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.
Структура тростита и сорбита отпуска свидетельствует о двухступенчатой термической обработке. Например, структура тростита отпуска показывает, что изделие сначала закалили, т. е. нагрели до 800–950° и охладили в воде, а потом дополнительно нагрели до 500–600°. Подобная обработка придавала металлу дополнительную вязкость. При режиме закалки с отпуском важен контроль за температурой нагрева. При 800–950°, как и при закалке, нагрев улавливается ро цвету каления. Для температуры вторичного более низкого нагрева контролем служили цвета побежалости.
Очень важным элементом термической обработки, говорящем 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 закаливали только на мартенсит или мартенсит и тростит без последующего отпуска. Соответственно отпуску дифференцировалась на изделиях и мягкая закалка. Все указанные выше режимы полностью удовлетворяли условиям эксплуатации изделий.
На высоком техническом уровне стояла и технология пайки железа и стали. Пайкой называется процесс соединения двух или нескольких металлических предметов путем ввода между ними более легкоплавкого металла или сплава (припоя), чем соединяемые металлы. Пайкой как основным приемом соединения деталей пользовались в первую очередь слесари, замочники и ювелиры. При исследовании паяных швов (спектральным анализом) на замках и ключах установлено, что замочник применял для спаивания железа и стали твердый припой на медной основе. В некоторых случаях это была чистая медь, лишь со следами олова и свинца, а в других случаях — сплав меди с оловом и свинцом.
Структурные исследования швов замков показали, что замочник производил нагревание места спайки до температуры расплавления припоя в специальном горне. Это позволяло одновременно спаивать на изделии несколько швов. На некоторых замках XI–XIV вв. имелось до 60 паяных швов. Горновая пайка — крупное техническое достижение древнерусской техники — позволила замочнику получать прочные и стойкие соединения деталей из железа и стали.
При горновом паянии детали, подогнанные и очищенные в местах пайки, обмазывали по шву порошком припоя или прокладывали между ними тонкую пластинку из припоя. Вместе с припоем шов заполняли флюсом для удалении окислов, которые возникали при нагреве. Спаиваемые детали временно скрепляли между собой (вставляли в глиняные матрицы или зажимали железными скрепами) и ставили в горн. При соответствующей температуре в горне припой расплавлялся и диффундировал в нагретое железо или сталь. После остывания деталей получался неразъемный шов (Колчин Б.А., 1953, с. 180). Замочники, а также и ювелиры иногда производили паяние с помощью паяльников или паяльных трубок.
Операция художественной ковки в отличие от других технологических операций была комплексной — мастер применял и кузнечную ковку, и сварку, и резание металла зубилом и напильником, и инкрустацию цветными металлами; кроме этого, он должен был еще обладать творческой изобретательностью и художественным вкусом. Эта операция носила, прежде всего, характер орнаментальный. Ее применяли чаще всего при изготовлении бытовых вещей, оружия и конской сбруи. Художественную отделку имели кресала, светцы, всевозможные замки, ключи и личины, всевозможные оковки мебели, оборонительный доспех, поясные пряжки, булавки и многое другое.
Структурный анализ большого числа изделий из черного металла показал, что в основе конструкции и технологии изготовления качественных изделий (к ним относятся инструменты и большая часть орудий труда и оружия) лежал принцип сочетания стальной рабочей части с железной основой. Подавляющая масса этих изделий — режущие или рубящие орудия и оружие. Лезвия у них всегда были стальными.
Для изготовления стального лезвия применяли четыре технологических приема. Первый прием — изготовление многослойного лезвия из железа и стали. На режущую грань всегда выводили стальную полосу. Подобные лезвия сваривали из двух, трех и пяти полос. Второй прием — изготовление наварного лезвия. Третий — изготовление цементованного лезвия, т. е. науглероживание лезвия на готовом изделии; четвертый прием — изготовление цельностального лезвия. Кроме того, применялся комбинированный прием технологии с дамаскированной сталью (табл. 96, 1–6). Самым распространенным технологическим приемом было изготовление наварного лезвия.
Для раскрытия конкретных атрибутов конструкций и технологии массовых изделий древнерусских кузнецов сделаем обзор некоторых из них.
Основной продукцией специализированных кузнецов-ножевников были ножи и ножницы. Эти самые универсальные орудия труда в Древней Руси имели чрезвычайно широкое распространение. Ножи применяли в быту и хозяйстве, в ремесле и на промыслах. Специальные ножи делали для воинов и лекарей.
В X–XIV вв. изготовляли ножи разных типов: кухонные, столовые, сапожные, косторезные, бондарные, боевые, складные типа «перочинных», бритвы. Каждый тип имел определенные конструктивные особенности. Все изготовлялись со стальными лезвиями, которые после закалки приобретали очень высокую твердость, а следовательно, и остроту.
Технология изготовления ножей в связи с общим развитием русского ремесла и экономики менялась несколько раз (табл. 96, 7-11). Наиболее сложной она была в X и XI вв. В это время лезвия ножей делали многослойными. В середине ножа шла стальная полоса, по бокам — железные полосы. В середине XII в. с развитием русской экономики и расширением сбыта продукции городского ремесла ножевники, обеспечивая массовый выпуск своей продукции, «рационализируют» конструкцию ножа и упрощают его технологию. Ножи начинают делать с наварным стальным лезвием. Качество ножа ухудшается, но торцовая сварка все же обеспечивает надежность его работы. В начале XIV в. в связи с подъемом городского ремесла и усилением рыночных связей, технология производства ножей слова упрощается. Теперь наварное лезвие ножа делают уже не приемом торцовой сварки, а приемом косого шва, при котором уменьшались количество стали и трудоемкость производства. Качество ножа при этом опять ухудшалось. С такой технологией ножи изготовляли и в последующие века.
