История литейного производства в СССР. Часть 1

Рубцов Н.Н.

Машгиз, 1962 г.

СОСТАВ ПУШЕЧНОГО МЕТАЛЛА И ШИХТОВКА

Химический состав бронзовых пушек установился не сразу и имел в различных странах в определенные периоды значительные колебания, что объясняется стремлением частных предпринимателей (главным образом на Западе) понизить стоимость пушек.

В древней Руси уже в XVI—XVII вв. было твердо установлено, что оптимальное содержание олова в пушечном металле де должно выходить за пределы 7—10%.

«Значительно позже, в начале XIX в., было признано, что оптимальным содержанием олова следует считать 8—11%. Как пределы наименьшего и наибольшего содержания олова в пушечном металле можно указать 5—20%. Замечательно, что немецкие орудия, содержащие 8% олова, редко раздуваются, не получают трещин, и если в них чаще встречаются выбоины, зато они меньше разгораются и могут служить долее французских орудий, содержащих до 11V₂% олова, а иногда и более. . . Орудия большого калибра, но очень короткие (мортиры), следует отливать с малым содержанием олова; орудия среднего калибра и средней длины должны содержать более олова, а орудия очень длинные — наибольшее его количество. Мышьяк, сурьма и свинец считаются очень вредными и не должны быть допускаемы при отливке пушек. Железо вредит качествам пушечного металла и производит в нем рыхлость» [74].

В целях удешевления пушечного металла производились опыты отливки пушек из бронзы с добавкой чугуна и железа, причем примесь последних в бронзе доходила до 26%. Первые опыты дали неплохие результаты; отлитые несколько позже орудия с 21V₂% чугуна имели раковины и при испытании дали трещины, вследствие чего содержание чугуна снизили до 10%. Отлитое с таким составом орудие имело сквозной свищ, но выдержало 2000 выстрелов. Орудия, отлитые с добавкой 5% чугуна, дали при испытании сквозные трещины. В общем опыты были признаны неудачными. В целях удешевления пушечного металла в него добавляли также и цинк, но это влекло за собой значительный нагрев орудий.

Способ приготовления сплава играет значительную роль для обеспечения надлежащих механических свойств пушечного металла. Так, например, при старом способе плавки олово забрасывалось непосредственно в печь, в расплавленную металлическую ванну, после загрузки стружки. Помимо большого угара олова, этот способ не обеспечивал равномерного распределения составных частей сплава и орудия имели ликвационные включения — оловянные пятна и т. п. Применение лигатуры и предварительной переплавки стружки дало значительно лучшие результаты.

Русские литейщики к XVII в. накопили большой производственный опыт в выборе надлежащего химического состава сплава для пушек. Исследования последних лет, произведенные в этой области, подтверждают, что химический состав пушек XVI—XVII вв. отличался исключительной устойчивостью.

Данные о химическом составе пушек  XVI—XVII вв. Приведены  в табл. 4 [299].

Как видно из табл. 4, бронза русских пушек XVI—XVII вв. содержала от 7 до 10,9% олова, что соответствует составу «пушечной» бронзы, признанной оптимальной и в современных руководствах; исключение составляет пищаль 1629 г. работы А. Чохова, содержащая 5,88% Sn.

Качество пушечного металла древних русских пушек значительно лучше, нежели современных любекских, ревельских и шведских пушек, содержащих от 0,82 до 5,05%  Sn.

Каким же путем добивались древние русские литейщики таких поразительных результатов? Как они вели расчет составных компонентов шихты и чем руководствовались в количественном выборе того или иного элемента шихты при плавке различных сортов меди, старого колокольного металла, в большом количестве поступавшего в переплавку.

Сохранившиеся сведения о расчетах шихты древними литейщиками для пушечного литья показывают следующее:

«На литье 100 мортиров по сметной росписи пушечных мастеров на завод и на покупку всяких припасов надобно. . . меди красной 8500 пуд, олова 1500 пуд». . . [283].

«185 г. октября в 11 день по сказке пушечного мастера Якова Дубинина. Велено мне сделать 10 образцов полкового наряда и вылить 10 пищалей ядром по 2 гривенки, длиной по 3 арш. по 7 вершков и на то литье по смете надобно корытные пареные меди 330 пуд».

«А буде в. г. укажет лить из красной пресной меди и той меди надобно 300 пуд, да на ту же медь английского олова 30 пуд; а будет казанская корытчатая медь, итого надобно 320 пуд, а олова 35 пуд. 38 гривенок, а будет казанская пареная медь и надобно английского олова по гривенке на пуд, да к литью же 36 п.» [302].

«185 г. ноября в 9 день по сказке пушечного мастера Пантелея Яковлева. Велено мне сделать образцу и вылить 10 полковых пищалей по 2 гривенки ядром, длиною по 3 арш. по 7 в.; и на то литье надобно по смете пушечной пареной меди 330 пуд да олова пуд; а будет казанская или немецкая пресная медь, и на ту пресную медь надобно на пуд по пол пяти гривенки (4V₂) олова, а всего меди и олова надобно 350 пуд». . . [302 ]. Из этих примеров видно, что расчет шихты велся так, чтобы в ней содержание олова составляло 10—11%; а после угара при переплавке металла олова в пушках должно было быть от 7,0 до 9,9%, что и подтверждается анализом древних русских пушек [294].

Пушечные мастера внимательно следили за составом пушечного металла и старались не выходить за пределы установившихся норм, свидетельством чего может служить следующая «сказка» пушечных мастеров от 16/11 1702 г.:

«. . .пушечные мастера иноземец Филипп Шпекла. . . русские Семен Леонтьев, Логин Жихарев сказали: будет де им в пушечное и мортирное литье класть колокольной меди 2 доли, а красной третью долю, и потому же примеру пушки и мортиры лить они не смеют для того, что из колокольной меди имеется на красную медь олова свыше 6 фн. на пуд (т. е. свыше 13%), а прежде сего они в пушечное и мортирное литье на красную медь больше 6 фн. никогда не кладывали, а указал бы в. г. в то литье класть меди колокольной на 70 по 6 пуд, а красной на 40 по 4 пуда (т. е. не более 10%) и по тому примеру те пушки и мортиры они лить станут и к стрельбе те пушки и мортиры будут прочны для того, что по нынешним чертежам пушки и мортиры льют они стенистее прежних пушек и мортиров. А четвертую часть красной меди в колокольную медь класть и больших пушек и мортиров из той меди лить они опасны» [276].

Очевидно, древние литейщики основной причиной разрыва пушек при стрельбе считали повышенное содержание олова в составе пушек и происходящую вследствие этого чрезмерную их хрупкость. Увеличение олова в шихте за 10—12%, или 7—9,5% олова в готовых пушках мастера избегали, и эта рекомендация оправдывала себя на практике: 1702 г. февраля 10. «По указу в. г. вылил колокольный мастер Иван Моторин образцовые 3 фн. две пушки, а в те пушки в одну положили меди колокольной две доли, третья доля красной, в другой три доли колокольной, четвертая доля красной и из тех пушек была стрельба для опыту:

в первой выстрел положено было пороху по 2 фн. с ядром, в другой выстрел положено полтретья (2V₂) фунта с ядром же, в третий по 3 фн. пороху с ядром же, и тем пушкам от той стрельбы повреждения никакого не учинилось» [276].

Таким образом становится легко объяснимым факт поразительной устойчивости химического состава древних русских пушек, хорошо зарекомендовавшего себя на испытаниях и в боевой обстановке.

Большинство разрывов пушек при испытании их приходится на долю иностранных мастеров, не знавших или не хотевших знать практических установок русских мастеров. Так из 104 пушек, отлитых иноземным мастером Ю. Койетом, получавшим очень высокий оклад «. . .всего 32 пушки отстоялось, а другие не выдержали, на первой стрельбе разорвала» [85].

Приглашенный из-за границы Петром I опытный литейный мастер Филипп Шпекла не мог справиться с переливкой захваченной при Полтаве шведской артиллерии.

Работы иноземца А. Крейдера были настолько неудачны, что его раньше времени освободили от работ на Пушечном Дворе и отпустили на родину.

При отливке колоколов химический состав сплава также подбирали с учетом многолетнего опыта литейщиков.

Химический состав колокольного металла должен был удовлетворять специфическим требованиям данного рода отливок и в первую очередь красоте и чистоте звука при соответствующей вязкости и твердости самого металла. Оптимальным количеством олова в колокольном металле считалось 20%; чем чище были исходные материалы (медь, олово), тем лучше получался звук колокола. Конечно, красота и чистота колокольного звука определялись не только химическим составом металла, но зависели в значительной степени также и от формы, и толщины стенок колокола.

Оценка качества выплавленного сплава при отсутствии лабораторного контроля производилась на основании опытных данных и наблюдений: хороший колокольный сплав имел мелкозернистый равномерный излом, «большие же кристаллы излома указывают на недостаток олова, а чуть заметные кристаллы — на излишек олова. Излишек олова делает колокол хрупким, но с более приятным звуком, а малое количество олова дает противоположные результаты» [87].

По «сказке» колокольного литца Ивана Фалька говорится: «. . .о количестве олова на пресную медь для колокольного литья на пуд по 12 гривенок, литого на 5 пуд полтора пуда, а на 10 пуд — 3 пуда, а на 20 пуд — б пуд, а на 40 пуд — 12 пуд». А по сказке колокольного литца Микифора Баранова: «. . .на пресную на шкилевую медь класти ему олова и колокольное литье: на пуд — 10 гривенок, итого на 5 пуд — пуд с четью, а на 10 пуд — полтрети (2,5) пуда, а на 20 пуд — 5 пуд, а на 40 пуд — 10 пуд» [298].

В другой своей «сказке» И. Фальк для отливки колокола в Сторожевский монастырь заявляет:

«. . .в колокольное литье подобно ему меди 1200 пуд да олова 300 пуд» [282].

Следовательно, можно с достаточной точностью принять, что среднее содержание олова в шихте без учета угара при переплавке составляло 20 %. Выписывая то или иное количество олова для шихты колокольного металла, литейные мастера запрашивали максимальное количество олова с некоторым преувеличением, желая застраховать себя от всяких неожиданностей, которые могут быть при переплавке металла.

В этом случае прежде всего учитывался угар компонентов шихты в процессе расплавления металла. Наибольшему угару, без сомнения, подвергался наиболее легкоплавкий компонент шихты — олово, которое присаживалось к расплавленной меди не в виде лигатуры (которую древние литейщики не знали), а в виде чушкового олова, вследствие чего угар был очень высок и составлял около 20—25%.