Древняя Русь. Город, замок, село

Микроструктурный анализ древнерусских напильников раскрыл технологию изготовления, которая полностью совпадает с описанной Теофилом.

Наиболее сложными операциями при изготовлении напильника являются насечка зубьев и термическая обработка. Насечка зубьев на отожженной стали, согласно описанию Теофила, производилась зубилом или зубильным молотом. Оба инструмента представлены в археологическом материале. О зубилах мы говорили выше. Зубильный молот найден на городище Родень в слоях XI–XII вв. Он представлял собой молоток с двумя поперечными лезвиями, очень похожими на зубило (табл. 94, 7). Длина молотка 9,5 см, ширина режущих лезвии по 2,6 см. В середине головки молота имеется прямоугольное отверстие для рукоятки.

В X–XI вв. напильники изготовлялись с однорядной прямой или косой насечкой. В XII в. в связи с развитием специализированных слесарных работ с холодным металлом появляется более совершенная конструкция насечки — перекрестная. Зуб напильника стал мельче, стружка более дробной — таким напильником было легче работать и изготовлять более гладкие и тонкие поверхности.

Итак, напильник — основной инструмент холодной обработки металла, черного и цветного, в Древней Руси уже в X в. делается из стали и обрабатывается термически (закалка на мартенсит). В XII в. он приобретает вполне современную форму и качество. Напильники из Новгорода, Вышгорода или Райковецкого городища абсолютно ничем не отличались от напильников кустарной промышленности XIX в.

Обзор инструментария древнерусского ремесленника по обработке черного металла на примере многочисленных археологических находок показал, что инструмент кузнеца и слесаря имел развитые, рационально разработанные формы и конструкции. Древнерусские кузнецы не позднее IX в. выработали такие формы инструмента и оборудования, которые в русской металлической промышленности просуществовали многие сотни лет. Созданные в конце I тысячелетия н. э. эмпирическим путем технические элементы и конструкции в разнообразных видах металлообрабатывающего инструментария сохранились до современности.

Для определения конструктивных атрибутов и технологических схем всех видов древнерусских изделий из железа и стали более 1000 предметов X–XIV вв. были подвергнуты всестороннему микроструктурному анализу (Колчин Б.А., 1953; 1959; Хомутова Л.С., 1973).

В итоге комплексного исследования большого количества орудий труда, оружия, ремесленного инструмента, утвари и прочих металлических изделий стало возможным обобщить отдельные технические характеристики и выявить разнообразные технологические приемы обработки металлов в Древней Руси. Основным видом обработки в X–XIV вв. была обработка металла давлением в горячем состоянии путем ковки и штамповки. Кроме того, существовали операции обработки металла резанием — опиловка напильником, обточка на точильном кругу, рубка зубилом и т. п.

Основу разнообразной и сложной технологии обработки черного металла составляли: всевозможные приемы свободной кузнечной ковки; сварка железа и стали; цементация железа и стали; термическая обработка стали; резание металла на точильных кругах и напильником; пайка железа и стали; покрытие и инкрустация железа и стали цветными и благородными металлами; полирование железа и стали; художественная кузнечная ковка.

Механическая обработка нагретого металла давлением при помощи ударов молотом в современной технике называется свободной ковкой. Операции свободной ковки со времени появления железа до введения сталелитейной техники во второй половине XIX в. были основными технологическими приемами, которыми изделию придавали требуемую форму. Процесс ковки разделяется на ряд элементарных кузнечных операций: а) вытяжка; б) высадка, осадка; в) рубка, обрезка; г) пробивка и прошивка отверстий; д) изгиб, скручивание; е) обжатие, штампование. Все эти операции в Древней Руси были хорошо известны и широко применялись кузнецами.

Обработка перечисленными операциями, так называемая горячая обработка, может происходить только с металлом, находящемся в пластическом состоянии. В такое состояние обрабатываемый металл приводится путем нагрева в кузнечном горне. Температура ковки колеблется для железа между 900-1300° и для стали — между 775-1050°. И, как показала структура металла исследованных предметов, кузнец всегда работал при этих температурах. Контролем температурного режима нагрева были цвета каления железа и стали.

Кузнечная сварка, т. е. процесс получения неразъемного соединения двух кусков металла, особенно сварка железа и стали, была широко распространенным технологическим приемом. Основой древнерусской технологии изготовления режущего и рубящего лезвия, которое было главной рабочей частью у большинства орудий труда и оружия, являлось сочетание двух материалов — железа и стали — путем соединения сваркой. Чтобы привести металл в пластическое состояние, при котором могла бы произойти сварка, как известно, необходим нагрев до высокой температуры. Для железа и стали с разным содержанием углерода температура нагрева разная. Для чистого железа эта температура колеблется около 1400–1450°; для сталей в соответствии с содержанием углерода температура понижается. При недостаточности нагрева или сильном перегреве металла сварки не произойдет, поэтому нагрев металла — наиболее важная операция при сварке; малейшее упущение, недосмотр при нагреве сказываются на ее качестве.

Как показывает микроструктура сварочных швов, подавляющая их масса на древнерусских изделиях имеет очень чистое и тонкое строение, а следовательно, и прочное соединение. Швы при сварке железа и высокоуглеродистой стали отличаются прочностью и чистотой; большинство швов почти не имеют шлаковых включений. Это говорит о том, что древнерусские кузнецы умели очень точно определять степень нагрева металла. Нужно было очень хорошо знать свойства и состав свариваемых металлов (железо или сталь, и какая именно сталь), чтобы определять необходимый для них цвет каления.

В сварочной технике поражает умение кузнецов работать с очень малыми объемами металла. Например, огромную трудность представляла сварка железа и стали в замочных пружинах. Пружины толщиной от 0,8 до 2 мм сваривали из двух полос железа и стали: следовательно, каждая половина имела толщину от 0,4 до 1 мм. Если считать, что кузнец сваривал болванки пружин более толстого сечения и потом их вытягивал, то все железные и стальные заготовки не могли превышать в толщине 2–5 мм. Нагреть одновременно полоски железа и стали такой толщины до сварочного жара и не сжечь металл (а он быстро начинает искрить, т. е. окисляться) представляет большую техническую трудность. Сварочная техника древнерусских кузнецов стояла на высоком уровне. Хорошо освоенная и тонко разработанная технология сварки дала возможность древнерусским ремесленникам изготовлять высококачественные орудия труда, оружие и инструменты.

Эмпирически осмыслив многие свойства стали и влияние на эти свойства разных режимов нагрева и охлаждения, ремесленники создали практическую, тонко разработанную технологию термической обработки стали. Из 800 с лишним исследованных стальных или со стальными лезвиями древнерусских изделий более 90 % сохранили термическую обработку. На этих изделиях были обнаружены структуры мартенсита, мартенсита и тростита, тростита и сорбита (Колчин Б.А., 1953; 1959).

Микроструктура подавляющей массы термически обработанных изделий из стали показывает, что их подвергали нагреву в интервале 800–950°. Лишь в некоторых экземплярах наблюдается крупноигольчатый мартенсит, говорящий о том, что температура закалки была выше нормы; также единичны структуры неполной закалки, которые получаются, когда закалку производят при недостаточно высоком нагреве.

Структура мартенсита свидетельствует о применении быстрого охладителя, каким могла быть вода при нормальной температуре. Структура тростита и сорбита указывает на использование закалочных сред, дающих более медленное охлаждение, чем вода. Такими средами могли быть подогретая вода и разные смеси растительных и животных масел. Кузнецы применяли и разные приемы охлаждения предмета. Многие изделия закаливали целиком, т. е. совсем опускали в воду или жидкость. Другие изделия закаливали частично — только рабочую часть.