые составы из-за дороговизны олова по сравнению с альтернативными добавками.

Медь смешивают с марганцем, железом , свинцом . Среди сплавов без добавления олова особо ценят бериллиевые и алюминиевые.

Им можно придать дополнительную прочность с помощью обработки высокими температурами, чего оловянная бронза не терпит.

Все бронзы устойчивы к химическим воздействиям, поэтому пригождаются при производстве арматур, в том числе эксплуатируемых в условиях высокой влажности.

Есть медный сплав и в автомобилях. Вкладки подшипников зачастую именно бронзовые. Чтобы изготовить любую деталь из сплава требуются формы для отлива .

Их еще называют модели-матрицы. Для мелких элементов они делаются из воска.

Для крупных деталей форма должна быть разборной, составляться из нескольких частей.

Поэтому при производстве масштабных бронзовых изделий используют обычно пластиковые матрицы.

На последок, заметим, что не будучи драгоценным именно бронзовый сплав «отвоевал» право идти на медали за третьи места в различных соревнованиях.

Бронза имеет такое колоссальное значение в истории человечества, что не грех изготавливать золотые награды за первые, серебряные за вторые, и бронзовые за третье позиции на пьедесталах почета.

Бронзовый век, олово и ниспровергатели истории

Как известно, олово является компонентом бронзы. Существуют, правда, бронзы мышьяковистые, где вместо олова, легирующей добавкой, повышающей прочность меди, является мышьяк. Существуют бронзы, в которых для этих же целей вместо олова используется свинец. Однако, как в древности, так и в настоящее время, в основном, используются бронзы оловянистые, о которых и пойдет речь в последующем изложении.. Таким образом, чтобы выплавить бронзу, кроме меди, нужно олово.

Основным минералом для получения олова является оловянный камень – касситерит, который химически представляет собой двуокись олова. Олово из касситерита легко получить при помощи восстановления в печи при недостатке кислорода, что легко достигается добавлением в шихту древесного угля. Эта технология, несомненно, была доступна древним металлургам. Аналогичным способом получали и получают железо из широко распространенных в природе оксидов железа.

Основные месторождения касситерита в настоящее время находятся в Малайзии, Таиланде, Боливии, Индонезии, КНР, Нигерии, Якутии и Забайкалье. С точки зрения древних металлургов Малой Азии, Кавказа и Европы эти месторождения касситерита находятся у «черта на куличиках» и, конечно, были им недоступны. Правда существуют в настоящее время месторождения олова и в Европе — в Богемии и в Корнуолле. Однако, самым первым изобретателям бронзы они тоже, вряд ли, были доступны. В Богемии касситерит в настоящее время добывают из достаточно глубоко залегающих гранитов и древним рудокопам он был недоступен. Корнуолл находится на острове и тоже далеко от первых центров металлургии Бронзового века – Малой Азии, Кавказа, Центральной и Южной Европы. Возникает вопрос — а откуда же древние могли получать олово для выплавки бронзы, если в Старом Свете оно отсутствует или присутствует, но в недоступных для древних людей местах? Загадка!

Ниспровергатели истории дают такой ответ на эту загадку— Бронзового века не было. Это все выдумки официальной истории. По их мнению бронзу научились делать только в XVII веке, когда касситерит стали добывать, взрывая горную породу или доставлять морем из дальних стран. До того времени, когда порох начали применять в горном деле, или до развития мореплавания , когда касситерит стало возможно доставлять в Европу морем, ни о каком использовании в Европе касситерита-оловянного камня говорить не приходится. В общем дурит нашего брата официальная история. Не было никакого Древнего Мира (см. Новая Хронология) и никакого Бронзового века.

Попробую дать свой ответ на эту Загадку.

Для этого придется немного погрузиться в геологию, чтобы понять, где встречается в природе оловянный камень — касситерит.
Обратимся к горной энциклопедии http://enc-dic.com/enc_rock/Kassiterit-1264.html
«Наиболее крупные скопления Касситерита связаны с высокотемпературными грейзеновыми и гидротермальными месторождениями . Во многих гранитах Касситерит. присутствует в качестве акцессорного минерала (малой примеси)…. Сильно изменённые каолинизированные оловоносные граниты представляют промышленный интерес.»
Здесь нужно некоторое пояснение про грейзеновые месторождения. Читаем в Вики:
«Грейзен — метасоматическая горная порода, состоящая в основном из кварца и светлых слюд (лепидолита, мусковита), часто содержит ценные рудные минералы в виде вкраплённости (касситерит, вольфрамит, танталит и др.). Грейзен — ведущий поисковый признак на месторождения руд редких металлов и цветных камней (топаза, берилла и др.).
Грейзены образуются при температуре 400-500 градусов Цельсия, и связаны с изменения гранитных пород под действием газов и растворов, отделяющихся от охлаждающихся гранитных тел». То есть, грейзены образуются из гранитов.
Таким образом, месторождения касситерита связаны с гранитами — самой широко распространенной горной породой. «Граниты — визитная карточка Земли».
Опять загадка! Гранитов в Европе, в Малой Азии, в Иране, на Кавказе полным полно, а касситерита — оловянного камня очень мало. А если и есть, то залегает в гранитах глубоко под землей.
А что же представляют собой разрабатываемые в настоящее время месторождения касситерита? Информация об этом имеется, например в работе геолога Эдварда Эрлиха “Минеральные месторождения в истории человечества”
http://www.port-folio.org/2005/part215.htm
Читаем : «Как и во многих других горнорудных провинциях, добыча начиналась с разработки россыпей (россыпи и в наши дни поставляют 80% мировой добычи олова). Лишь позже, по мере выработки россыпей, в средние века перешли к отработке индивидуальных жил, пронизывающих граниты и вмещающие их породы. »
В другой популярной книге – Розен Б. Я. «Соперник серебра.» — М.: Металлургия, 1984.
читаем:
«В начале своего знакомства с оловом древние люди добывали оловянную руду из россыпей, преимущественно в речных наносах. В те времена им были уже знакомы россыпное золото и техника его отмывки от речного песка. Позднее стали добывать олово из глубоко залегающей оловянной руды.
Добывали руды открытым способом. В открытых выработках делали перемычки (целики), защищавшие рудокопов от завалов и гибели под обломками, хотя и нередко бывали несчастные случаи. До сих пор при археологических раскопках древних выработок в Сибири, Казахстане, на Алтае и других местах на территории нашей страны и во многих странах, где уже в бронзовом веке добывали медь и олово (в Англии, Китае и Перу), находят скелеты погибших горняков.
В подземных штольнях также оставляли целики для защиты от возможных обвалов. Но это были уже столбы или колонны, выложенные из породы, которые поддерживали свод штольни. Такие крепления встречаются во многих древних выработках, где добывали медь и олово. Нередко подобные подпорки складывали из каменных плит или глыб, а в местах, где было много леса, часто использовали деревянные столбики. В те далекие времена в подземные галереи спускались по вырубленным в породе ступеням или деревянным лестницам. Чаще всего это были бревна с зарубками или же деревья с обрубленными толстыми сучьями. На Урале, в одном из древних рудников, была найдена такая лестница. По таким примитивным лестницам рудокопы не только спускались в штольни и выработки, но и поднимали руду в корытах, кожаных сумках, плетеных корзинах.»
http://tapemark.narod.ru/olovo/index.html

Таким образом, геологи нам говорят, что касситерит и в настоящее время добывается, в основном, из россыпей — из речных наносов, а не из коренных пород. Речные наносы и россыпи, так сложилось в геологии, называются аллювиальными. Они являются результатом выноса реками горных пород, которые были разрушены в результате эрозии. В аллювиальных россыпях находят многие ценные минералы и драгоценные металлы, в то числе золото. В том числе и оловянный камень – касситерит. Чем древнее горы, тем больше они подвержены эрозии и тем толще аллювиальные отложения. Древние горы — Урал, Карпаты, Татры, Рудные горы в Центральной Европе всегда были источником ценных минералов и драгоценных металлов — золота и серебра. И, если золота, серебра, оловянного камня там сейчас осталось мало, то это не означает, что их никогда там и не было. Они там были, но их не стало в результате интенсивной добычи. Во времена Бронзового века касситерит, медные руды и леса были стратегическими материалами, примерно такими же, как и в средние века алюмокалиевые квасцы, необходимые для получения пороха или сейчас, например, уран, необходимый для ядерного оружия.
Отсутствие касситерита в россыпях в тех местах, где процветали цивилизации Бронзового века означает лишь то, что его вымели там подчистую. И, если оловянный камень и сохранился на поверхности в настоящее время, это означает лишь то, что в древности эти места были захолустьем мировой цивилизации.
Ситуация с касситеритом в современности аналогична с ситуацией с лесами. В центрах цивилизаций Бронзового века, например, на Кипре и в Греции лесов в настоящее время нет. Леса там были уничтожены в результате использования в металлургии, поскольку для восстановления металлов из оксидов необходим древесный уголь.
В той же работе Эдварда Эрлиха “Минеральные месторождения в истории человечества” читаем:
«Важнейшим элементом производства металла было топливо, в частности, древесный уголь. Массовая дефорестация (уничтожение лесов) восточного Средиземноморья началась к 1200 году до н. э., по-видимому, сначала в сухих районах. Во всяком случае, уже законы Хаммурапи (1750 лет до н. э) налагали высокий штраф за вырубку лесов. По реконструкции современных археологов, производство рудниками Лавриона в Аттике трех с половиной тысяч тонн серебра и 1.4 миллиона тонн свинца на протяжении 300 лет сопровождалось уничтожением 2.5 миллиона акров леса. Разработка рудников Лавриона была приостановлена не из-за исчерпания запасов руды и не потому, что выработка опустилась ниже уровня подземных вод, а из-за того, что стоимость «горючего» для производствам металла – леса -делала рудники убыточными. По словам Платона, район вокруг Афин когда-то он был покрыт густым лесом. Ныне же это – кожа и кости прежней Аттики. Именно металлургия привела и к полному уничтожению растительности Кипра, также некогда покрытого густыми лесами. По свидетельству Эратосфена, до начала интенсивной разработки меди леса на Кипре были так густы, что их вырубка поощрялась. »

Таким образом, мне представляется, что очередной «открытие» ниспровергателей истории можно смело считать закрытым. Бронзовый век был и, именно, деятельность человека в это время и привела, как к уничтожению лесов в Восточном Средиземноморье, так и к полному исчезновению оловянного камня из россыпей в Южной и Центральной Европе и на Ближнем Востоке.

P.S. Интересно, что такую же судьбу имеют и месторождения малахита, который являлся одним из основных минералов для выплавки меди. В настоящее время малахит остался в Конго и в небольшом количестве на Урале. На Ближнем Востоке и в Южной Европе, где в свое время процветали цивилизации Бронзового века, малахита нет. Однако, так было не всегда. Археологи раскопали в древних неолитических слоях в поселениях Малой Азии (VI-VII тысячелетия до н.э.) куски малахита вместе с кусками меди и древесного угля, что говорит о существовании там металлургии меди.
см. Вяч.Вс. Иванов “История славянских и балканских названий металлов”

Правда, последующие исследования не подтвердили наличия металлургии меди в древнейших слоях 8500 лет до н.э. Медные минералы оказались в золе случайно, но тем не менее они там были в древности, а теперь их там нет.

Вероятнее всего, месторождения малахита в этих местах были также выработаны для получения меди еще в древности.

Читайте также:  Подготовка поверхности под покраску
Ссылка на основную публикацию