aldanov (aldanov) wrote,
aldanov
aldanov

Categories:

Термические технологии: печи и температуры. 4. Медь в Древнем Царстве Египта. Продолжение.

Продолжаем начатую в предыдущей статье тему.
Поговорим еще об этапах развития процесса плавки, а в этой связи обратимся к  увеличению твердости и иным вопросам улучшения качества медного инстумента. Рассматривая постепенно эти детали, мы сможем убедиться,  что и в самом деле производство медного инструмента в Древнем Египте (рис. 10) прошло через многочисленные усовершенствования.
chisel-204-5 (1)
Рис. 10.  Медное долото из Кахуна, около 1900 гг. до н.э. Своего рода воплощение цивилизации: за ним примерно 1500 лет истории усовершенствований технологии печей, отливок, сплавов и ковки. Музей Манчестера.
Развитие процесса плавки и и связанных с ней технологий.
В  начале очерка я описывал несколько типичных для разного времени печей. Они ассоциируются также и с другими процессами производства медного и бронзового инструмента. Мало медь расплавить, нужно еще и работать с жидким, текучим металлом, позволяющим себя правильно отформировать. Для этого нужна определенная разница между температурой плавки и обработки.

Существуют  определенные этапы развития древней плавки.
Первоначально это просто восстановительная плавка с углем в примитивной печи в одном горшке. Получается не очень качественная (пузыри) и плохо обрабатываемая ковкой медь, пригодная преимущественно для столярных медных инструментов  ( Dieter Arnold. Building in Egypt: Pharaonic Stone Masonry Oxford University Press, 1991).
На втором этапе используют печь, в которой достигается высокая температура, и добавляют помимо угля и другие добавки – флюсы, понижающие температуру плавки. В Египте в качестве флюсов использовались силикаты, содержашие окислы железа (песок, к примеру). Железо при такой обработке частично переходит в медь. Момент применения флюсов фиксируется по заметному увеличению содержания железа в меди:  0,3-1,0 % и более.  На этом же этапе начинают получать сплавы меди – такие, как мышьяковистая бронза, и бронзы с оловом, имеющие более низкую температуру плавления, чем у чистой меди. Они также  более текучие, без пузырей, лучше формуются  при отливке, намного лучше куются. И  инструмент на этом этапе получается более твердым, пригодным уже и для работ по камню.
На третьем этапе все шире используется переплавка меди и иные способы рафинирования. Печи тут многокамерные и широко используется поддув – естественный или через трубки.
Для Египта характерно то, что от переход от первой стадии к третьей произошел довольно быстро: за времена 1-2 династий,  то есть в 2900-2590 гг. до н.э. Причем главные события состоялись где то на границе 1-2 династий.
Борьба за твердость: ковка, мышьяковистая бронза и бронза истинная.
Лукас «При изготовлении кинжала, ножа или долота режущий край, естественно, приходилось отковывать для отточки и придания ему нужной формы. Ковка увеличивала твердость металла, и это не могло долго оставаться незамеченным. Но при слишком продолжительной ковке медь становится хрупкой. Это также было  скоро замечено, и против этого были приняты меры. Средством понижения хрупкости меди служит нагреваниеее до температуры от 500 до 700° по Цельсию. Процесс этот называется отжигом, или отпуском, и цель его — сделать медь не твердой, как иногда ошибочно утверждают,а мягкой. Единственным средством придания меди твердости была ковка, и так называемый «утраченный секрет», о котором так часто говорят, является мифом. Деш на опыте доказал, что медь с исходной твердостью 87 (по шкале Бринелля) можно одной лишь ковкой довести до твердости 135. Твердость испытанной тем же способом современной стали колеблется от 100 до 800. Процесс ковки вызывает изменения кристаллического состояния, при которых медь тверже, чем в обычном состоянии. Через некоторое время это ненормальное состояние проходит и медь возвращается к своему обычному мягкому состоянию».
Медь хорошо, бронза лучше.  В статье Рузановой собрана статистика распространенности чисто медных предметов и различных сплавов меди – прежде всего, с мышьяком и оловом (табл. 1).
Работала она с базой данных 1606 предметов, но анализ проводился лишь для некоторых из них, а именно для 220, и не Рузановой, а авторами соответствующих работ. Но результаты все равно достаточно показательны.
Рис. 1. Статистика состава металлических предметов

Период
Чистая медь Медь+ Мышьяк Медь + Олово (Бронза) Медь+Мышьяк + Олово
Ранний (1-2 династии), около -2900 -- - 2590 41 19 4 0
Древнее Царство (3-6 династии) 41 27 5 1
Переходный период 1 (7-11 династии) 1 15 3 1
Среднее царство (12 династия) 10 3 9 4

Некоторые важные замечания по применению этих сплавов:

  1. Применение мышьяковистой меди росло со временем, пока от нее не отказались в пользу бронзы – в РД таких изделий было  27%, в ДЦ – 36%, в ПП1 -75%, в СЦ – всего лишь 12,5%

  2. Применение мышьяковистой меди – оружие и инструмент, а в смеси с сурьмой – обязательный материал для изготовления зеркал, поскольку в  этом случаи добавки образуют серебристый налет на поверхности.

  3. Главное применение мышьяковистой бронзы с точки зрения технологий – ковка заготовок или литье с последующей небольшой ковкой.

  4. Олово начало встречаться в сплавах в количестве 1,0-1,4% в период РД, но лишь в период ДЦ стало  достинать 8,5-11%. Поэтому считается, что сознательное проиводство бронзы относится лишь к Древнему Царству.

Чем хороша добавка мышьяка в медь? «Мышьяк в медных сплавах улучшал их физико-механические свойства. Присутствие в меди 0,5% мышьяка улучшает ее ковкость в холодном состоянии, дает возможность получить более плотные отливки, а также увеличивает жидкотекучесть сплава. Таким образом, присутствие мышьяка в меди облегчало получение плотных отливок в рельефных литейных формах; без присадок мышьяка или же других легирующих элементов это представлялось сложной задачей. Кроме того, по сравнению с чистой медью, плавящейся при температуре 1083oС, медь, легированная мышьяком, плавится при более низкой температуре, зависящей от содержания мышьяка в сплаве. То же самое относится и к твердости мышьяковистой меди, которая в результате наклепа резко повышается. Предметы из мышьяковой бронзы легко поддаются холодной ковке и по твердости мало уступают оловянистой бронзе (твердость кованой мышьяковой бронзы в условных единицах, по Виккерсу, от 100 до 245, оловянистой - от 116 до 252). С увеличением содержания мышьяка до 8% пластичность мышьяковистой меди не ухудшается, в отличие от медно-оловянного сплава, но выше этого предела пластичность падает и сплав становится хрупким. Таким образом, мышьяковистая медь по многим физико-механическим свойствам не уступает различным типам медно-оловяпных сплавов. Цвет мышьяковистой меди различен (от белого до красноватых и золотистых оттенков). Всеобщая история химии. Возникновение и развитие химии с древнейших времен до XVII века. – М.: Наука, 1980.
Сознательное использование мышьяковистой бронзы началось во времена Первой или Второй династии – во всяком случае, во времена Второй династии мышьяковистая бронза получила широкое распространение, а к концу Третьей ножи из  этой бронзы совершенно вытеснили кремневые ножи, которые клались в погребения. То есть мы видим, что появление бронзы внесло многочисленные заметные изменения в культуру – вплоть до изменения ритуальных предметов.
Воздушное дутьё и тигли времен 4 династии.
Мы говорили о том, что при добыче меди в Синае египтяне научились использовать естественные дневные потоки воздуха для увеличения температуры в батареях печей. Но, конечно, воздушный поддув можно создавать и искусственно, особенно, когда нужна переделка медных заготовок в сложные литые объекты. Самое раннее изображение  такого поддува относится ко времени 5 династии (рис. 11).
поддув
Рис. 11. Изображение воздушного дутья при плавке металла – мастаба визиря Мереруки, 5 династия  (P. Duell, The Mastaba of Mereruka 1 (OIP 31; Chicago, 1938), pl. 30.
Однако, судя по тому, что передельная плавка заготовок или медного лома нужна была уже и для изготовления статуи Хесемхемуи и вообще коррелирует  со сложным литьем, можно предположить, что воздушное дутьё возникло ранее 5 династии, а именно не позже   2 династии.   
Останки трубок для дутья были обнаружены в 1998 году в медной мастерской 4 династии в Гизе вблизи «великих пирамид». Они были керамическими. Любопытно, что сама мастерская была открытой и расположена так, чтобы улавливать северный ветер, который в этих местах дует регулярно.  То есть тут обнаруживается весь набор приемов поддува того времени – естественный и воздушное дутье. Нет только мехов, которые были изобретены позже.
Авторы находки доказывают также, что для плавки использовались тигли типа керамических хлебных форм (рис. 12), поскольку в найденном ими тигле плавили медь.
LCA2b
LCA3
630681
Рис. 12. Хлебные горшки времен 4 династии и аналогичный сосуд на фреске 5 династии.  A relief from the mastaba of Niankhkhnum and Khnumhotep - Metalworkers at a forge Country of Origin: Egypt Culture: Ancient Egyptian Date/Period: 5th dynasty c 2494 - 2345 BC Place of Origin: Saqqara /
Глядя на эти тигли, мы должны, вероятно, исправить сделанную в первой части оценку производства в древнеегипетской печи: в таком тигле нельзя выплавить 5 кг металла из руды. Не поместится необходимая  руда (даже богатая - 20%),  древесный уголь и флюсы. В таком тигле можно получить оценочно лишь 0,5-1 кг меди.
Кстати, наряду с этими тиглями использовались и тигли иного типа, связанные с печью-, прямо под них приспособленной. На рис. 11 изображены тигли такого рода (рис. 13 – увеличенные фрагменты):
тигли
Рис. 13. Специальные тигли в печи с искусственным поддувом - мастаба визиря Мереруки, 5 династия.
До поры до времени могло показаться, что это просто некая техническая вольность художника, поскольку такие тигли не находили.
Однако, похоже, что они были реально: в Месопотамии в Телль-ад-Дибаи (Tell edh-Dhiba’i) нашли такие тигли в слоях, относящихсяк началу 2 тыс. до н.э. (рис. 14), а именно примерно к 1800 гг. до н.э.
тигль-рог
Рис. 14. Тигель из Телль-ад-Дибаи в «стиле Мереруки» - Davey, C.J. & EdwArdS, W.I., 2007. Crucibles from the Bronze Age of Egypt and Mesopotamia.  Proceedings of the Royal Society of Victoria 120(1): 146–154. ISSN 0035–9211. Отверстие, вероятно,  было  открыто  для стока металла.  Авторы статьи каются, что экспонат частично испортил дождь, – сосуд специально не обжигали и он оказался способен размокать. Вероятно, для плавки использовали вылепленные из глины и слегка подсушенные сосуды, разовые, а не постоянные. Что само по себе интересно и отвечает на вопрос, почему их не нашли в самом Египте: такие сосуды выбрасывали и они не обязаны были уцелеть. Обратим внимание на низ сосуда: он сделан  узким и наклонным к выходу.
Предложенная схема работы с таким тиглем – на рис 15.
тигель в работе
Рис. 15 . Авторы считают, что поддувка осуществлялась прямо в тигель, где перед ступенчатым барьером накапливались медь, пока барьер не разбивал литейщик.
Авторы упомянутого исследования оказались дотошны – они реконструировали «тигель Мереруки»,  и попробовали провести плавку по древнему образцу, измеряя при том температуру – и достигли за 30-40 минут температур диапазона 1140-1200оС. (Чистая медь плавится при 1084о С). Жаль, что они не попробовали сделать многосотовую «печь Мереруки».
Медное литье.
Лукас:  «Позднее было обнаружено, что медь значительно легче и скорее формовать путем плавки и отливки ее в формы. Формы были открытыми. ...  Насколько мне известно, древнейшим примером литья является топор среднего додинастического периода, найденный Брайтоном. Исследовавший его.  Г. Карпентер пишет, что «он был отлит в грубой форме, а затем либо подвергнут холодной ковке и закален, либо откован в горячем состоянии» .
Это верно, что вначале применялись открытые формы: посмотрим   сирийскую, вырезанную из песчаника (рис. 16) и  керамическую египетскую (рис. 17). Такие формы были в ходу достаточно долго: заготовки перед ковкой не требовали  законченной формы, а только ее «наброска».
Другое дело, когда нужно было произвести отливку сложной формы или деталь, не предназначенную для дальнейшей переделки.
BM, Nov-2007 172
Рис. 16. Форма для отливок из печаника для производства меди или бронзы из Чагар-Базар (северо-восточная Сирия 2400-1900 BC (WA 125493). Как мы видим, эта форма позволяла отлить кинжал, долото, три заготовки для ковки и еще какой-то непонятный объект. Британский Музей.

Pottery mould
Рис. 17 Керамическая литейная форма для отливки медных долот, Кахун, около 1890 гг. До н.э хранится в Музее Манчестера.  
Использование объемных форм, то есть соответствующих моделей для отливки – вначале из твердого материала а потом из воска или чего-то подобного  –  необходимый следующий этап развития литья. Огден[1] утверждает, что такие модели применялись, к примеру, для изготовления носиков медной посуды уже во  времена Древнего Царства (см. рис. 18).

медная посуда
сосуд Хесемхемуи
Рис. 18 Вставные носики медных сосудов, о которых пишет Огден  – фото по книге - Arnold, D. The Pyramid of Senwosret I, The South Cemeteries at Lisht I, New York: Metropolitan  Museum of Art 1988.
И сосуд из гробницы Хесемхемуи (2 династия).    Прекрасно виден литой вставной носик. Музей Университета Пенн.

Вероятно, отливками были все   медные статуэтки. Потому начало их производства является внедрением  объемных форм. Лукас пишет: «Пожалуй, самыми замечательными образцами ... искусства являются большая статуя Пепи I (VI династия) и найденная вместе с ней небольшая статуя — древнейшие известные нам египетские статуи из металла, причем одна из них является и самой крупной».    Они изображены на рис. 19.
pepi1crook
PepiI-CopperStatue-Cropped
1106-Musee Pepi I
Рис. 19. Статуи Пепи I (правил 2276–2228) и его сына Меренры (2227–2217) (Каирский музей). Доказательство того, что во времена VI династии успешно развивалось искусство, появившееся еще во времена Хесемхемуи (2610–2593).
Лукас: «Статуи Пепи не были древнейшими металлическими статуями в Египте. В надписи на Палермском камне говорится об изготовлении медной статуи Хасехемуи (II династия)».
Экономия меди – полые статуи – требовала использования сложных форм. Возможно и очень вероятно, однако, что статуя Хесемхеиуи была цельнолитой.
Итак, мелкие объемные отливки (носики, сложные по форме небольшие предметы) встречаются впервые именно во времена 2 династии, как и не дошедшая до нас статуя фараона Хесемхемуи.

Пайка и покрытия.
Лукас: «Банистер утверждают, что «нет никаких свидетельств применения сварки, твердого припоя из меди или бронзы или мягкого припоя до позднеримского периода»... Мягкий припой не был известен до позднего времени; однако я знаю один случай применения твердого припоя для спаивания меди в гробнице Хетепхерес. Однажды я чистил цилиндрические медные втулки для вертикальных подпорок балдахина, сделанные из свернутых в трубку листов меди с заходящими друг на друга краями. Вдруг я заметил тонкий серебристо-белый слой по обеим сторонам швов и между двумя слоями меди. Анализ показал, что этот слой состоял если не целиком, то в значительной степени из серебра, хотя нельзя совершенно исключить присутствие в нем небольшого количества меди. Совершенно очевидно, что он играл роль припоя. Припой на бронзовой флейте поздней эпохи «почтине уступает по составу лучшим современным припоям». Как серебряные, так и медные трубы из гробницы Тутанхамона спаяны, и, по-видимому, серебром.  Практиковалось также покрытие меди серебром (один пример) и золотом (много примеров)».
«Известно, что тонкая листовая медь употреблялась еще в эпоху I династии для покрытия деревянных изделий, причем металл прикрепляли медными гвоздиками. Тонкие полоски меди в очень раннее время применялись для скрепления дерева».







[1] Ogden, J. (2000). Metals, in Ancient Egyptian Materials and Technology, eds. P. T. Nicholson & I. Shaw Cambridge: Cambridge University Press.
Tags: Египет, Технологическая цивилизация
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 6 comments