Бронза и латунь

Бронзой называются сплавы меди с другими металлами. Известно большое количество бронз: свинцовая, сурьмяная, мышьяковая, висмутная, бериллиевая и проч. Наибольшую известность имеет оловянная бронза, и долгое время считалось, что именно она была первым медным сплавом, который научился производить человек. Однако в настоящее время достоверно установлено, что первые бронзы были мышьяковыми.

Выше мы уже отмечали, что минералы мышьяка (как правило, это легкоразлагаемые сульфиды) часто присутствуют в медных месторождениях. Отметим, что эти минералы обладают ярким цветом и были известны человеку еще в каменном веке. Реальгар (от араб. «рахьял-чхар» – рудный порох) из-за ярко-красного цвета считался магическим камнем, а аурипигмент (от лат. «аурум» – золото и «пигмент» – цвет) ассоциировался с солнцем. Таким образом, сплав с некоторым содержанием мышьяка получался естественным путем уже при производстве меди.
Возможно, положительное влияние на качество металла присутствия в шихте минералов мышьяка было рано замечено древними металлургами, возможно, их добавление в шихту носило ритуальный характер, но в отдельных регионах производство мышьяковых бронз началось еще в V тыс. до н.э.
Одновременно с широким производством медных и бронзовых изделий сформировалась первая индустрия металлолома, поскольку литейная технология позволяла поставить переработку изношенных и утративших потребительские свойства изделий «на поток» (рис. 1.14).

Одним из регионов, где металлургия бронзы имеет древнейшую историю, является Кавказ. На территории Грузии, Армении и Азербайджана найдены бронзовые предметы: шильца, долота, наконечники стрел и мелкие украшения, массовое содержание мышьяка в которых составляет от 5 до 20%. Такое высокое содержание мышьяка в сплаве может быть объяснено только его целенаправленным введением в шихту, а между тем количество найденных предметов явно указывает на массовый характер древнего производства.
Аналогичные находки сделаны в Месопотамии: здесь, в местечке Норсун-Тепе, обнаружены остатки древней печи, частицы медной руды и небольшие кусочки сплава, содержащего до 6% (масс.) мышьяка. Эти находки датируются IV тыс. до н.э.

Присутствие мышьяка в бронзе в количестве до 6% (масс.) существенно (более чем в два раза) повышает ее прочностные свойства. При большем содержании мышьяка металл становится хрупким, но резко улучшаются его литейные характеристики.
Немаловажное значение имел в древности цвет сплава: при добавлении к меди 1–3% (масс.) мышьяка получается металл красного цвета, 4–12% – золотистого, свыше 12% – серебристо-белых тонов. Таким образом, можно было из мышьяковой бронзы получать изделия похожие на золотые и серебряные, особенно часто этим приемом пользовались при производстве украшений: археологами найдены литые бусы, подвески, кольца, содержащие до 30% (масс.) мышьяка. Наоборот, древнее оружие из бронзы никогда не содержит более 6% (масс.) мышьяка.

Можно с уверенностью утверждать, что ранний бронзовый век представляет собой эпоху безраздельного господства мышьяковой бронзы. Олово пришло на смену мышьяку только во II тыс. до н.э. Отметим, что качество изделий из оловянной и мышьяковой бронз примерно одинаково, при этом технология обработки оловянной бронзы заметно сложнее, так как зачастую требует горячей ковки (хотя и при низких температурах). Редко на поверхности земли встречаются минералы олова.

Тут-то не все сваливают на более сложную технологию. Все-таки сравнивают и качество изделий – то есть потребительские качества. Между тем и у железных изделий на ранних этапах качество было не ахти. Так за ради чего было с ним заморачиваться?..

Почему же оловянная бронза повсеместно вытеснила мышьяковую?
Главная причина заключалась в следующем. Как мы уже знаем, в древности люди относились к металлическим предметам чрезвычайно бережно, в виду их высокой стоимости. Поврежденные предметы отправлялись в ремонт, или на переплавку. Но отличительной особенностью мышьяка является возгонка уже при температурах около 600°С. Именно в таких условиях и проводился смягчающий отжиг бронзовых изделий при их перековке. Таким образом, теряя часть мышьяка, металл изменял свои механические свойства в худшую сторону. Объяснить это явление древние металлурги не могли. Однако достоверно известно, что вплоть до I тыс. до н.э., изделия из медного и бронзового лома стоили дешевле, чем изделия из «первородного» металла.

Странно, что они при этом «почему-то не подметили» того, что можно было (при переплавке) точно также добавлять минералы мышьяка, как и при первичной выплавке. По всей логике, если все достигалось именно опытным путем, мастера просто не могли не попробовать это делать!.. Но ведь не дошли до простейшего приема, который так и напрашивается. Это – сильный гвоздь против устоявшейся точки зрения!!!

Было и еще одно обстоятельство, способствовавшее вытеснению мышьяка из металлургического производства. Пары мышьяка ядовиты: их постоянное воздействие на организм приводит к ломкости костей, заболеваниям суставов и дыхательных путей. Побочным явлением присутствия мышьяка в организме является быстрый рост волос и ногтей. Неудивительно, что древние металлурги не производили впечатление крепких и здоровых людей. Хромота, сутулость, деформация суставов были профессиональными заболеваниями мастеров, работавших с мышьяковой бронзой.
Данное обстоятельство находит отражение в мифах и преданиях многих народов: в древнейших эпосах металлурги часто изображаются хромыми, горбатыми, иногда – карликами, со скверным, раздражительным характером, косматыми волосами и отталкивающей внешностью. Даже у древних греков бог-металлург Гефест был хромым.

В заключении разговора о медных сплавах отметим еще один – с цинком, называемый в русском языке «латунь». Исследования последних десятилетий показали, что это сплав был достаточно широко распространен в бронзовом веке, например, его применял народ моссинэков, населявший юго-восточное побережье Черного моря.
Наиболее известным, и едва ли не единственным, упоминанием латуни в литературе является текст произведений Платона «Тимей» и «Критий», где латунь называется «орихалком». В упомянутых произведениях Платон рассказывает о легендарной стране Атлантиде и ее богатствах. Перечисляя металлы, он называет орихалк, золото, серебро и железо. Причем орихалк ставит на первое место, нигде не упоминая ни о меди, ни о бронзе. Можно сколько угодно сомневаться в истинности рассказов Платона о государственном устройстве Атлантиды, однако, с точки зрения металлурга, Платону не было никакого смысла выдумывать какой-то никому в его время не известный металл и при этом ставить его на первое место в ряду других, хорошо известных. Обозначая другие металлы, он везде использует обозначения, существовавшие в его время, поэтому можно предположить, что и орихалк во времена Платона был хорошо известен, а его название понятным не только специалистам. Другое дело, что в античном мире этот металл, по-видимому, был весьма редок, что объясняет отсутствие упоминаний о нем у других античных авторов.
Нельзя не отметить, что название «орихалк» созвучно названию медно-цинкового минерала «аурихальцит». Таким образом, если предположить, что Атлантида действительно существовала, но не имела месторождений самородной меди и оловянных руд, то ее благополучие могло опираться на залежи аурихальцита или орихалка, то есть самородной латуни. Самородная латунь в природе крайне редка. Некоторое время считалось, что существование ее в самородном виде невозможно. Однако, во второй половине XX в. в одном из медных месторождений Урала были обнаружены значительные количества самородной латуни.
Отметим также, что Платон перечисляет только самородные металлы. И, если Атлантида – не миф, то можно предположить, что в основе раннего и быстрого развития атлантов лежала именно самородная латунь, которая и была первым «рабочим металлом человечества».

Олово и оловянная бронза

Олово стало последним из семи великих металлов древности, ставшим известным человеку. Оно не присутствует в природе в самородном виде, а его единственный минерал, имеющий практическое значение, касситерит (от греч. «касситерос» – олово) является трудновосстановимым и малораспространенным. Тем не менее, и этот минерал был известен человеку уже в глубокой древности. Дело в том, что касситерит является спутником (хотя и редким) золота в его россыпных месторождениях. Благодаря высокой удельной массе золото и касситерит в результате промывки золотоносной породы оставались на промывочных лотках древних старателей. И хотя факты использования касситерита древними ремесленниками неизвестны, сам минерал был знаком человеку уже во времена неолита.

По-видимому, впервые оловянная бронза была произведена из полиметаллической руды, добытой из глубинных участков медных месторождений, в состав которой наряду с сульфидами меди входил и касситерит. Древние металлурги, уже располагавшие знаниями о положительном влиянии на свойства металла реальгара и аурипигмента, достаточно быстро обратили внимание на новый компонент шихты – «оловянный камень». Поэтому
появление оловянной бронзы произошло, скорее всего, сразу в нескольких промышленных регионах Древнего Мира.

Судя по всему, имеются реальные археологические данные о фактически одновременном появлении оловянной бронзы сразу во многих регионах, раз авторам приходится делать подобный реверанс.

Известно, что новый сплав в значительных количествах выплавляли в начале II тыс. до н.э. в Индии и Индокитае, в Малой Азии, на Пиренейском полуострове (иберы), на островах Эгейского моря. Также оловянная бронза применялась в Древнем Египте.
В гробнице высокопоставленного египетского чиновника XVIII династии (Новое царство, около 1450 г. до н.э.) найдено изображение технологического процесса получения бронзовых отливок (рис. 1.15). Трое рабочих под наблюдением надсмотрщика подносят металл. Двое рабочих с мехами раздувают огонь в горне. Рядом находятся изображения плавильные тигли и кучи древесного угля. В центре показана операция разливки. Иероглифический текст поясняет, что эти картины иллюстрируют отливку больших бронзовых дверей для храма, и что металл по приказу фараона доставлен из Сирии. Факт отливки столь крупного изделия позволяет считать, что к тому времени египетскими мастерами был накоплен серьезный опыт в области литья бронзы.

Древнейшим предметом из олова считаются браслеты, найденные на острове Лесбос. Они датируются III тыс. до н.э. Тем не менее, из этой единичной находки трудно делать выводы о степени распространенности металла в эпоху бронзового века. Даже в I тыс. до н.э. металлическое олово имело крайне ограниченное распространение: оно применялась, главным образом, для изготовления мелкой косметической посуды и некоторых деталей защитного вооружения, требовавших высокой пластичности (например, из олова делали «книмиды» – доспехи защищавшие голени ног, которые держались на них без шнуров и застежек, а лишь благодаря упругости и эластичности). Практически все добываемое в то время олово расходовалось на производство бронзы.

Главными месторождениями олова в эпоху Древнего мира были: Испания, Индокитай, Британские острова, которые греки называли «оловянными» – касситеридами, кроме того, оловянная руда добывалась на Апеннинском полуострове (этрусками), в Греции (в Хризейской долине около города Дельфы), в Сирии.

Олово было одним из наиболее дефицитных и дорогих металлов Древнего Мира, даже в Римской империи, распоряжавшейся ресурсами всего Средиземноморья, олово стоило в 7–10 раз дороже свинца.

Преимущества оловянной бронзы перед медью, мышьяковой бронзой и латунью заключались в высокой твердости, коррозионной стойкости и прекрасной полируемости. От способности олова повышать твердость бронзы и происходит его современное международное название. Отметим, что корень «ст», звучащий в слове «стан» и во многих производных от него словах современных языков, является одним из древнейших общеиндоевропейских корней и обозначает признак прочности или устойчивости.
Целый ряд предметов быта и вооружения стало возможно производить только после освоения технологии производства и обработки оловянной бронзы. Это относится, например, к изготовлению длинных мечей, бритвенных ножей, но, особенно, к полированным зеркалам. Можно сказать, что появление оловянной бронзы ознаменовало собой переворот в древней магии.

В зеркалах, как ни в одном другом виде бронзовых изделий, можно проследить этапы освоения древними мастерами технологии термической и механической обработки медно-оловянных сплавов. Например, древние греческие, египетские, скифские зеркала начала I тыс. до н.э. и содержащие до 12% (масс.) олова, подвергались только холодной ковке, что не давало возможности достигать высоких параметров твердости и полируемости. Этруски делали зеркала из сплава с 14–15% (масс.) олова. Перед холодной ковкой такой сплав необходимо было подвергнуть «гомогенизации» – выдержке при определенной температуре для растворения хрупкой эвтектики. Этрусские металлурги проводили гомогенизацию сплава в течение 4–5 ч. при температуре около 650oС. Поэтому этрусские зеркала обладали прекрасной полируемостью и высокой коррозионной стойкостью.
Еще больше олова, до 23% (масс.), содержат золотисто-желтые зеркала сарматов, изготовленные в V–III в. до н.э. Изделия из такого сплава можно было получить только путем горячей ковки бронзы при температуре «красного каления» (600–700°С) и последующей закалки в воде. Подобную технологию использовали также в Индии, Китае и Таиланде.
Наконец, на пороге новой эры практически повсеместное распространение получил тройной сплав меди, олова и свинца. Такие бронзы, содержащие до 30% (масс.) олова и до 7% (масс.) свинца, являются самыми твердыми и сложными для обработки. Но они позволяют производить металл с высокой отражательной способностью и коррозионной стойкостью, а также с прекрасными литейными свойствами и полируемостью. Изделия из такого сплава получили особенно большое распространение в Китае, Средней Азии и Римской империи, хотя Плиний отмечает, что они имели чрезмерно высокую стоимость и были доступны только очень состоятельным людям.

По мнению большинства историков, своим названием бронза обязана крупному римскому порту Брундизию (совр. Бриндизи), через который осуществлялась торговля империи с восточными странами. Однако существует и другая версия, упоминаемая римским историком Плинием, который считал, что название металла происходит от персидского слова, обозначающего «блеск меча».

Итак, освоение технологии производства бронзовых изделий существенно обогатило знания древних металлургов. При выплавке бронзы впервые была освоена технология составления шихты из нескольких компонентов, а при обработке сплава стали применяться горячая ковка и закалка изделия.

С превращением оловянной (а затем и свинцовой) бронзы в основной рабочий металл цивилизации, технология рециклинга металлолома усложнилась (рис. 1.16). На литейной стадии производства в металл стали добавлять металлические олово и свинец, а кузнечная обработка литых заготовок стала включать операции горячей ковки и закалки. Развитие получила торговля бронзовым и медным ломом.

«Введение железа в каком-либо народе означает конец его дикого существования и начало образованности» (Юлий Цезарь, «Записки о галльской войне»).

Вообще историю развития человеческой цивилизации в известной степени можно представить в виде постепенно сменяющих друг друга технократических и авторитарных структур. Первые обеспечивали быстрое развитие производственной базы общества «в ширину», вторые, успешно выделяя наиболее прогрессивные технические и технологические решения, за счет лучшей организации всей производственной структуры добивались выдающихся успехов, идя «в глубину» и превосходя, в итоге, своих более изобретательных, но менее целеустремленных учителей. История знает немало подобных примеров.
Хорошо известно, что технология добычи и обработки золота была заимствована жителями Древнего Египта у соседних народов из страны, которую египтяне так и называли «Золотая» – Нубия (от древнеегипетского слова «нуб», что значит «золото» или «золотая земля»). Небывалое могущество ассирийского царства в 900–600 гг. до н.э. опиралось на технологии извлечения (экстракции) металлов из руд и металлообработки, перенятые им у соседней державы хеттов, распавшейся в результате переселения на территорию Греции и Малой Азии дорийских племен на рубеже I тыс. до н.э. Возвышение Римской империи не было бы возможным, не окажись римляне примерными учениками, перенявшим и внедрившими лучшие металлургические технологии, заимствованные ими у этрусков и кельтов. Это перечисление можно продолжить, причем примерами не только из древней, но и из последующей истории цивилизации.

Рассуждая о технократических цивилизациях Древнего Мира нельзя не затронуть вопрос о древних металлургических центрах, послуживших основным источником знаний о технологиях экстракции и обработки металлов. По современным представлениям, которые хорошо корреспондируются с изложенной ранее гипотезой о постепенном закономерном открытии человечеством новых материалов и металлов из отходов (или в качестве отходов) ранее освоенных производств, появление металлургии железа изначально происходило не в одном, а в нескольких регионах. Чаще всего называются два таких региона: Малая Азия (конкретно Анатолийское плоскогорье), где металлургию железа осваивали и развивали последовательно: хатти и хетты, и предгорья Гималаев в истоках Инда, т.е. район так называемого Пятиречья (современный Пенджаб). На наш взгляд недооцененной в этом отношении остается роль Уральского региона и Индокитайского полуострова.

Азиатская часть современной Турции (называемая также Малой Азией) – полуостров Анатолия – с древнейших времен была связующим звеном, соединявшим Азию с Европой. Однако не только благоприятным географическим положением, хорошим климатом и плодородием почв отличалась Малая Азия в древности. Решающую роль в экономическом и культурном развитии Анатолии играли ее природные богатства. В недрах полуострова находились богатейшие и относительно легкодоступные месторождения металлов, что сыграло огромную роль в экономической и политической истории обществ, формировавшихся с начала бронзового века в различных районах Малой Азии.
В периоды энеолита и раннего бронзового века значительных успехов в экономическом и культурном развитии добилась Центральная Малая Азия, на что указывают датируемые VI–V тыс. до н.э. археологические материалы, обнаруженные на городищах Аладжа-Хююка, Алишар-Хююка, Хороз-тепе, Кюль-тепе.
Именно при раскопках Аладжа-Хююка были обнаружены считающаяся в настоящее древнейшими (датируемые некоторыми специалистами VI тыс. до н.э.) предметы из железа рудного происхождения – небольшие крицы, произведенные, по-видимому, тигельным способом.

Следует отметить, что в эпоху бронзового века из Малой Азии в рамках активных торговых операций в больших количествах вывозилось золото, серебро и медь, в то время как вывоз железа и железной руды местными властями, по-видимому, был запрещен, в виду чего иноземные купцы пытались заниматься их контрабандой.

…нельзя не отметить родственность хеттского названия меди «кувана» со славянским корнем «ков» и многочисленными производными от него словами. Общность хеттского и славянского терминов, связанных с одним из первых металлов человечества, говорит о глубокой древности знакомства наших общих предков с металлургией. При этом общность хеттского термина именно со славянским, а не с германским, греческим, италийским или другим, указывает на наибольшую близость хеттов именно к праславянам, хотя нельзя не отметить, что в те далекие времена все индоевропейские языки были еще очень близки друг к другу.

Технократический характер хеттского государства хорошо отражен в письменных источниках, где подробно описана деятельность плотников, каменщиков, ювелиров, гончаров, пекарей, сапожников, прядильщиков, портных, ткачей, рыбаков, поваров, медников.

Добыча и обработка металлов (меди, бронзы, золота, серебра, свинца и железа) и поделочных камней (ляпис-лазури, мрамора, яшмы, диорита), как уже отмечалось выше, издавна занимали особое место в хозяйственной жизни Малой Азии. Наиболее распространенными металлами у хеттов были бронза и медь, из которых производили основные виды орудий производства, оружия, различной утвари, культового инвентаря, украшений и т.п. Золото и серебро имели меньшее практическое применение, если не считать их важное значение (в особенности серебра) в качестве мерила стоимости. Из них изготовлялись посуда, различные украшения, предметы культово-ритуального значения и т.д.