Глава 2 развитие технологии художественного литья (4)

Именно после знакомства человека с железом временно предпочтение было снова отдано кузнечной технологии, в дальнейшем существенно потесненной литейной. Наиболее древние находки изделий из железа, главным образом украшений, в Египте, Месопотамии, Малой Азии (основные районы раннего расселения человека) относятся к первой половине III тысячелетия до н.э..

Рис. 112. Типы стыка корпуса и ножки составных бронзовых котлов из скифских курганов [25] Келермес (а) и Солоха (б)

Открытие способа получения железа из руд относят к XV в. до н.э. До этого человек, по-видимому, использовал в основном «самородное» метеоритное железо, так как в костре не достигается температура, при которой происходит восстановление железа из руды. Лишь в редких случаях в больших и долго поддерживаемых кострах создавались условия, необходимые для восстановительного процесса. Оксиды железа, соприкасаясь с раскаленным углеродом (обуглившихся дров), восстанавливались, превращаясь в железную губку (мягкое железо в виде пористого куска — крицы), из которой путем ковки можно получить изделие. Получить же жидкий расплав на основе железа, необходимый для реализации литейной технологии, можно только в специальных печах, более совершенных, чем для плавки бронзы. Поэтому ранней и единственной распространенной технологией получения деталей из железа являлась ковка.

Именно к этому времени относится легенда о том, как царь Соломон по окончании строительства Иерусалимского храма (X в. до н.э.) решил наградить лучших строителей [27]. Он пригласил к себе каменщиков, плотников, столяров, мастеров по металлу, чтобы выбрать из них достойнейшего. Когда приглашенные явились, один из них быстро подошел к почетному креслу и сел на него. Это был кузнец. Разгневанный царь спросил его: «По какому праву ты занял это место?» Кузнец обернулся к каменщику и спросил его: «Кто сделал твои инструменты?» «Кузнец», — ответил каменщик. Кузнец обратился к плотнику, к столяру с тем же вопросом. «Кузнец», — был ответ. Такой же ответ дали и другие рабочие. Тогда кузнец сказал царю: «Царь, видишь, никто из них не мог выполнить свою работу без сделанных мной инструментов». Царь согласился с силой доказательств кузнеца.

За литейщиком оставалась в основном сфера производства бытовых изделий из бронзы. Правда, в этот период особенно развивалось и совершенствовалось искусство художественного литья статуэток, крупных статуй, украшений из бронзы и драгоценных металлов и др. К ведущей роли в производстве фасонных изделий из сплавов на основе железа литейщики вернулись много позже, после открытия выплавки чугуна и стали.

Таким образом, следующим этапом развития технологического процесса художественного литья явилось получение пустотелых отливок со стержнями, формирующими внутренние полости. Подобные изделия относительно небольших размеров показаны на рис. 21, 29, 36, 77-80 и др. Причем, например, рукомойник (рис. 79) по функциональному назначению должен иметь открытые полости с выходами наружу, которые использовали для удаления материала стержня из отливки. В других отливках для удаления стержней предусматривали специальные технологические отверстия, которые потом заделывали, если они портили внешний вид изделия. На рис. 77 видно, что внутренняя полость отливки волчицы в нижней части брюха была открыта при литье. Ее закрыли затем деталью вымени либо древние мастера, либо позже, когда монтировали к отливке фигурки младенцев. Иногда стержни оставляли внутри отливки, если не было отверстий для их удаления. Конечно, такие стержни должны быть хорошо просушены или даже прокалены, чтобы не выделять газы при прогреве металлом отливки. В противном случае это может стать причиной образования газовых раковин (пустот) в теле отливки.

Наружную поверхность отливки на рис. 21, 79 можно оформить двумя полуформами разъемной формы, полученной по модели-оригиналу изделия. В других, более сложных случаях очевидна необходимость применения восковых моделей для изготовления формы или расчленения ее на несколько частей, или совместное использование обоих приемов.

Один из вариантов способа получения формы с помощью восковой модели — древнекитайский [13]. Он, кстати, претерпел наименее заметные изменения, иногда его используют и сегодня для получения некрупных художественных отливок в неразъемных формах.

По древнему способу, сначала готовили из глины или гипса стержень-болван, имевший грубо приближенное очертание будущего изделия (рис. 113, слева). Затем мастер-художник, в большинстве случаев он же литейщик, лепил на этом болване восковую модель изделия (рис. 113, справа). После этого, прикрепив к модели восковую литниковую систему, он приступал к изготовлению формы.

Формовочная смесь, разведенная до консистенции сметаны, наносилась тонкими слоями с промежуточной подсушкой на воздухе (сейчас слои наносят последовательно окунанием в жидкую композицию связующего с обсыпкой огнеупорным наполнителем). После получения оболочки достаточной манипуляторной прочности ее можно обмазать глиной и всю форму прокалить для удаления восковой модели.

В современном технологическом процессе литья по выплавляемым моделям промышленных изделий модели из легкоплавких материалов получают в пресс-формах: гипсовых — при мелкосерийном производстве, металлических — при массовом. В некотором смысле аналог такого процесса существовал в глубокой древности, в частности в Египте¹⁰. Техника его может быть расшифрована благодаря дошедшим до нас в большом количестве литым бронзовым предметам, найденным в Мемфисе и хранящимся в Каире в Египетском музее.

Отливке металлического предмета предшествовали несколько довольно сложных операций [21]. Прежде всего, необходима была модель из прочного материала (дерево, кость, камень, металл), копию которой должна была представлять отливка.

Рис. 113. Древнекитайский способ литья по восковым моделям [13]: слева — глиняный или гипсовый стержень; справа — восковая модель

По этой модели изготавливали гипсовый негативный отпечаток-форму (пресс-форму по современной терминологии) следующим образом: на участок модели, с которого можно было снять кусок формы без разрушения, наносили слой гипса. По его краям вырезали замковые части-выемки для дальнейшего опознавания. После затвердевания гипса соседний участок, отвечающий тем же требованиям, покрывали таким же слоем гипса и на нем вырезали аналогичные выемки. В новых примыкающих кусках по этим выемкам формировали соответствующие им замковые выступы. Такой прием повторяли до тех пор, пока вся модель не была покрыта гипсом. После его затвердевания форму по частям снимали с модели. Части могли быть снова правильно собраны в форму без модели, благодаря совпадающим контурам их граней (рис. 114, а, б). Разборную форму использовали для изготовления одной или, при необходимости, нескольких одинаковых восковых моделей.

Литые изделия могли быть сплошными или полыми. В первом случае в гипсовые формы целиком отливали восковую фигуру, являвшуюся копией твердой модели. Восковую модель с присоединенной литниковой системой из воска покрывали толстым слоем глины (видимо, последовательно, тонкими слоями). Воск вытапливали через отверстия, служившие и для заливки металла. Форму обжигали и заливали жидким металлом.

Для отливки полых предметов в гипсовую форму наливали порцию воска и, поворачивая форму, обеспечивали растекание и затвердевание его слоем необходимой толщины по всей ее внутренней поверхности. Формы, имеющие достаточно большие входные отверстия, можно было полностью заполнить воском и через некоторое время, достаточное для формирования корочки необходимой толщины, вылить его остаток. Толщина получившейся восковой корочки соответствовала толщине стенки будущей отливки. Внутреннюю полость восковой модели заполняли глиной и всю модель с присоединенной литниковой системой, так же как в первом случае, покрывали снаружи глиной. После выплавления восковой модели и прокаливания формы ее заливали металлом. Когда глиняную форму разбивали, оставалась металлическая фигура с глиняным ядром-стержнем внутри. Ядро это могло быть удалено, но у большинства египетских бронзовых фигурок, отлитых этим способом, оно оставалось внутри.

Освоение производства более крупных пустотелых и относительно тонкостенных сложных по форме художественных отливок поставило перед литейщиками еще одну важную задачу — качественно заполнить форму металлом. Простейшие литниковые системы типа показанных на рис. 98, 101, 102, 110, 111 не могут решить ее. Кроме того, не так просто до заливки металла полностью удалить из формы материал восковой модели. Остатки воска в форме могут служить источником дефектов в отливке.

Рис. 114. Фрагменты гипсовых форм (а) и формы в собранном виде (б) для получения восковых моделей. Вторая пол. I тысячелетия до н.э. Каир, Египетский музей [21]

Рис. 115. Фигура оленя, полученная литьем по выплавляемым моделям, после извлечения из формы. Бронза

На рис. 115 показана бронзовая отливка оленя после разрушения формы, до того как начаты отделочные операции. На отливке сохранилась литниковая система — семь разветвляющихся каналов, которые соединяются в одной литниковой чаше, и система специальных, дополнительных каналов, облегчающих полное удаление материала восковых моделей из формы. Последняя система каналов служит также для свободного выхода воздуха из полости формы при заливке ее жидким металлом. На рисунке видны выступающие из отливки остатки проволочного каркаса, использованного для крепления стержня в форме. Концы проволоки видны под брюхом, в районе хвоста и на голове, в том месте, где должны быть рога. Их нет, видимо, они изготавливались отдельно, а отверстия в отливке для их установки использовали для удаления материала стержня из внутренней полости отливки (возможно, есть и другие, незаметные при данном ракурсе, отверстия для этой цели).

Приведенный пример еще раз показывает трудоемкость и значение разных отделочных операций при изготовлении художественных отливок сложной конфигурации: необходимо удалять все каналы и лишние образования, а места их присоединения к отливке зачищать, чеканить, шлифовать и т.д.

¹⁰ Гипс в литейном деле использовали и Египте уже со второй половины I тысячелетия до н.э. [21].