Древнерусская история. Железо и сталь древней Руси

09:42 | 02.11.2019 | История » Страна | 100 | 0


Ведущими отраслями промышленной деятельности в древней Руси была добыча и обработка железа. Железо и сталь в промышленности, хозяйстве и быте древнерусских людей имели широкое распространение и многообразное применение. Основные орудия труда земледельца и строителя сделаны из железа и стали. Весь инструментарий многочисленных специализированных ремесленников был из стали и железа, как и все оружие русских воинов. Железо широко вошло и в домашний быт. Только среди археологических материалов в настоящее время можно насчитать более 150 видов изделий из железа и стали.

Технической основой производства черного металла являлась технология прямого восстановления железной руды в металлическое железо. Этот сыродутный процесс производства железа в течение почти трех тысяч лет до появления чугуна был единственным способом получения железа; а чугун в России стали производить лишь в начале XVII в.

При сыродутном процессе производства железа мелко раздробленную железную руду, представляющую естественную смесь окиси железа с породой, загружали в печь домницы вперемешку с большим количеством древесного угля. В результате интенсивного горения угля в нижней части печи образующаяся и нагретая до высокой температуры окись углерода поднимается вверх, нагревает руду и уголь и вступает с ними в химическую реакцию. В начале этой реакции окись железа руды восстанавливается до закиси железа. Часть закиси железа продолжает восстанавливаться, переходит в металлическое железо, а другая часть вступает в реакцию с породой руды, шлакирует ее и отделяет от металла. Образующийся жидкий шлак стекает на дно печи, оттуда его периодически выпускают наружу, а восстановленные мелкие зерна в твердом состоянии опускаются по мере выгорания угля в низ печи, свариваются и образуют ком железа — крицу. Губчатая масса крицы железа, вынутая из печи, остается еще пропитанной некоторым количеством расплавленного шлака.

Древнерусская домница имела шахтообразную печь, круглую или немного овальную в плане с внутренним диаметром около 50-60 см, сложенную из камня, обмазанного глиной, или сбитую целиком из глины. Толщина ее стенок достигала 20 см и более. Печь ставилась на массивное основание, сложенное из булыжных камней или глины. Высота шахты печи колебалась от 0,8 до 1,2 м. Шахта печи напоминала форму высокого усеченного конуса. В верхней части ее внутренний диаметр делали меньше на 15-25 см. В передней стенке печи на уровне дна шахты было горновое отверстие, через которое зажигали загруженный в печь уголь; через это отверстие вставляли воздуходувные сопла мехов и вынимали готовую крицу. С наружной стороны печь укрепляли земляной подсыпкой или заключали в деревянный срубный кожух, засыпанный землей

Домница с двумя печами — это сооружение, состоящее из спаренных обычных шахтообразных печей, заключенных в один общий деревянный сруб с земляной засыпкой. Они были более производительными, так как варку железа вели в двух печах. Кроме того, во время ремонта одной печи могла работать другая.

Домница XIV в. Действующая модель (диаметр домницы 105 см, высота 80 см). Новгород. (Коллекция НАЭ)

Домница XIV в. Действующая модель (диаметр домницы 105 см, высота 80 см). Новгород. (Коллекция НАЭ)

Важнейшим агрегатом в домнице, кроме печи, было еще воздуходувное устройство. При производстве железа в печи домницы необходимо поддерживать довольно высокую температуру и интенсивную тягу газов, способную пробить столб руды и угля высотой около 1 м. Сам процесс восстановления окиси железа в металлическое железо протекает при довольно низкой температуре: от 400 до 900°. Кроме восстановительного процесса в печи нужно отделить металл от породы руды, то есть превратить ее в шлак: для этого необходима более высокая температура. Ошлакование породы руды закисью железа начинается при температуре около 1200°. А так как ошлакование породы, или ее расплавление, производится только закисью железа, необходимо, чтобы столь высокая температура была во всем объеме шахты печи. Если же в печи температура будет ниже, то закись железа, образовавшаяся из окиси железа, перейдет в металлическое железо, зерна которого останутся внутри нерасплавленной твердой породы руды. В нижней части печи, где скапливаются отдельные зерна железа, чтобы довести их до сварочного состояния, температура должна быть еще выше (около 1300-1400°).

Железоделательное производство в этом районе было развито и в более раннее время. Об этом свидетельствуют археологические материалы. Например, вблизи села Заозерье, упоминаемого в писцовых книгах 1500 г., жители которого имели более 5 домниц, во время археологических разведок в 1948 г. вскрыто несколько объектов, связанных с металлургическим производством. Среди них была полностью раскопана сыродутная печь, датируемая XII — началом XIII в.

Огромная масса черного металла, изготовляемого металлургами Водской пятины в XIV-XV вв., как и в более раннее время, поступала в Новгород и Псков, где специализированные кузнецы ковали для деревни и города стальные и железные орудия труда, оружие и хозяйственный инвентарь. Часть железа шла к укладникам на передел в сталь.

Крица железа, вынутая из домницы после окончания варки, имела рыхлую губчатую структуру и была пропитана жидким шлаком. Эту крицу сразу же, пока она еще была нагрета до сварочного жара, проковывали, чтобы освободить от шлака и окончательно сварить железо в монолитный кусок. Вес древнерусских криц колебался от 2 до 6 кг. Найденные в Новгороде в слоях второй половины XIII в. и начала XIV в. крицы железа весили 2,76; 2,65 и 2,92 кг (Товарным крицам металлурги придавали округлую, лепешкообразную форму. Обжатая и сваренная крица шла дальше в раздел на полуфабрикаты.

Крицы железа (серые и темные пятна - пустоты и шлак). Новгород. (Коллекция НАЭ)

Крицы железа (серые и темные пятна — пустоты и шлак). Новгород. (Коллекция НАЭ)

Специальный инструментарий домника был довольно малочисленным и простого устройства. Из металла изготовляли только клещи — большие, с длинными рукоятками и характерными: крупными закругленными губами для обхвата крицы. Длина кричных клещей достигала 84 см. Круглые губы для обхвата больших криц имели зев в 16,5 см. Молот, которым проковывали крицу, делали целиком деревянным или с каменным бойком. Наковальней служил камень или деревянный чурбан.

Наряду с железом в древней Руси очень широко применяли углеродистую сталь. Рабочие элементы режущих и рубящих орудий труда, оружия и многочисленных инструментов изготовляли из стали (сплав железа с углеродом). По сравнению с железом сталь обладает повышенными физико-механическими свойствами. Увеличение содержания углерода в стали повышает ее твердость и прочность, но особенно значительно улучшается ее качество путем термической обработки. Закалка и закалка с отпуском повышают твердость и улучшают другие механические свойства стали.

Инструменты для обработки черных и цветных металлов: 1 - кузнечный молот, 2 - кузнечный молоток, 3 - кузнечные клещи большие, 4 - клещи малые, 5 - гвоздильня, 6 - кузнечная наковальня, 7 - фигурная наковальня, 8 - подсека, 9 - бородки, 10 - напильники, 11 - клещи-плоскогубцы, 12 - ювелирные тисочки, 13 - ювелирный пинцет, 14 - кузнечный пробойник, 15 - паяльник, 16 - кусачки, 17 - ювелирная наковальня, 18 - ножницы по металлу, 19 - зубила, 20 - молоток для чеканки, 21 - ювелирный молоток

Инструменты для обработки черных и цветных металлов: 1 — кузнечный молот, 2 — кузнечный молоток, 3 — кузнечные клещи большие, 4 — клещи малые, 5 — гвоздильня, 6 — кузнечная наковальня, 7 — фигурная наковальня, 8 — подсека, 9 — бородки, 10 — напильники, 11 — клещи-плоскогубцы, 12 — ювелирные тисочки, 13 — ювелирный пинцет, 14 — кузнечный пробойник, 15 — паяльник, 16 — кусачки, 17 — ювелирная наковальня, 18 — ножницы по металлу, 19 — зубила, 20 — молоток для чеканки, 21 — ювелирный молоток

Микроструктура стальных изделий: 1 - сталь томленка, среднеуглеродистая (С = 0,4%), 2 - сварочный шов (слева - железо, справа - сталь), 3 - сталь термически обработанная, мелкоигольчатый мартенсит, 4 - сталь термически обработанная, крупноигольчатый мартенсит. Новгород. (Коллекция НАЭ)

Микроструктура стальных изделий: 1 — сталь томленка, среднеуглеродистая (С = 0,4%), 2 — сварочный шов (слева — железо, справа — сталь), 3 — сталь термически обработанная, мелкоигольчатый мартенсит, 4 — сталь термически обработанная, крупноигольчатый мартенсит. Новгород. (Коллекция НАЭ)

Массовый структурный анализ стальных изделий древней Руси обнаружил два вида стали, которые применяли русские кузцы. Первый вид — это цементованная (томленая) сталь с однородным строением и равномерно распределенным по всей массе металла углеродом. Второй вид — сталь сварочная неоднородного строения с ферритными (чисто железными) полями и разными концентрациями углерода.

Очень важным элементом технологии термической обработки, говорящим о высокой технической культуре древнерусского кузнеца, является дифференцированный подход к выбору режима закалки и отпуска в зависимости от назначения изделия. К изделиям, подвергающимся ударным нагрузкам, как например топоры, применяли высокий отпуск. Серпы, косы и ножницы подвергали среднему отпуску. Ножи в подавляющей массе закаливали на мартенсит отпуска. Напильники только закаливали на мартенсит или мартенсит и троостит без последующего отпуска. Соответственно отпуску дифференцировалась на изделиях и мягкая закалка. Все указанные выше режимы полностью удовлетворяли условиям эксплуатации изделий.

Первые пушки, появившиеся на Руси в последней четверти XIV в., были железными. Из железа пушки делали почти в течение ста лет. Лишь в 70-х гг. XV в. появляется новая техника — литье пушек из бронзы. Из железа продолжали ковать только ручные пищали.

Довольно сложной и трудоемкой была технология изготовления кольчуг; их делали из маленьких плоских железных колец диаметром от 13 до 22 мм. Иногда поверхность колец орнаментировали. Кольчуга на средний рост в зависимости от размера колец состояла из 10-17 тысяч колец. Соединительные кольца, а их было ровно 1/2 от общего числа, склепывали заклепками диаметром 0,75-1,0 мм.

Ножницы конца XIII в. Новгород. (Коллекция НАЭ)

Ножницы конца XIII в. Новгород. (Коллекция НАЭ)

Макроснимки: 1 - швейная игла, вторая половина XIII в., 2 - современная швейная игла, 3, 4 - сапожные гвозди XIV в., 5 - современный сапожный гвоздь. Новгород. (Коллекция НАЭ)

Макроснимки: 1 — швейная игла, вторая половина XIII в., 2 — современная швейная игла, 3, 4 — сапожные гвозди XIV в., 5 — современный сапожный гвоздь. Новгород. (Коллекция НАЭ)

Типы висячих замков и ключей XIV в.

Типы висячих замков и ключей XIV в.

Ключи нутряных замков XIV в. Новгород. (Коллекция НАЭ)

Ключи нутряных замков XIV в. Новгород. (Коллекция НАЭ)

Изделия замочников интересны не только со стороны технологии производства, но и со стороны их конструкции. Замки и ключи в древней Руси были массовой ремесленной продукцией, широко вошедшей в быт жителей городов и деревень; они представляли довольно сложные позиционные механизмы. Основным элементом конструкции являлась система расходящихся пружин, которая фиксировала разные положения рабочего элемента замка (дужки и засовы).

ИА «Альтернативная история»

Добавить комментарий