Древняя Русь. Город, замок, село

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.