Бронза

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Бронзова статуетка з Олімпії. Кінь. 740 р. до н.е.

Бронза - Сплав міді, та інших металів, чи неметалів. У більшості, до складу бронзи входить олово. Частка олова у бронзах може становити від 1.25 до 10%. Серед неметалічних сполук найчастіше до складу бронз входить фосфор. Типова бронза має склад: 94.65% - мідь, 5% - олово, 0.35% - фосфор. Фосфор надає бронзам додаткову пружність, твердість, та збільшує корозостійкість. Температура плавлення бронз знаходиться у межах 990-1190 °С.

[ред.] Арсенова бронза

Новітніми дослідженнями, встановлено, що багато древніх мідних і бронзових предметів, знайдених в різних регіонах Старого світу, виготовлені не з чистої міді, а з мідно-арсенових сплавів.

Найдавнішим свідоцтвом використання людиною металу є знахідки в докерамічному неолітичному поселенні на пагорбі Чайоню-Тепези в Південно-Східній Анатолії (у верхів'ях річки Тигр). Металеві вироби були знайдені в нашаруваннях пагорба, вік яких по радіовуглецевому аналізу становить 9200 ± 200 і 8750 ± 250 років до н.е. Це були дротяні шпильки, чотиригранне шило, свердла, намиста та їх "напівфабрикати" з міді, а також непросвердлені, але добре оброблені намистини. Було висловлене припущення, що всі металеві предмети виготовлені із самородної міді. Однак спектральний аналіз шила показав вміст близько 0,8% арсену, що вносить певні сумніви про самородне походження міді.

Одна з найдавніших знахідок арсенової міді відноситься до середини V тисячоріччя до н. е. у древньому пам'ятнику Тепс-Ях’я, на південному сході Ірану У Закавказзі предмети з мідно-арсенових сплавів з'являються з IV тисячоріччя до н.е. Предмети, виготовлені з мідно-арсенових сплавів, знайдені також у Німеччині, Іспанії, Португалії починаючи з III тисячоріччя до н.е. У тих областях, де не було родовищ олов'яних руд, арсенову мідь продовжували виробляти у великій кількості до початку I тис. до н.е.

Арсен у мідних сплавах поліпшував їхні фізико-механічні властивості. Присутність у міді 0,5% арсену поліпшує її ковкість у холодному стані, дає можливість одержати більш щільні виливки у рельєфних ливарних формах. Без присадок арсену або інших легуючих елементів це представлялося складним завданням. Крім того, у порівнянні з чистою міддю, що плавиться при температурі 1083 °С, мідь, легована арсеном, плавиться при більш низькій температурі, що залежить від вмісту арсену в сплаві. Те ж саме стосується і твердості арсенової міді, яка в результаті клепання різко підвищується. Предмети з арсенової бронзи легко піддаються холодному куванню і за твердістю мало поступаються олов'яній бронзі (твердість кованої арсенової бронзи в умовних одиницях, за Віккерсом, від 100 до 245, олов'яної - від 116 до 252). Зі збільшенням вмісту арсену до 8% пластичність арсенової міді не погіршується, на відміну від мідно-олов'яного сплаву, але вище цієї межі пластичність падає і сплав стає крихким.

Таким чином, арсенова мідь за багатьма фізико-механічних властивостями не поступається різним типам мідно-олов'яних сплавів. Колір арсенової міді буває від білого до червонуватих і золотавих відтінків.

[ред.] Олов'яна бронза

Починаючи з III тисячоріччя до н.е. у більшості країн Старого світу стали з'являтися вироби з олов'яної бронзи, тобто з міді, у якій основним легуючим елементом було олово і яка стала поступово витісняти мідно-арсенові сплави. Поява в стародавності олов'яної бронзи ознаменувало початок нової епохи в історії розвитку людства, що визначене як бронзовий вік. Древні мідно-олов'яні предмети продовжують знаходити в пам'ятниках бронзового віку на величезному просторі Старого світу.

Очевидно, перехід від мідно-арсенових сплавів до мідно-олов'яних був поступовим, і спочатку олово присаджували до міді разом з арсеном. Цим, пояснюється, що в країнах Близького Сходу і в деяких інших регіонах у початковому періоді бронзового віку олов'яна бронза містить олово разом з арсеном. Винятком є давні бронзи Таїланду, що не містять домішок арсену.

Відомості про найдавніші мідно-олов'яні знахідки

Країна                   Дата (до н.е.)       Легуюча домішка, %
                                                Sn          As
Таїланд                   3600                 2,50          -
Іран                      3000                 3,00         1,1
Азербайджан               3000 - 2500          0,97         1,3
Ірак                      2800 - 2500          2,40          -
Туреччина (Троя II)       2500 - 2000          2,18         0,97
Пакистан                  2100 - 1700          1,20          -
Єгипет (Гр. Тутанхамона)  2000 - 1800          1,80         Сліди
Англія                    1700                 1,54         2,9

Вважається, що олово дадавали до міді у вигляді його двоокису, тобто каситериту. Відновлення олова в шихті з мідною рудою і з деревним вугіллям - процес більш простий, ніж ізольоване відновлення олова з наступною його присадкою до міді.

Більшість відомих у світі родовищ каситериту (SnO₂) знаходиться в Малайзії, Індонезії, Китаї, Болівії, на Британських островах, Саксонії, Богемії, Нігерії. Досить часто відзначається Богемія, як один з центрів постачання оловом бронзової металургії. Але родовища олова там залягають глибоко у гранітах, так що навряд чи вони були доступні древньому рудокопу. Також малоймовірним є вивіз олова з Британських островів до II тисячоріччя до н.е. Вивчення древніх олов'яних предметів в Англії показало, що виплавляння олова почалася на Британських островах у більш пізній час, в основному в епоху Римського панування.

Останнім часом висловлюється міркування, що древня бронзова металургія на Близькому і Середньому Сході, а також на Кавказі забезпечувалася оловом з родовищ каситериту на Малайському архіпелазі та у сусідніх з ним країнах. Ці родовища розташовані в "олов'яному поясі", що простирається, починаючи з Індонезії, через Сінгапур, Малайський півострів, Південно-Східний Китай. Існує думка, що доставка олова з країн Південно-Східної Азії відбувалася не тільки морським шляхом, але і сухопутним - караванним.

Присадка олова до міді, починаючи з мінімальних часток відсотка, поліпшує її ливарні якості та змінює пластичність сплаву. Бронзи, що містять до 5% олова, допускають холодне кування та волочіння, при більшому вмісті олова - можлива тільки гаряча обробка. З підвищенням змісту олова крихкість бронзи збільшується. Бронзи, що містять до 30% олова, дробляться під молотком.

Невелика добавка олова до міді знижує її точку плавлення, наприклад, мідь з 5% олова плавиться при 1050 °С, з 10% - при 1005 °С, з 15% - при 960 °С.

[ред.] Інші бронзи

У давнину через дорожнечу олова, яке у більшості країн було привізним і доставлялося нерегулярно, плавильники заміняли його, цілком або частково, іншими легуючими металами: арсеном, сурмою, свинцем, нікелем, а пізніше цинком. Тому склад древніх олов'яних бронз різнорідний.

У Древньому Єгипті і Месопотамії використовувалися сурм'яні бронзи. У Закавказзі, де було багато розробок антимоніту (сурмяної руди) в основному застосовувалися мідно-сурм'яні сплави, а не металева сурма. Крихкість останньої не дозволяла широко використовувати сам метал для виготовлення з нього предметів.

У древній металургії для легування міді замість дорогого олова іноді використовувався свинець. Також його приплавляли до міді разом з оловом. Приплав міг здійснюватися або безпосереднім внесенням металевого свинцю в розплавлену мідь, або спільною відбудовною плавкою мідних і свинцевих руд. Виплавка мідно-свинцевих сплавів вимагала високої майстерності плавильників через розшарування металів у процесі плавки внаслідок великої різниці в питомих вагах. Виплавка полегшувалася наявністю в міді інших металів-домішок. Незважаючи на низьку точку плавлення свинцю (327 °С), його приплав до міді не викликає істотного зниження точки плавлення мідного сплаву.

Бронзові предмети з високим змістом нікелю (до 3,3%) знайдені в Індії. Про досить широке поширення нікельових бронз свідчить виявлений бронзовий предмет, у якому було 2,7% олова і 8,9% нікелю. Високий вміст нікелю, характерний для майкопської міді III тисячоріччя до н.е., пояснюють характером мідних руд з домішкою нікелю. Серед анатолійских виробів виявилося чимало таких, що містять до 4% нікелю, а в окремих випадках навіть вище. Однак у всіх випадках високий зміст нікелю супроводжувався також підвищеним змістом арсену (до 3%), або олова. Аналогічна закономірність була встановлена для деяких мідно-арсенових предметів, знайдених на Північному Кавказі, в Азербайджані, Грузії.

[ред.] Бронза в Україні

Ритуальний ніж-кулон бронзового віку знайдений в Україні

Металургія міді з'явилася на території України в V тис. до н.е. разом з трипільськими племенами і пов'язана своїм походженням з Балканами. У мідному віці в археологічних культурах в Україні з'являються перші мідні вироби і починається власне виробництво. Руду могли видобувати в балканських родовищах, а метал виплавляли на значній відстані від родовищ. Так, на ранньотрипільському поселенні Олександрівка (північ Одещини) знайдено кам'яні рудодробилки, на яких імпортовану за сотні кілометрів сировину подрібнювали перед збагаченням. Використовували також нечисленні поклади самородної міді, одне з таких родовищ - біля с. Великий Мідськ на Волині. Можливе також використання місцевих покладів сировини - у Подністров'ї, Буго-Дніпровському межирiччi.

Наприкінці мідного віку трипільці навчилися не тільки плавити мідь, а й додавати до неї арсен, а потім і олово для одержання бронзи. Переважала ковальська обробка металу, якою трипільські майстри володіли досконало. Згодом значною мірою розширюється асортимент виробів - як прикрас, так і знарядь праці, переважна кількість яких виготовлена на місці. Продовжуючи ковальські традиції попереднього етапу, трипільські майстри опановують фігурне кування та лиття - як у відкриті, так і у складні закриті форми.

Трипільці і близькосхідне населення практично одночасно опановують спочатку мідь, потім її сплави. В Трипіллі з’являються сплави міді та срібла, в Месопотамії - сплавом міді та свинцю. А згодом одночасно поширюються бронзові вироби.