|
И кратко сказать, ни едино художество, ни едино ремесло простое употребление металлов миновать не может.
М. Ломоносов
В любой области человеческого знания заключается бездна поэзии.
К. Паустовский
С незапамятных времен человек познакомился с семеркой металлов: железом, медью, серебром, оловом, золотом, ртутью и свинцом. Два из них — золото и серебро — за красоту и стойкость стали называться благородными. К другим металлам отношение было не менее почтительное. Известны периоды в истории человечества, когда железо ценилось дороже золота. Но главное достоинство так называемых простых металлов в том, что эти великие труженики сыграли решающую роль в развитии цивилизации. В средневековой Европе каждому металлу, входящему в замечательную семерку, была посвящена одна из крупнейших планет. «Научный» трактат того времени, написанный в стихотворной форме, сообщает следующее:
Семь металлов создал свет
По числу семи планет:
Дал нам космос на добро
Медь, железо, серебро.
Злато, олово, свинец...
И спеши, мой сын, узнать:
Всем им ртуть — родная мать!
Меди была посвящена Венера, железу — Марс, серебру — Селена (Луна), золоту — Гелиос (Солнце), олову — Юпитер, свинцу — Сатурн и ртути — Меркурий.
История развития искусства и ремесел тесно связана именно с этими металлами. Пройдя долгий путь из глубокой древности до наших дней, они не утратили своего значения и сегодня. Хотя уже открыто почти 60 видов металлов, «старые» металлы по-прежнему остаются незаменимым материалом в скульптуре, декоративно-прикладном искусстве и ювелирном деле. Из простых, сравнительно молодых металлов такое же большое значение имеют алюминий и цинк, ставшие популярными у современных мастеров, занимающихся художественной обработкой металла.
Каждый металл имеет свою биографию, в которой подчас подлинные исторические факты тесно переплетаются с мифами и легендами, а реальные свойства — с суеверными представлениями. По мере освоения различных металлов человек пристально присматривался к ним, вольно или невольно изучая их свойства, которые учитывал при изготовлении орудий труда, оружия, посуды, культовой скульптуры, украшений и многого другого. Заблуждаясь или подчас делая открытия, люди создали сложную символику металлов. Металл вошел в народные пословицы и поговорки как символ твердости и красоты.
Постоянно имея в быту дело с предметами из металла, современный человек использует самые разнообразные их свойства: выдавить без особых усилий зубную пасту из тюбика можно только благодаря пластичности алюминия; заточить карандаш — благодаря твердости стали, из которой сделано лезвие перочинного ножа. Принцип работы английской булавки и канцелярской скрепки основан на упругости металла. В быту довольно часто приходится сталкиваться и с коррозией металла. При влажном воздухе окисляются посуда, ювелирные украшения и другие металлические предметы. Невольно приходится осваивать азы химической обработки металлов.
В быту сельский житель имеет дело с металлом не меньше, чем горожанин. Ему нужно уметь развести пилу, отбить и заточить косу, залатать прогоревшую заслонку в печи, починить огородный инвентарь. Плотник, столяр, резчик по дереву должны знать не только свойства древесины, но и стали, которая идет на изготовление инструментов.
Топор, тесло, железко (резец рубанка) и полотно пилы, стамеска и токарный резец изготавливаются из инструментальной стали, которая при соответствующей обработке приобретает свойства, необходимые для каждого инструмента. Чтобы режущая часть инструментов долго оставалась острой, как можно меньше тупилась, сталь подбирают твердую, прочную, износостойкую. Мастеру-древо-делу время от времени приходится заниматься заточкой инструментов, то есть обработкой металлов резанием. Дело в том, что каждая частица абразива с острым ребром представляет собой, по сути дела, маленький резец, который снимает с поверхности металлического инструмента очень тонкую стружку.
Даже печник, имеющий дело, казалось бы, только с кирпичом и глиной, вынужден проделывать кое-какие операции с металлом. Когда дело доходит до того, чтобы крепить в печи приборы (дверцы, вьюшки, заслонки), требуется мягкая, но прочная проволока. И вот тогда печник подобно кузнецу отжигает на огне моток тонкой стальной проволоки, после чего она становится мягкой и податливой. Суть же отжига заключается в снятии внутрикристаллического напряжения, которое возникло в металле в процессе изготовления проволоки на заводе. И еще одну операцию проделывает с металлом печник. Затапливая только что сложенную печь, он обязательно сыплет на чугунную плиту поваренную соль. Это дает гарантию, что чугун не треснет от резкого перепада температуры.
Стоит ли говорить, что настоящий мастер, чья работа связана непосредственно с металлом, должен знать не только основные его свойства, но и многие тонкости: по виду искр, возникающих при соприкосновении металла с шлифовальным кругом, узнавать примерное содержание углерода в стали; определять температуру отпуска металла по цветам побежалости, а температуру нагрева при ковке и закалке — по цветам каления и т. д.
Каждый специалист отбирает для своей работы металлы, имеющие определенные свойства. Машиностроитель стремится использовать для создания машин прочный, легкий, износостойкий металл. Специалист по радио- и электроаппаратуре обязательно обращает внимание на его электропроводность. Кузнецу необходимо, чтобы металл при ковке имел высокую пластичность. Литейщик прежде всего обращает внимание на жидкотекучесть и температуру плавления металла.
Художнику, использующему металл как материал для творчества, приходится учитывать многие его свойства. Вместе с тем он особое внимание уделяет цвету, отражательной особенности металла, декоративной отделке. Ведь от этого во многом зависит внешний вид художественного изделия.
Знание свойств металла позволяет художнику найти наиболее приемлемые способы его обработки, раскрывающие с наибольшей полнотой заложенные в нем декоративные возможности. О таком художнике говорят, что он чувствует материал. Художник, работающий в области декоративно-прикладного искусства, преобразует в произведения искусств окружающий нас предметный мир. Посуда, светильники, мебель, созданные при его непосредственном участии, вносят в наш быт частицу радости, доставляя эстетическое наслаждение.
Свойства металлов подразделяются на физические, механические, химические и технологические.
Основные физические свойства: плотность, температура плавления, теплопроводность, тепловое расширение, удельная темплоемкость, электропроводность, отражательная способность.
Основные механические свойства: прочность, пластичность, вязкость, упругость, твердость.
К технологическим свойствам относятся: ковкость, жидкотекучесть, свариваемость, обрабатываемость резанием, коррозийная стойкость, износостойкость.
В повседневной жизни довольно часто встречаются выражения «стальной цвет», «бронзовый загар», «медная кожа», «свинцовые тучи». Они указывают на определенный цвет, присущий каждому металлу. В металлургии принято делить металлы на цветные и черные. Для художника все металлы цветные. Порой один металл отличается от другого еле уловимыми оттенками, как, например, сталь, цинк, алюминий, свинец.
В Древнем Египте железо называли небесным металлом, и не только потому, что приходилось использовать метеоритное железо, которое в буквальном смысле слова падало с неба. Глаз древнего художника хорошо различал синеватую окраску металла, окраску, напоминающую цвет неба. Поэтому железные предметы изображали синим цветом. В фольклоре русского народа железо и его сплав — сталь — тоже имеют синий цвет. В старинных загадках стальная игла «синенька, маленька по городу скачет, всех людей красит» или «синенька синичка весь белый свет одела».
В современном химическом энциклопедическом словаре в некоторых случаях подчеркиваются цветовые оттенки металлов. Если серебро — белый металл, то олово — серебристо-белый, свинец — синевато-серый. Глаз художника улавливает легкую зелень в окраске цинка и едва заметную желтизну алюминия, особенно в сравнении со сталью. Медь имеет четко выраженный розовато-красный цвет. Древние китайцы называли его «цветом осени». Чистое золото окрашено в яркий желтый цвет. Окраска эта преобладает в осеннем пейзаже России. Недаром один из самых живописных осенних периодов называют у нас «золотой осенью». Хотя сплавы на медной основе — латунь и бронза — тоже желтого цвета, но они быстро покрываются патиной, имеющей приятный буро-оливковый цвет. Так называемая благородная патина — одна из характерных особенностей бронзы.
Цвет металла имеет важное значение в декоративных изделиях. В зависимости от художественных задач, которые собирается решить мастер, он иногда подчеркивает естественную окраску металла, полируя его и затем покрывая тонким слоем лака, предохраняющим металл от окисления. В иных случаях художник наносит патину на поверхность металла, выявляя его природный цвет лишь в отдельных местах. Так поступают при декоративной отделке литого и чеканного рельефа.
Выбирая металлы и их сплавы для работы, художник должен учитывать и характер изображения. Известно, что медь, латунь и бронза имеют теплый оттенок, в то время как сталь, алюминий, цинк — холодный. Исходя из этого, скажем: чеканку по мотивам зимней природы предпочтительнее изготовить из металла с холодным оттенком, например алюминия. Умело подобранный цвет металла может намного усилить выразительность произведения декоративно-прикладного искусства.
На разнице окраски металлов основывается инкрустация, апплике (аппликация) и наводка. При инкрустации в металл врезают кусочки другого металла, контрастного по цвету. Такова насечка золотом по железу. Сущность техники апплике заключается в накладывании на украшаемую поверхность разноцветных металлических накладок. Например, якутские мастера накладками из листового серебра украшали посуду и металлические детали седел. Наводка, по сути дела, это аппликация на меди очень тонкими слоями золота и серебра, нанесенными с помощью амальгамы.
Если отлить кубики из различных металлов со стороной 1 см, а затем взвесить, то можно узнать плотность каждого из этих металлов. После такого взвешивания выяснится, что золотой кубик будет в два раза тяжелее медного, в три раза — оловянного, в семь раз — алюминиевого. Кубики из различных металлов уже давно взвешены с высокой точностью, и плотность любого металла можно узнать из справочной таблицы. Плотность очень важная характеристика металла.
Известен исторический факт, когда плотность металла послужила основной уликой при разоблачении мошенников, живших в III веке до н. э. Когда придворные ювелиры сделали сиракузскому тирану Гиерону золотую корону, он усомнился в том, что для ее изготовления было использовано чистое золото: уж очень легкой показалась ему корона. Он поручил Архимеду проверить качество золота. Взвесив корону, ученый опустил ее в сосуд с водой. По поднявшемуся уровню он определил объем вытесненной воды и разделил на него массу короны. Определенная таким способом плотность металла, пошедшего на изготовление короны, оказалась ниже плотности чистого золота. На этом основании Архимед сделал вывод, что в короне содержатся значительные примеси более легкого и дешевого металла.
Плотность металла учитывается при самых различных обстоятельствах. Скажем, никому в голову не придет сделать рыболовное грузило из алюминия, имеющего, как известно, низкую плотность. В то же время легкий алюминиевый котелок в походе более удобен, чем сделанный из меди, чугуна, стали. По той же причине алюминий широко применяется в авиастроении. Сравнительно небольшой вес чеканных и литых рельефов из алюминия упрощает их монтаж при декоративном оформлении архитектурных сооружений.
Металл, представляющий собой кристаллическое вещество, при определенной температуре становится текучим, то есть плавится. Одни металлы плавятся при низкой температуре. Их легко расплавить в обычной металлической ложке, расположив ее над горящей свечой. К таким металлам относятся олово и свинец. Другие металлы плавятся при высокой температуре в специальных печах.
Высокая температура плавления у меди и особенно у железа. При введении в тугоплавкие металлы определенных добавок температура плавления понижается. Сталь, чугун, бронза, латунь — сплавы на железной и медной основе — плавятся при более низкой температуре, чем чистые металлы.
Чтобы нагреть медь до точки плавления, требуется в десять раз больше тепла, чем для того, чтобы расплавить свинец. Медь и свинец имеют различную удельную теплоемкость. Она определяется количеством теплоты, необходимой для нагревания на 1 °С одного килограмма металла.
Каждый металл имеет определенную теплопроводность. Когда стальной кочергой слишком долго поправляют в печи дрова, вначале нагревается только та ее часть, которая находится в огне, а затем постепенно и ручка — приходится надевать рукавицу. Выражаясь языком учебников, «произошел перенос энергии в форме тепла от одной части металлического предмета к другому».
Все металлы имеют хорошую теплопроводность, но есть такие, у которых она особенно высока. Высокая теплопроводность у золота, серебра, меди и более низкая у железа, олова, алюминия. Высокая теплопроводность может играть как положительную, так и отрицательную роль.
Хорошая теплопроводность необходима металлической кухонной посуде, так как она способствует быстрому нагреву пищи. Но в то же время ручки посуды нагреваются настолько сильно, что до них невозможно дотронуться. Чтобы изолировать горячий металл, применяют материалы, имеющие низкую теплопроводность. По этой причине ручки чайников, самоваров, сковородников делают из древесины или специальный пластмассы.
Древесина применяется как изолирующий материал для рукояток различных инструментов, металлические части которых нагреваются в процессе работы (всевозможные кузнечные инструменты), а также для тех, которые требуют специального нагрева (паяльники, штампы и накатки для выжигания).
На одной из выставок в Берлине, проходившей в 1927 году, посетители могли увидеть и потрогать руками ручки кастрюли, в которой кипела обычная вода. На вид ручки были совершенно одинаковыми, но до одной нельзя было дотронуться, другая же была чуть-чуть теплой. Секрет заключался в том, что для их изготовления были использованы различные стальные сплавы: одна ручка вместе с кастрюлей была изготовлена из обычной стали, другая — из «деревянной». Такое название эта сталь получила за низкую теплопроводность. Деревянная сталь — это прецизионный сплав, то есть такой, в котором подобрано определенное процентное соотношение компонентов. В ней содержится 64% железа, 35% никеля и 1% хрома. Стоит хотя бы на один процент увеличить или уменьшить содержание одного из компонентов, как сталь приобретает обычную теплопроводность.
Есть еще одно свойство, которое обязательно учитывается мастерами, работающими с металлом,— тепловое расширение. При нагревании металл расширяется, увеличивается в объеме, а при охлаждении уменьшается. Учитывая тепловое расширение металлов, крышки кастрюль делают не вставными, а накладными; у чайника обязательно предусматривают зазор между горлышком и крышкой. В противном случае крышки сосудов при нагревании «заклинит» и их невозможно будет открыть.
Тепловое расширение обязательно учитывается при изготовлении накаток — инструментов для выжигания на дереве декоративных линий. Чтобы после нагрева на огне раскаленное колесико накатки свободно вращалось, мастера обязательно предусматривают достаточно большой зазор между втулкой колеса и осью.
Каждый металл по-своему отзывается на изменение температуры: одни увеличиваются в размерах больше, другие — меньше. Чтобы получить величины, характеризующие тепловое расширение, был вычислен коэффициент для каждого металла. Он определяется нагреванием образца длиной 1 м на 1°С. Большой коэффициент теплового линейного расширения имеют цинк, свинец и олово. Намного ниже он у серебра и меди, еще ниже у золота и железа.
Учитывать степень расширения металлов приходится при выборе материалов для эмальерных работ. Эмаль только в тех случаях имеет прочное сцепление с основой, когда коэффициенты ее линейного расширения и металла близки. Эмаль, основу которой составляет стекло, имеет очень маленький коэффициент линейного расширения и держится лучше на золоте и железе, у которых этот показатель тоже относительно невысокий. На меди и серебре эмаль держится менее прочно.
Способность некоторых металлов, а в особенности их сплавов, издавать громкие мелодичные звуки широко использовалась еще в глубокой древности. Подвешенные на городской площади набатная доска и колокол были самыми надежными глашатаями. Когда нападал враг или возникал пожар, тревожные звуки были слышны за много верст. Ликующим перезвоном наполнялось все вокруг, когда колокола возвещали о победе над врагом, народных праздниках и торжествах. Со временем на колоколах научились исполнять даже мелодии известных песен. Музыка, исполненная на ростовских колоколах, была сравнительно недавно записана на пластинку. Красота звучания ростовских колоколов покорила современных любителей музыки.
Все металлы звучат по-разному: у одних — низкая звукопроводность, а у других — высокая. Если, скажем, сделать колокол из свинца, звучание его будет напоминать звуки пустой деревянной бочки: у свинца низкая звукопроводность.
Широко известны выражения «серебряный звон» и «серебряный голос». Казалось бы, что именно серебро имеет назаурядные музыкальные способности и нет металла звончее его. Но это не так: у серебра очень низкая звукопроводность. Его лишь изредка вводили в состав колокольного сплава, и то чисто символически. Чаще всего корыстолюбивые литейщики серебро, пожертвованное на колокола, забирали себе. Поэтому им выгодно было распространять славу о музыкальных способностях серебра. Истинными же способностями издавать мелодичные звуки обладает медь, вернее, сплав на ее основе — бронза (сплав меди с оловом).
Без металла невозможно представить многие музыкальные инструменты. Металл — это струна гитары и балалайки, раструб трубы и саксофона, трубы органа, детали электронных музыкальных инструментов. Для каждого инструмента используется только определенный металл. Лучшим материалом для органных труб исстари было олово.
Звуки всюду сопровождают металл: звенит коса, топор, пила, молот. Издаваемые звуки как бы аккомпанируют человеческому труду, подчеркивают его ритм. И это не просто хаотичное нагромождение звуков — каждый из них входит в особый язык, который несет определенную информацию, позволяющую контролировать качество работы. Так же, как и музыкант, хороший мастер по металлу чутко различает ритм, размеры и высоту звуков. Скажем, граверу, наносящему углубления на металл с помощью зубильца, очень трудно на глаз добиться одинаковой глубины выборки. На помощь приходит звук, образующийся от ударов молотка по зубильцу. По ритму ударов и силе звуков, которые равномерно повторяются, гравер может судить о глубине прорезаемой в металле канавки.
«Ржа ест железо...»
Эта поговорка известна каждому. Все знают, что ржавчина — злейший враг железа. Попав во влажное место, оно начинает быстро разрушаться. Хотя более медленно, но также неуклонно разрушаются и другие металлы. В наше время придумано множество способов защиты металлов, однако коррозия ежегодно съедает одну десятую часть всего производимого металла. Она уничтожает предметы быта, машины, технические сооружения и произведения искусства, особенно расположенные на открытом воздухе.
В первой половине прошлого века архитектором К. Росси был сооружен Александринский (ныне имени А. С. Пушкина) театр. Его украсила медночеканная скульптура, выполненная по проекту скульптора С. Пименова. Она изображала покровителя муз Аполлона, держащего в руке лиру и управляющего квадригой — колесницей, запряженной четверкой лошадей. Прошло более ста лет — и скульптура «заболела». Конечно, свое дело сделало время: влажный климат, выбросы заводов, фабрик, автомобилей. При обследовании скульптуры были даже обнаружены пробоины от пуль. Но все же она больше пострадала от ошибки, которая была допущена теми, кто изготовлял детали, а затем монтировал скульптуру над аттиком театра. Они не учли, что металлы, имеющие разные электрохимические потенциалы, несовместимы друг с другом. При попадании на них влаги, порой содержащей кислоты, они становятся электродами. Тот из них, который имеет низкий потенциал, окисляется и постепенно разрушается, подобно цинковым стаканчикам в батарейках для карманного фонаря. В данном случае разрушалось железо. А из него был сделан не только каркас, поддерживающий скульптуру изнутри, но и лира в руке Аполлона, дышло колесницы (оглобля между лошадьми при парной запряжке), а также некоторые другие детали.
Было установлено, что медь несовместима не только с железом, но также с алюминием. Если железо не уживается с медью и ее сплавами, то оно более покладисто к алюминию, цинку и олову. Олово в свою очередь несовместимо с алюминием. С остальными металлами оно совместимо только при пайке. Цинк совместим со многими распространенными металлами, за исключением меди и ее сплавов. Мало того, он так же, как и олово, активно защищает железо от коррозии.
Тонкую, как струна, алюминиевую проволоку легко разорвать руками, но не так-то просто сделать это с медной, а тем более стальной. Стальные струны гитары и балалайки при натяжении выдерживают огромные нагрузки. Стальная проволока прочнее, чем медная и алюминиевая.
В технике прочность на растяжение определяется в специальном приборе, на образцах, имеющих определенную форму и размеры. При этом с большой точностью определяется не только прочность, но и упругость, а также пластичность металлов и сплавов. В практике высокую прочность на растяжение должны иметь струны музыкальных инструментов, тросы подъемных устройств, провода линий высоковольтных электропередач.
Кроме прочности на растяжение, различают прочность на сжатие, изгиб, кручение и др. Все эти характеристики прежде всего имеют большое значение в технике.
Если полотно пилы согнуть под небольшим углом, а затем отпустить, оно снова выпрямится. Это свойство металла называется упругостью. Если бы пила не обладала упругостью, то она довольно быстро бы согнулась и помялась настолько, что пилить ею было бы невозможно. Упругий металл необходим для изготовления всевозможных пружин (для часов, игрушек, механических бритв и т. п.), амортизаторов в автомобилях, пружинящих контактов в электротехнике, булавок и застежек в ювелирном деле.
Пластичность противоположна упругости. Если при неточном ударе молотка сгибается гвоздь, никто не надеется, что он выпрямится без посторонней помощи. От удара на консервной банке остаются глубокие вмятины. Все это проявления пластичности металла.
При художественной обработке металла пластичность имеет очень большое значение. Высокую пластичность должен иметь металл, используемый для выколотки, чеканки, скани, инкрустации, басмы.
Алюминиевую проволоку можно легко строгать ножом, снимая тонкую стружку. Алюминий мягче стали, из которой сделано лезвие ножа. В то же время, проведя алюминиевой проволокой по поверхности свинца, можно оставить на нем глубокую царапину. Свинец мягче алюминия и, разумеется, стали. Говоря иначе, сталь тверже алюминия, а алюминий тверже свинца.
Из металлов и сплавов, имеющих высокую твердость, изготавливают всевозможные инструменты: напильники, пилы, сверла, зубила, фрезы, стамески, рашпили, инструменты гравера и резчика по дереву. Инструменты из инструментальной стали обязательно закаляют, благодаря чему увеличивается твердость их рабочей части.
Прочность и твердость металла можно увеличить не только путем термической, но и химико-термической обработки: цементации и азотирования стали, цианирования и др. Наиболее дешевым и производительным является упрочнение металлических изделий способом поверхностного наклепа. Сейчас разработаны методы упрочнения поверхности металлических изделий нейтральным потоком, но суть остается прежняя: на поверхности металла образуется плотный твердый слой. Его умели создавать еще в медном веке. Чтобы сделать прочным и твердым лезвие медного топора или ножа, их тщательно проковывали на наковальне. При увеличении прочности и твердости соответственно уменьшались пластичность и вязкость меди. Да и теперь такой способ упрочнения металла широко применяется в быту. В сенокосную пору по утрам и вечерам в деревнях слышен дробный перестук молотка. Это отбивают косы перед выходом на покос или же впрок, к следующему утру. Выражаясь техническим языком, крестьяне упрочняют жало косы «методом поверхностного наклепа».
Технологические свойства имеют очень важное значение при о выборе металла и его последующей обработке. Более подробно о них будет рассказано во второй части книги, так как практическая работа с металлом немыслима без учета этих свойств.
Несколько раньше было рассказано о несовместимости некоторых металлов друг с другом, ставшей причиной их разрушения. Но так бывает не всегда. Приведем один из примеров мирного сосуществования некоторых металлов.
Найти металл, свойства которого были бы идеальными для какого-то конкретного изделия, не так-то просто. Взять хотя бы обычную кастрюлю. В старину ее делали из меди, так как медь является хорошим проводником тепла, но она быстро окислялась от приготавливаемой в ней пищи. На помощь меди еще в XVIII веке пришел другой металл, стойкий к воздействию слабых кислот,— олово. Медную посуду, в том числе и знаменитые русские самовары, обязательно лудят изнутри. Таким образам, верхний слой посуды был медным, внутренний — оловянным.
Недавно шведские специалисты предложили трехслойный сосуд для приготовления пищи, который они назвали «кастрюлей на всю жизнь». Верхний слой сосуда они сделали из меди, имеющей высокую теплопроводность и теплоемкость. Благодаря этому кастрюля быстро нагревается и долго сохраняет тепло. Средний слой был алюминиевый, способствующий равномерному распределению тепла, а внутренний — из нержавеющей стали, которая, как известно, не окисляется и хорошо чистится.
Книга «Звонкая песнь металла»
Федотов Г.Я.
«Просвещение»
г. Москва, 1990 г.
Звонкая песнь металла. Часть 1. Во кузнице кузнецы…
Звонкая песнь металла. Часть 3. Металл из глины (Алюминий)
Звонкая песнь металла. Часть 4. Главный металл (Железо)
Звонкая песнь металла. Часть 5. На смену камню (Медь)
Звонкая песнь металла. Часть 6. Восставший из пепла (Цинк)
Звонкая песнь металла. Часть 7. Второй высокий (серебро)
Ключевые теги: мастерская, звонкая песнь металла, металл, этюды о металлах
|
|
