Экспериментальные исследования в области древней цветной металлообработки (по материаламкулайской культуры. Васюганский этап) | Вестн. Том. гос. ун-та. 2009. № 329.

Экспериментальные исследования в области древней цветной металлообработки (по материаламкулайской культуры. Васюганский этап)

Представлены результаты экспериментальных исследований автора в области цветной металлообработки раннего железного века. Исследования проведены на основе археологических материалов васюганского этапа кулайской культуры и затронули вопросы организации и практической реконструкции бронзолитейного производства, изготовления экспериментальных моделей от определения состава и структуры формовочных материалов до изготовления изделий, соответствующих историческим образцам.

Experimental researches in the field of ancient nonferrous metalworking. On the materials of the Kulaj culture (Vasyugan stage).pdf Использование данных спектрального, структурно-го, трассологического анализов в исследовании цвет-ной металлообработки позволяют составить опреде-лённое представление о деятельности древних литей-щиков и металлургов. Каждый из традиционных мето-дов исследования важен для теоретической реконст-рукции процесса производства медно-бронзовых изде-лий. В решении же вопросов организации литейного производства, трудоёмкости и энергоёмкости процесса в целом или на отдельных его этапах наряду с другими методами важнейшее значение имеет метод практиче-ского моделирования. Возможность личного участия исследователя в производственном процессе позволяет получить более полное представление о сути происхо-дящего. Кроме того, в процессе моделирования иссле-дователь имеет возможность, изменив условия функ-ционирования теоретической модели, наблюдать и анализировать результаты изменений.Степень достоверности полученной в ходе экспе-римента информации и обоснованность выводов отно-сительно решения поставленных перед экспериментом задач в большей мере зависит от подготовки экспери-ментальной базы и ответственности исследователя в выборе и соблюдении в ходе эксперимента обязатель-ных параметров организации процесса. Речь идёт не столько о том, чтобы расплав металла соответствовал по своему составу историческому, сколько о соответст-вии условий практической организации процесса его теоретической модели, построенной по результатам археологических исследований. Эксперимент должен являться частью заключительной фазы исследования на уровне обобщения и интерпретации, построенного на анализе археологического материала. Эксперимент ради эксперимента, базирующийся на произвольно взя-тых материалах и в условиях, не соответствующих ис-торическим, неизбежно приведёт исследователя лишь к его личному «жизненному» опыту в этой области, не более. Для построения экспериментальных моделей автор данной работы опирался на опыт других иссле-дователей. Не всегда результаты их экспериментов со-ответствовали задуманному. Однако для анализа ис-ходных данных был важен любой опыт. Так, опреде-лённый интерес в отношении зависимости обоснован-ности выводов по организации и структуре древнего производства от «чистоты» экспериментальных иссле-дований представляли работы И.Г. Глушкова по рекон-струкции бронзолитейного производства ранней и раз-витой бронзы таёжной зоны Западной Сибири и моде-лировке литья [1. С. 39].Основным условием проведённого им эксперимента по плавке металла было отсутствие искусственного дутья, мотивируемое тем, что на поселениях бронзово-го века глиняные сопла не встречены. По сообщению исследователя, металл достиг жидкой фазы при разо-гревании тигля в продуваемом ветром костре типа «но-дья» без искусственной тяги. Археологические мате-риалы свидетельствуют о том, что кулайцы производи-ли плавку металла в очагах жилищ, где едва ли воз-можно было достичь сильной тяги за счёт большого ветра. Кроме того, температура плавления высокооло-вянистой бронзы, использованной в эксперименте дос-тигает 698°, что вполне возможно получить в проду-ваемом ветром костре [2. С. 108]. Результат спектраль-ного анализа кулайского инвентаря свидетельствует о применении кулайцами «черновой» меди и низкооло-вянистых бронз, лигатура олова в которых едва пре-вышает 9%. Такой металл можно расплавить только при более высоких температурах - от 975 до 1030°, получаемых с помощью искусственного нагнетания воздуха в горн, причём разливка металла в формы воз-можна только при его перегреве порядка 110-150°, т.е. при температуре не менее 1100-1200° [3. С. 206]. От-ливки планировалось производить в земляных формах, бытовавших, по мнению автора эксперимента, в то время [1. С. 39]. При этом не было принято во внима-ние то, что собственно земляные формы, применяемые в литейном производстве, - изобретение средневеко-вых мастеров. Такая формовочная смесь (земля) состо-ит из искусственно составленных химических компо-нентов с подбором огнеупорных глин (например, бен-тонитовых) и песков (SiO2). Естественная земля из-за обилия в ней органических соединений, известковых включений и прочего для применения в качестве фор-мообразующего материала использоваться не может. Форма, изготовленная из естественной земли, неиз-бежно разрушится при заливке в неё меди или сплава на медной основе ещё на жидкой фазе металла. Следо-вательно, постановка вопроса о литье кулайцами изде-лий в земляные формы едва ли резонна.В ходе эксперимента жидкая фаза металла была полу-чена на костре без поддува и без особых усилий со сторо-ны исследователя. Несмотря на то, что не было отлито ни одного изделия, аналогичного историческим, автор работ пришёл к выводу об «относительной простоте и обыден-106ности» бронзолитейного производства. Восприятие литья как трудоёмкого и особо значимого для древних процесса оказалось, по его мнению, лишь мифом [1. С. 39].Состоявшимся и значимым можно считать экспе-римент, в ходе которого осуществлены все фазы про-цесса и получен определённый результат, причём про-цедура его получения должна быть проведена неодно-кратно в аналогичных условиях и при строго выдер-жанных, контролируемых исследователем параметрах. Насколько велика научная значимость эксперимента, если у исследователя нет возможности (например, из-за сильного жара костра) контролировать процесс на его этапах (фазах) и возможна лишь конечная констатация результата типа «металл расплавился»?На совершенно иных принципах строились экспери-ментальные исследования С.А. Григорьева и И.А. Ру-санова в 1989-91 гг. В построении экспериментальной модели ими использовались материалы металлообра-ботки Аркаима - археологического памятника XVIII-XVI вв. до н.э. Комплексные исследования включали: реконструкцию теплотехнических сооружений, выжиг угля, выплавку меди из руды, производство технологи-ческой керамики [4. С. 147-158]. Важным представляет-ся вывод, к которому пришли исследователи: нельзя построить общую, достоверную для всех обществ уни-версальную модель металлургии или металлообработки. Экспериментальные «работы должны быть привязаны к конкретному археологическому прототипу, повторять его технологические сооружения и базироваться на тех же сырьевых источниках» [4. С. 157]. Эксперимент как часть аналитических исследований можно представить точным инструментом, воздействующим не на всё про-изводство как область исследования, а на конкретную его часть - звено в общей системе.Более широкие задачи решались в ходе эксперимен-тальных работ на Самарской Луке в 1986-1990, 1992 гг. под руководством С.А. Агапова. Исследования включали весь цикл металлообработки - от подготови-тельных операций (выжиг угля, создание технологиче-ской керамики и т.д.) до моделирования процесса литья и обработки полученных изделий [5. С. 35-37]. За про-тотип была взята местная металлообработка позднего бронзового века. Особое значение в эксперименте при-давалось получению качественных отливок, соответст-вующих по внешнему виду историческим. Плавка про-изводилась в полузакрытых гонах с искусственным поддувом. В качестве топлива использовался древес-ный уголь. Всего было поставлено около 70 опытов, однако исследователям так и не удалось решить вопрос раскисления купридов, периодически образовываю-щихся при вторичной и последующих переплавках ме-талла и отрицательно влияющих на качество отливок [5. С. 37]. В ходе экспериментов определялась зависи-мость сокращения теплопотерь от размеров операци-онного пространства горна. Отработанная «идеальная» технология предполагала возможное уменьшение ра-бочей полости горна при подаче в него воздуха через сопло, направленное внутрь тигля, а не под его дно.Экспериментальные исследования автора на базе Томского госуниверситета показали, что размер полос-ти горна не имеет принципиального значения при дос-тижении температуры, необходимой для расплавленияв тигле небольшого количества металла. Более того, значимым для удачного завершения операции являют-ся качество топлива и сила дутья, причём не столь важно, под каким углом к тиглю направлено сопло. Результат опытов на Самарской Луке показал, что «процесс литья цветных металлов состоит из несколь-ких стадий, каждая из которых требует соблюдения тончайших нюансов, познаваемых нередко только эм-пирически» [5. С. 36].Построение производственной экспериментальной модели должно базироваться на изучении сохранив-шихся на изделиях следов производства, причём, как отмечал С.А. Семёнов, «...анализу подвергаются две группы следов: 1) следы изнашивания или употребле-ния и 2) следы обработки» [6. С. 5]. Формальный под-ход к анализу имеющихся на изделиях следов может привести к неверным выводам относительно приме-няемых в производственном процессе операций, когда, например, продольные следы спила и заточки литника на изделии можно принять за оттиск поверхности мо-дели на внутренней стенке формы. Относительно ре-конструкции приёмов цветной металлообработки нель-зя не согласиться с точкой зрения Г.Ф. Коробковой, отмечающей подчинённость экспериментальных ис-следований трассологическим [7. С. 14].Значимость экспериментальной работы во многом определяется задачами и методикой её выполнения. Так, можно изготовить орудие, внешне похожее на древнее, не уделяя внимания технологическому аспек-ту. Результат в этом случае будет ярким показателем опытности мастера. Более важными представляются опыты по восстановлению древней технологии, моде-лируемой по результатам исследований, даже и не дав-шие в результате ярких изделий, подобных историче-ским, но позволяющие исследователю зримо и объек-тивно судить о процессе. Обоснованием эксперимен-тальных работ, произведённых автором, послужили пять положений, сформулированных Р. Эшером: пре-вращение рабочей гипотезы в проверяемую форму; отбор экспериментального материала; возможность оперирования материалами; наблюдение результатов эксперимента; интерпретация результатов в заключе-ние [8].При этом учитывалась необходимость соблюдения следующих условий: выбор именно того материала, который был доступен древним литейщикам; поиск среди археологических материалов аргументированных доказательств правильности теоретически построенной модели; исполнение максимального количества воз-можных экспериментальных вариантов.Всего плавка металла в экспериментальных горнах проводилась автором 27 раз. Горн оборудовался на Ит-кульском 1 городище близ д. Даутово в Челябинской области [9. С. 100-108], на Мысовском 2 поселении и поселении Малгет в Колпашевском районе Томской области [10. С. 109-117; 11. С. 142-143; 12. С. 26-34], на оз. Арантур в Советском районе Ханты-Мансийского автономного округа. Первые попытки расплавить медь в открытом горне на костре имели место на территории поселения Малгет. В горн - обма-занное слоем глины блюдцеобразное углубление диа-метром около 0,8 м, загружались сухие берёзовые дро-107ва. В центре горна на камне был установлен глиняный тигель со слитками меди. Воздух нагнетался в горн через сопло простейшим однокамерным мехом. Интен-сивное горения дров, что по замыслу эксперимента должно было обеспечить высокую температуру, сдела-ло совершенно невозможным из-за сильного жара ма-нипуляции с мехом, установленным непосредственно у горна, и тем более с тиглем, находящимся в эпицентре костра. После двух попыток был констатирован отри-цательный результат. После затухания костра выясни-лось, что тигель по верхнему краю ошлаковался, медь в тигле так и не расплавилась. Стала очевидной необхо-димость поиска других решений построения экспери-ментальной модели, опирающейся на аналитические разработки и данные археологических исследований.Разработанная программа экспериментальных работ включала следующие направления: 1. Подготовитель-ные работы, предусматривающие отработку техноло-гии выжига угля; подготовку сырья для изготовления тиглей, форм, сопел; изготовление мехов; сооружение горнов. 2. Изготовление литейных форм, тиглей, сопел. 3. Плавка металла и заливка его в формы. 4. Обработка экспериментальных отливок.Экспериментальные модели. Выжиг угля. Дре-весный уголь использовался во всех металлургических и металлообрабатывающих производствах древности. Углежжение представляет собой процесс, при котором в ходе камерного нагревания дерева происходит его разделяющая дистилляция. Процесс преобразования дерева в уголь сопровождается выделением дистилля-та - древесного дёгтя, образующего на стенках камеры тонкий налёт. Для протекания процесса необходимо отсутствие доступа воздуха в рабочую камеру. В древ-ности, как известно, применяли два способа выжига угля: в ямах и штабелях (кучах). Серия экспериментов по выжигу угля была проведена чешскими археологами в Бржезне. Лучший результат они получили при выжи-ге в штабелях, высота которых составляла около 1,5 м. Однако постоянно появляющиеся в дерновом покры-тии штабелей разломы и трещины создавали угрозу золообразования [13. С. 156]. Исследователи не учли, вероятно, что при выжиге угля в ямах поверхность дернового покрытия дров меньше и, соответственно, меньше угроза нарушения восстановительной среды при проникновении воздуха через разломы в дерновом покрытии.На Степановском 1 поселении (Томская область), восточнее жилищной западины № 2, была обнаружена яма, интерпретированная Л.А. Чиндиной как яма для выжига угля [14. С. 186]. Общая глубина ямы состави-ла около 1,4 м. Её конфигурация по мере углубления менялась - от овальной (3 на 3 м) до прямоугольной (2,2 на 1,2 м). К восточной стенке ямы подходил возду-ходувный канал. Из-за фрагментарности обследования поселений раннего железного века «степановская» яма для выжига угля уникальна. Её сохранность и получен-ные в ходе раскопок материалы позволяют проследить основные принципы организации процесса. Можно было сделать вывод о том, что выжиг угля производил-ся в ямах глубиной до 1,5 м. Именно такая глубина по-зволяет человеку стоя в яме манипулировать с дрова-ми, а затем с углём без дополнительных опорных при-способлений. Для доступа воздуха и активизации про-цесса возгорания дров на начальной стадии использо-вались воздуховодные каналы. Очевидно, после разо-грева ямы доступ воздуха в нее перекрывался, создава-лись условия для безвоздушного горения.Технология экспериментального выжига угля, осно-ванная на археологических материалах, была отработана автором в ходе первых опытов на Иткульском 1 городище [9. С. 100]. Дальнейшие опыты строились по отработан-ной схеме, эффективность которой подтвердилась в ходе экспериментальных работ по плавке медных руд на посе-лении Аркаим [4. С. 150]. В ходе этого эксперимента вы-жиг производился в ямах подквадратной формы со сторо-ной 1,1-1,2 м, глубиной 1,0-1,2 м. Лишь в двух случаях использовались траншеи размером 3 на 1,1 на 0,8 м. Всего было оборудовано десять объектов. В каждый закладыва-лось около 1 м3 дров, из них 15-20% - в сыром виде. Часть дров была наколота, остальные загружались в яму некрупными брёвнами длиной до 1 м. Дрова укладыва-лись вертикальными ярусами. Высота укладки во всех случаях составляла 1,8-2,0 м со дна ямы. После этого вы-ступающая из ямы часть дров плотно перекрывалась пла-стами дёрна. В нижней части кладки оставлялось одно-два запальных отверстия, в верхней - отверстие для вы-хода дыма. После полного загорания дров (через 20-25 мин) отверстия плотно забутовывались дёрном. О про-должительности процесса можно было судить по интен-сивности дымовыделения, просачивающегося через дёрн. Весь процесс обычно занимал 7-9 суток. Выборка угля производилась после полного прекращения дымовыделе-ния и остывания поверхности дёрна над ямой. Выход угля составлял от 80 до 100 кг в траншее и 35-40 кг в ямах. Перегорало обычно от 75 до 90% дров. Качество угля хорошее. Размер отдельных целых фракций достигал 20-25 см. Эксперимент показал, что физические характери-стики сырья (степень сухости, размеры) не влияют суще-ственно на качество полученного угля.По результатам проведённых исследований можно отметить, что процесс выжига угля требует постоянно-го контроля, в противном случае, в результате просе-дания отдельных кусков дернового покрытия, начина-ется интенсивное открытое горение сырья, что приво-дит к золообразованию.Моделировка литейных горнов. В раннем железном веке основным теплотехническим сооружением для расплавления металла, как отмечают Л.А. Чиндина [14. С. 137] и М.П. Грязнов [15. С. 141], был открытый очаг. Часто в очагах жилищ обнаруживаются тигли, как це-лые, так и в обломках, всплески металла, пережжённая кость. Это подтверждает предположение об использо-вании очага в качестве горна открытого типа. Однако горн, в отличие от очага, предполагает дополнительные технические приспособления - воздуходувные каналы. О применении искусственного дутья свидетельствует отверстие для сопла во фрагменте обмазки горна, обна-руженного на Саровском городище [14. Рис. 26-14, 16].Плавка меди в открытых горнах считается древ-нейшей. С.Г. Струмилин пишет, что «этот метод надо считать, пожалуй, примитивнейшим и древнейшим» [16. С. 11]. У лесных культур Западной Сибири очаж-ный метод плавления меди просуществовал, вероятно, вплоть до широкого внедрения технологии получения108железа, металлургия которого требует более сложных теплотехнических сооружений. В первозданном виде не сохранился ни один из древних горнов, поэтому восстановить этот вид теплотехнических сооружений возможно только с применением аппликативного ме-тода, суть которого заключается в реконструкции объ-екта по элементам, его составляющим, сосредоточен-ным в культурном слое памятника, образованным вследствие имевшей место трудовой деятельности.В нашем случае элементарными составляющими являлись фрагменты обмазки (Саровское городище) и ямки от колышков вокруг очага, послужившие основа-нием для реконструкции объекта [14. Рис. 6-2 а, 4 а]. За основу экспериментальной модели медеплавильного горна открытого типа были взяты остатки объектов, изученных на памятниках раннего железного века. Экспериментальный горн представлял собой блюдце-образное углубление глубиной 15-20 см, диаметром 50-60 см на песчаной подушке, высота стенки которой составляла 5-6 см. Под (дно) горна покрывался слоем глины 2-3 см. Подача воздуха в горн осуществлялась через глиняное сопло ручным мехом. Диаметр выход-ного отверстия сопла - 3,5 см, длина - 33 см. Макси-мальная интенсивность дутья могла доводиться до 1 м3 в минуту и не требовала больших физических затрат. Информация о приспособлении, нагнетающем воздух в горн, к настоящему времени ограничивается лишь от-верстиями от сопел в кусках обмазки горна. Можно предположить, что в простейшем теплотехническом сооружении применялся простейший мех, например кошелькового типа, изготовленный из кожи. Механизм работы такого меха достаточно прост. Открывая верх-нюю часть чулка меха и расправляя её вверх, литейщик наполнял мех воздухом, затем, сомкнув верхние края, сжимал чулок книзу, нагнетая воздух в горн через со-пло, соединённое с мехом в его нижней части. Для проведения эксперимента был изготовлен двухкамер-ный мех постоянного дутья, конструкции, применяе-мой до настоящего времени кузнецами в кустарном производстве. Построенные в ходе эксперимента моде-ли не были копиями конкретных сооружений, но по основным параметрам были близки ряду объектов, ис-следованных на раннежелезных памятниках (Степа-новский, Барсовский комплексы, Усть-Киндинское, Киндинское 2 и другие поселения).Шесть плавок было произведено в эксперимен-тальной постройке каркасно-шатрового типа, рекон-струированной по материалам раскопок Л.А. Чинди-ной [14. С. 17-18]. При разработке эксперименталь-ной модели жилища учитывались реальные показате-ли характеристик столбовых ям (диаметр, глубина, место расположения в котловане). Каждая из групп ям характеризовала детали конструкции каркаса. Размер заглублённого на 0,5 м котлована составил 4,5×4,5 м, высота строения - 2,2 м, размер дымового отверстия в крыше - 0,4×0,4 м. Каркас строения состоял из четы-рёх вкопанных в пол на 0,2-0,3 м столбов и лежащих на них поперечных и продольных лаг. Стены образо-вали поставленные наклонно жерди, крышу - жерди, лежащие горизонтально. Нижняя часть стенок была присыпана землёй. Очаг-горн был сооружён в центре пола жилища.Глиняные формы. В ходе эксперимента отливались хозяйственные и культовые изделия. О характере сы-рья, использованного литейщиками эпохи раннего же-лезного века для изготовления форм для отливки нако-нечников стрел, кельтов, клевцов, украшений, можно судить по находкам на поселениях. Все формы изго-товлены из глины, содержащей большой процент песка и значительное количество шамота. Всего было изго-товлено семь экспериментальных двухстворчатых форм для отливки кельтов и три трёхстворчатые для наконечников стрел. В качестве основного отощителя использовался речной песок. Его процентное отноше-ние к глине колебалось в пределах - от 20 до 50. Во всех вариантах формовочной смеси присутствовал ша-мот - измельчённая обожжённая глина. Его количество колебалось в пределах 10-25%, причём если в смеси содержалось максимальное количество песка (до 50%), то шамота было минимум (около 10%). По своему со-ставу шамот полностью соответствовал составу смеси для изготовления форм. Эксперимент показал, что до-бавление шамота в глину снижает механическую усадку изделий во время сушки и обжига. Термостойкость из-делия зависит от количества песка в тесте. Эксперимен-тальные смеси, состав которых включал 15-20% песка и 15-20% шамота, оказались наиболее оптимальными для изготовления форм кельтов и наконечников стрел.При формовке в эпоху раннего железа, как отмеча-ют М.П. Грязнов, В.Н. Чернецов, В.Ф. Старков и Л.А. Чиндина, применялся метод оттиска негатива в глине по деревянным моделям [15. С. 91; 17. С. 146; 18. С. 16; 14. С. 140]. Моделью могло служить и готовое изделие. Способ формовки всех экспериментальных объёмных изделий - модельный. Формы готовились по деревянным моделям кельта и трёхлопастного нако-нечника стрелы среднеобского типа. После просушки формы обжигались в костре, а затем в горне. После обжига створки формы соединялись, а внутрь впрессо-вывалась мягкая глина, в состав которой, кроме песка и шамота, входило немного травы. Так формировалось тело сердечника. В верхней части сердечника модели-ровалось грибовидное навершие с отверстиями для заливки металла, опирающееся на верхние края стенок формы. Толщина стенок отливаемой детали определя-лась толщиной снятого с поверхности внутреннего от-тиска изделия слоя глины. С двух сторон сердечника оставлялись штифты. Они определяли устойчивость сердечника в форме, выполняя роль распорок. Для по-лучения ребра жёсткости (перемычки) внутри лезвия кельта в нижней части сердечника делался поперечный пропил. После просушки сердечник обжигался.Во время заливки в состыкованную форму металл заполнял весь свободный объём. На месте штифтов в стенках отливок оставались отверстия, через кото-рые затем выбивался сердечник. Каждое изделие из-готавливалось с потерей сердечника. Форма же мог-ла использоваться неоднократно. Так, одна из экспе-риментальных форм кельта выдержала пять заливок металлом. И только из-за скалывания негатива орна-мента на внутренних поверхностях створок она была выведена из эксплуатации. Подобная техника фор-мовки являлась универсальной и использовалась для производства объёмных наверший, наконечников109копий, украшений, т.е. любых объёмных пустотелых изделий.Тигли. Для тиглей, как и для литейных форм, требу-ется специальная огнеупорная смесь. Попытки выпол-нить тигли из глины без достаточного количества ото-щителей неизбежно приводили к их потере во время первой же плавки [9. С. 108]. В горне они растрескива-лись, тесто плавилось и ошлаковывалось. Тигли с по-добными дефектами часто обнаруживаются на поселе-ниях, например, Вачим - 7 в Сургутском Приобье [19. Рис. 17]. Оптимальный состав экспериментальной сме-си включал около 25-30% песка и 10-15% шамота. Формой и объёмом экспериментальные тигли повторя-ли известные археологические образцы. В одном тигле можно было провести до 7-9 плавок, затем начиналось его растрескивание.Сопла. Экспериментальные сопла выполняли свою функцию после просушки и обжига не требовали. По-этому, вероятно, они отсутствуют среди находок на поселениях. Лишь отверстия в обмазке горнов, под-вергшейся обжигу во время процесса плавки, свиде-тельствуют о применении сопел в производственном процессе.Формы для отливки плоской металлопластики. Среди археологических находок нет форм или их фрагментов для отливки плоской, в том числе ажурной, металлопластики васюганского этапа кулайской куль-туры. Это давало основание предположить, что такие формы были недолговечными. Сильная зернистость поверхности плоских культовых изделий вызывала у исследователей ассоциацию литья в землю или в песок [14. С. 140]. Использование песка в качестве одного из основных компонентов литейной формы отмечено и в сообщении И.В. Малахова. Он писал, что «формы для отливки идолов... приготовляются самими дикарями из песку и камня» [20. С. 20]. Тем не менее простейшие опыты показали, что закрытую форму, а именно в та-ких формах были отлиты плоские культовые изделия, только лишь из песка изготовить не возможно. Про-блематичным также представляется применение древ-ними литейщиками и земляных формовочных смесей, открытых лишь мастерами эпохи Возрождения [21. С. 27]. Основой экспериментальной смеси для отливки плоской металлопластики послужил речной песок, со-стоящий из кварца и кремнезёма (SiO2), имеющего тем-пературу спекания выше 1750°. В качестве связующего компонента использовалась глинистая составляющая (от 12 до 30%), состоящая в своей основе из монтмо-риллонитовой глины. Третьим компонентом была во-да - 15-18%. Из полученной формовочной смеси гото-вились два одинаковых плоских прямоугольных кир-пича. Один являлся основной створкой формы, другой - крышкой. Способ формовки - безмодельный. Нега-тив изделия вырезался в основном кирпиче сырой формы, после чего в крышке и в основной части формы с торцевой стороны прорезалось литниковое отверстие. Затем створки связывались и ставились вертикально. С торца производилась заливка металла в форму. Обжига песчано-глинистые формы не требовали. Достаточно было просушить их около костра в течение 4-6 ч, сведя количество влаги в смеси примерно до 2-5%. Всего в полевых условиях было изготовлено 5 форм из песча-но-глинистой смеси. Необходимо отметить, что во время просушки формы непосредственно у огня на стенках и поверхности негатива изделия осаждается тонкий слой копоти, который увеличивает огнеупор-ность формы, повышает чистоту поверхности отливки и придаёт ей своеобразный тёмный оттенок.В ходе экспериментов имели место попытки ис-пользовать вместо глины в качестве связующего ком-понента озёрный или речной ил (сапропель). Однако интенсивное газовыделение, возникающее при контак-те металла с песчано-илистой формой, всякий раз при-водило к уменьшению резкости рельефа отливки. Все-го было изготовлено три песчано-илистых формы. Тем не менее когда в зимнее время найти глину сложно, древние литейщики могли заменить её илом, добытым со дна водоёма. В коллекциях встречаются изделия с как бы замытой поверхностью, изготовленные, воз-можно, в песчано-илистых формах. Во время работ по историко-культурной экспертизе землеотводов под нефте-газоразработки в Сургутском районе Ханты-Мансийского автономного округа было обследовано разрушающееся поселение раннего железного века Ам-туньюх-3. Среди собранных на поверхности находок были обнаружены артефакты, прямо подтверждающие теоретически построенную модель. Были обнаружены два трёхлопастных наконечника стрел, один из кото-рых был явно бракованной поделкой. При детальном изучении найденного керамического материала была обнаружена находка, являющаяся поистине уникаль-ной. Речь идёт о сильно оплавившейся внутренней по-верхности формы для отливки наконечника стрелы [20. С. 72-85]. Это был негатив изделия в виде стекловид-ной корочки, повторяющей поверхность бракованного наконечника. Остальная - основная часть - формы от-сутствовала. Скорее всего, форма была изготовлена не из глины, а из песчано-глинистой смеси вроде той, что использовалась в эксперименте. После окончания про-цесса отливки, закончившегося неудачей, форма под воздействием воды распалась на исходные компонен-ты - глину и песок. И только ошибка древнего литей-щика в подборе формовочной массы, приведшая к спе-канию формовочной смеси в месте соприкосновения с расплавленным металлом, позволила подтвердить экс-периментальную разработку. Среди прочих керамиче-ских фрагментов, собранных на аварийном памятнике, деталей литейных форм выявлено не было.Плавка меди. Для плавки использовались слитки металлургически «чистой» меди. Одна загрузка тигля составляла от 250 до 900 г. Тигель устанавливался на плоский камень в центральной части горна (возможна установка на кусок керамики), в 5-10 см от конца со-пла, выведенного через стенку во внутреннее про-странство горна. Одна загрузка угля в горн составляла 8-12 кг. В течение 5-7 мин горн разогревался, а через 15-20 мин интенсивного дутья начиналось плавление меди. В момент наивысшего накала тигель имел бело-жёлтый цвет. Его можно было наблюдать сквозь горя-щий уголь. Готовность металла к заливке можно было определить, помешав его палочкой. Заливка металла в формы осуществлялась в тот момент, когда он терял вязкость и достигал жидкой фазы. При попытке залить металлом поочерёдно две подогретые формы, удачной110была только первая отливка. Поставленная рядом вто-рая форма полностью не заливалась. Вынутый из горна металл в тигле быстро терял жидкотекучесть.В процессе эксплуатации горна температурные за-меры не производились, но визуально можно было оп-ределить, что наибольшая температура концентрирова-лась на небольшом участке горна в диаметре 15-20 см непосредственно у сопла, и определённо достигала бо-лее 1100° (температура плавления меди составляет 1083°). Пламя здесь было почти бездымным. Неболь-шая теплоотдача работающего горна позволяла нахо-диться рядом и контролировать процесс плавки. Под контролем понимается возможность влияния на про-цесс плавки, при котором литейщик может поправить тигель в работающем горне, проверить состояние ме-талла, степень его расплавленности, помешивая палоч-кой содержимое тигля. В современной металлургии процесс помешивания металла в тигле деревянной жердью называется «дразнением». Дерево, опускаясь в расплавленный металл, выделяет газообразные углево-дороды, способствующие удалению растворённых в расплаве газов. Газообразные углеводороды раскисля-ют медь, увеличивая её жидкотекучесть и уменьшая красноломкость. Происходящий процесс можно обо-значить следующей формулой:4Cu2O + CH4 = 8Cu + 2H2O.Не случайно многим плоским отливкам свойствен-но большое количество просветов в деталях и тонкость перемычек, что возможно лишь при хорошей жидкоте-кучести металла. Пожароопасность работающего горна была не большей, чем у зажжённого очага. Температу-ра воздуха у стен в жилище не превышала 25°.На одну плавку уходило около половины объёма за-сыпанного в горн угля, что составляло 4-6 кг. Осталь-ной уголь, находящийся в стороне от эпицентра темпе-ратуры, в процессе одной плавки не задействовался. Три формы для отливки кельтов, изготовленные с пре-обладанием в тесте шамота над песком (20-25% шамо-та и 10-15% песка) пришли в негодность (растреска-лись) после одной заливки металлом. Две формы с со-ставом 40-50% песка и 10-15% шамота выдержали соответственно две и три отливки, после чего одна рас-трескалась, на другой скололся негатив орнамента. Лишь две формы для отливки кельтов, в тесте которых было 15-20% песка и столько же шамота, выдержали соответственно пять и шесть заливок металлом. Формы для отливки наконечников стрел заливались по одному разу, причём все отливки вышли с браком. При первых попытках отлить кельт металл заливался в холодную форму. При этом всякий раз происходил его выброс из формы, сопровождающийся эффектом кипения. Поло-жение исправили, нагрев форму до 150-200°. Лишь после этого отливки получились качественными. При нагревании металла в горне визуально наблюдается чёткая граница его перехода из твёрдого состояния в жидкое. На начальной стадии вместе с повышением температуры в горне нагревается и металл. Однако на-ступает момент, когда подвод тепла продолжается, но не приводит к повышению температуры металла. По-ступающая тепловая энергия расходуется на разруше-ние его кристаллической решётки. Внешне это прояв-ляется в переходе твёрдой фазы в жидкую. После раз-рушения последних участков кристаллической решётки продолжающийся подвод тепла приводит к дальней-шему повышению температуры жидкого металла. При охлаждении происходит обратный процесс. Начавшая-ся кристаллизация сопровождается выделением тепла, аккумулированного металлом ранее, в процессе разру-шения кристаллической решётки. При заливке металла в холодную форму, обладающую малой теплопровод-ностью, происходит его быстрое остывание, сопровож-дающееся выделением энергии. Выделяемая в ходе резкой кристаллизации свободная энергия, суммируясь с энергией расплавленного металла, непрерывно зали-ваемого в форму, приводит к перегреву металла, что и вызывает эффект его кипения. Если форма прогрета недостаточно, то происходит местное вскипание ме-талла и на отливках образуются раковины, принимае-мыми иногда за последствия коррозии. Более продол-жительное равномерное остывание металла в предва-рительно нагретой форме не даёт энергетического вы-броса. При недостаточном разогреве металла (на грани кристаллизации) его энергетическая ёмкость мала. Вы-плеска из формы, даже холодной, не происходит. Од-нако металл не успевает заполнить всю полость формы, и отливка в этом случае бывает не полной. Таким обра-зом, можно констатировать, что все глиняные формы перед заливкой металлом подогревались не менее чем на 150-200°. В одну глиняную форму, изготовленную из огнеупорной смеси, можно производить несколько заливок металлом. Однако каждая последующая отлив-ка будет в какой-то степени хуже предыдущей. Сопри-косновение расплавленного металла с внутренней по-верхностью формы приводит к её выкрашиванию и скалыванию фрагментов, что, в свою очередь, влечет дефекты отливки. Грани изделий при этом теряют чёт-кость, а мелкие детали декора размываются.При рассмотрении серии отливок, происходящих из одной формы, может сложиться ошибочное впечатле-ние, что в ходе многократной формовки постепенно приходила в негодность модель и натёки на отливке есть следы её ремонта. Металл лишь чётко повторял нечёт-кий негатив формы. Именно так ошибочно интерпрети-ровал Р.С. Миносян процесс производства пермских «чудских образков», анализируя отливки, произведён-ные явно по одной модели и в одной постепенно прихо-дящей в негодность форме [23. С. 119-127]. В ходе про-ведённых экспериментальных исследований удалось получить из одной глиняной формы кельта 6 отливок. Декор последнего кельта отдалённо напоминал декор первого. По остальным параметрам кельты были одина-ковыми, хотя поверхность стенок последней отливки имела значительную шероховатость. На одной из её гра-ней появилась «заплатка», возникшая из-за скалывания фрагмента негатива. Все экспериментальные песчано-глинистые формы залились полностью. Спекания смеси не произошло. Поверхность изделий, отлитых в этих формах, близко напоминала поверхность раритетов. Ма-териал форм после заливки металлом сохранял гигро-скопичность. Под воздействием влаги формы быстро размывались на первоисходные компоненты - глину (ил) и песок. Возможно, поэтому среди археологических находок, как правило, отсутствуют формы или их фраг-менты для отливки металлопластики.111Выводы:1..Наиболее трудоёмкими и продолжительными яв-ляются подготовительные работы, включающие выжиг угля, подготовку формовочной смеси необходимого качества, оборудование горна, изготовление форм, тиг-лей и сопел. Наиболее сложным в управлении является процесс выжига угля.2.Конструктивные особенности горна в меньшей степени влияют на процесс плавки, чем качество угля и интенсивность принудительного дутья.3.Приготовление технологической керамики требу-ет специальных навыков и является самостоятельным направлением в керамическом производстве.4.Разогрев металла в горне до состояния жидкой фазы возможен только при использовании в качестве топлива древесного у

Ключевые слова

experimental researches, bronze industry, Kulaj culture, экспериментальные исследования, цветная металлообработка, кулайская культура

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Терёхин Сергей АлександровичЮгорский государственный университеткандидат исторических наук, доцент, заведующий лабораторией культурного и природного наследияsemlemer@rambler.ru
Всего: 1

Ссылки

Миносян Р.С. Техника литья «чудских образков» // Археологический сборник. Госэрмитаж. СПб., 1995. № 32. С. 119-127.
Морозов В.М., Кондрашов А.Н. Результаты предварительного обследования поселения Амтунъюх-3 // Памятники Югры: вчера, сегодня, завтра. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. С. 72-85.
Миносян Р.С. Литьё бронзовых котлов у народов Евразии (VII в. до н.э. - V в. н.э.) // Археологический сборник. Л., 1986. № 27. С. 27.
Малахов И.В. Посмертные записки (1875-1885) // ЗУОЛЕ. 2-я серия. Т. XXVII. М.: Изд-во Том. ун-та, 1890. С. 11-20.
Морозов В.М. Отчёт об исследовании поселения раннего железного века Вачим 7 на одноимённой реке у г. Лянтор Сургутского района Тюменской области летом 1995 г. // Архив ИА РАН. Р-1.
Старков В.Ф. Новые находки плоского литья в Нижнем Приобье // Проблемы археологии Урала и Сибири. М.: Наука, 1973. С. 208-219.
Чернецов В.Н. Бронза усть-полуйского времени // МИА. 1953. № 35. С. 121-178.
Струмилин С.Г. История чёрной металлургии в СССР. М., 1954. Т. 1.
Грязнов М.П. История древних племён Верхней Оби по раскопкам близ с. Большая Речка. М.: Наука. 1965. 163 с.
Чиндина Л.А. Древняя история Среднего Приобья в эпоху железа. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1984. 256 с.
Малинова Р., Малина Я. Прыжок в прошлое. М.: Мысль, 1988. 271 с.
Терёхин С.А. Экспериментальные работы в области цветной металлообработки кулайцев // Археологические исследования в Среднем Приобье. Томск, 1993. С. 26-34.
Терёхин С.А. О технологии и времени изготовления ажурного кулайского литья // Проблемы хронологии и периодизации археологических памятников Южной Сибири. Барнаул, 1991. С. 142-143.
Терёхин С.А., Чиндина Л.А. Полевой эксперимент по обработке цветного металла // Актуальные проблемы методики западносибирской археологии. Новосибирск: Наука, 1989. С. 109-117.
Агапов С.А., Кузьминых С.В., Терёхин С.А. Моделирование процессов древней плавки меди // Естественнонаучные методы в археологии. М., 1989. С. 100-109.
Эшер Р. Экспериментальная археология // Американский антрополог. М., 1961. Т. 63, № 4.
Коробкова Г.Ф. Орудия труда и хозяйства неолитических племён Средней Азии // МИА. М., 1969. 158 с.
Семёнов С.А. Первобытная техника. М., 1957.
Вальков Д.В. Моделирование технологии металлообработки позднего бронзового века // Тезисы докладов XXV Урало-поволжской археологической студ. конф. Самара, 1994. С. 35-37.
Григорьев С.А., Русанов И.А. Экспериментальная реконструкция древнего металлургического производства // Аркаим. Челябинск: Каменный пояс, 1995. С. 157-158.
Абрамов Г.Г., Панченко Б.С. Справочник литейщика. М.: Высшая школа, 1991. 319 с.
Сучков Д.И. Медь и её сплавы. М.: Металлургия, 1967. 247 с.
Глушков И.Г. Экспериментальное бронзолитейное производство // Проблемы художественного литья Сибири и Урала эпохи железа: Тез. докл. науч. конф. Омск, 1990. С. 36-39.
 Экспериментальные исследования в области древней цветной металлообработки (по материаламкулайской культуры. Васюганский этап) | Вестн. Том. гос. ун-та. 2009. № 329.

Экспериментальные исследования в области древней цветной металлообработки (по материаламкулайской культуры. Васюганский этап) | Вестн. Том. гос. ун-та. 2009. № 329.

Полнотекстовая версия