А. Г. Журило, доцент, к. т. н. НТУ «ХПИ»

Начало чугунолитейного производства.

Люди никогда особенно не интересовалась историей чугуна, хотя его значение трудно переоценить. Лишь сравнительно узкому кругу специалистов известно, какую роль сыграл этот неприметный с виду материал в развитии производительных сил в различные эпохи, но все знают, что чугун и производимая из него в кислородных конвертерах сталь являются основой современной техники и технологии. В ряду конструкционных материалов они, безусловно, стоят на первом месте и не уступят его еще долгое время, несмотря на все более широкое применение легких цветных металлов, полимерных и керамических материалов.

Уже сегодня число сплавов на основе железа превысило 10 тысяч [1].

Анализируя европейские языки в области чугунолитейного производства, порой приходишь к интересным наблюдениям. Например, заготовка для дальнейшего переплава в русском и украинском языках называется «чушка», то есть «свинья». Аналогично, в английском языке она называется «Pig Iron», то есть дословно «свиное железо». Это было связано с тем, что литье чушек, в отличие от фасонного литья, доверяли ученикам и подмастерьям, считая этот вид литья самым примитивным и непрестижным. В большинстве европейских языков термин, обозначающий чугун, является производным от коренного термина, присвоенного основному материалу железоуглеродистых сплавов — железу, и означает «литое железо».

Так, на английском языке термину «Iron» — «железо» соответствует термин «Cast Iron» — «литое железо»; на немецком языке термину «Eisen» — «железо» соответствует обозначение «Gusseisen» — «литое железо»; в шведском языке «jarn» — «железо», «gjutjarn» — «литое железо». То же самое в турецком, финском, новогреческом и других языках. Однако во французском языке название чугуна «fonte» связывается с понятием «fondre» — плавить, лить; в русском языке литое железо обозначается термином «чугун», в украинском – явно производное от русского «чавун», которые звучат как иностранные (и в самом деле это так), не имеющее на первый взгляд никакого отношения к термину «железо».

Как это могло случиться, что наиболее характерное отличие чугуна от других сплавов — его получение исключительно в литом состоянии не нашло себе отечественного обозначения, взамен которого стали применять иностранное слово. Откуда пришло к нам слово «чугун» и что оно обозначает?

Чугун как литейный материал был изобретен и освоен в Китае за много веков до новой эры, о чем могут свидетельствовать четырехзарядная чугунная пушка, отлитая в пятом веке до н. э. и существующие до сих пор чугунные отливки, самой крупной из которых считается «лев» высотой около 6 м и длиною 5,4 м. По литературным данным, появление чугуна в Китае относится, по меньшей мере к VI в. до н. э. [2]. В противовес этим данным Б. Б. Гуляев считает, что литье чугуна было освоено только 600 лет назад [3]

Необъятная монгольская империя, возникшая в результате грабительских походов Чингисхана и его первых преемников, в значительной степени облегчила ознакомление с культурными достижениями китайцев, жителей Средней Азии и Восточной Европы.

Сопоставление дат нашествия татар и их утверждение в Восточной Европе и юго-восточных частях Европы (первая половина XIII в.), а также дат путешествий первых европейских послов-разведчиков к татарам — Плано де Карпини (1246), Асцелина (1247), Марко Поло и других, со временем «изобретения» европейцами пороха (конец XIII в.) и чугуна (2-я половина XIV в.), со всей очевидностью показывает взаимную связь этих на первый взгляд разрозненных и как будто совершенно не зависящих друг от друга исторических фактов.

Древняя Русь имела непосредственные связи с Золотой Ордой, в столице которой проживало много русских, имевших там отдельные торговые и ремесленные ряды и даже отдельную епархию, и была в более благоприятных, нежели западные страны, условиях для освоения китайских и хорезмийских достижений в области техники. Поэтому логично, что русское слово — чугун происходит от таджикского слова «чуян» (по татарски «чуен»). Этот термин и для таджиков, и для татар является принесенным извне, а именно от китайцев, у которых термин «чу» («чжу») соответствует глаголу «лить», а термин «гун» равнозначен названию «литейное дело» (производство). На рис. 1 показаны два китайских иероглифа: левый «чжу» — означает «лить», правый «гун» — «делать, производство». [4]

Рис. 1. Китайские иероглифы.

В. Яковлев указывает, что в некоторых языках термин, обозначающий чугун, также образован от термина, присвоенного железу, но в сочетании с разными прилагательными. Так, в китайском языке синоним слова «чугун» — (шэнте) может быть дословно переведено как «живое железо» или как «сырое», «незнакомое», «непривычное» железо. Подобное же можно наблюдать в японском, датском, хинди и других языках.

Но в другой группе языков термин, обозначающий чугун, не был образован так, как в предыдущих случаях. К этим языкам относятся русский, таджикский, туркменский, киргизский, афганский и, вероятно, еще ряд других. По звуковому сходству среди них наиболее близко находится к русскому слову «чугун» афганский термин, обозначающий чугун. По-афгански (чугун) — и обозначает чугун. «Чугун» по-туркменски и по-киргизски— «чоюн», а по-таджикски — «чуян». Складывается впечатление о среднеазиатском, а не китайском происхождении русского термина «чугун». Но это еще не означает, что народы нашей страны познакомились с чугуном через посредничество народов Средней Азии [5].

Подтверждением того, что русские заимствовали название литого железа от татар и китайцев через посредство среднеазиатских купцов, может служить факт, что в переписных книгах дьяков Юрия Телепнева и Афанасия Фонвизина по Тульским и Каширским заводам 1645—1676 г. [6] мы имеем путаницу неустановившихся технических терминов «литое» и «чугунное» железо.

Герберштейн свидетельствует о том, что на Руси уже при Василии III отливались чугунные ядра, а при Иване Грозном отливались и чугунные колокола и пушки, значит, к этому времени чугунолитейное дело на Руси уже имело долголетнюю практику и пережило период освоения и налаживания [6].

Китайское происхождение слова «чугун» доказывает и профессор Л. М. Мариенбах. Он считает, что русское название чугуна произошло от китайского слова «чжугун» (должно быть, «чжуцзауогун»), что по-русски означает «литейщик», или от китайского слова «чжугэнди» (должно быть, «чжучанди»), что по-русски означает «литой» [7 стр. 17].

В обоих предположениях были подобраны китайские слова, близкие по звуковому сходству и обозначавшие термины из области производства чугуна. Если же подбирать слова лишь по звуковому сходству, то в китайском языке слово, обозначающее палку или посох, звучит не иначе как «чжугунь». Прямую связь по звучанию между китайским и русским терминами, обозначающими чугун, обнаружить нельзя. Помимо непосредственного знакомства с чугунным литьем в Великих Булгарах и Сарае Берке, московское правительство пользовалось услугами западно-европейских специалистов, и вопреки мнению В. Кнаббе [8], отливки из чугуна на Руси появились не в XVII в., а значительно раньше. Так, в работе [9] описывается, что из трудов знаменитого ученого древности Аристотеля можно предположить, что ему за 2300 лет до наших дней был известен чугун. Четырьмя столетиями позже римский ученый Плиний Старший сообщал о том, что иногда «железо при плавлении делается жидким, как вода, и после этого ломается подобно губке». Это уже явные признаки чугуна. (Хотя во многих источниках эти признаки трактовались по-разному.)

Выдающийся русский литейщик Н. Н. Рубцов прямо пишет: «Как бы то ни было, мы имеем несколько чугунных отливок, относящихся к эпохам за 5—6 вв. до н. э. В музеях имеется очень много образцов чугуна, относящихся к периоду более, чем за тысячу лет до средних веков, которые считают временем открытия чугуна» [10].

Литье из чугуна было широко распространено до н. э. в Китае, неопровержимым доказательством чего являются существующие до сего времени чугунные отливки. Самая большая из них - чугунный лев около 6 м высоты и более 5 м длины, который стоит вблизи железной дороги Тянь-дзинь-Пукоу у Цзянь-жоу и, вероятно, является самой большой из чугунных статуй, отливка датирована 974 г. н. э [10]. Об этом же памятнике А. М. Петриченко и Е. А. Суходольская пишут [11], что они сами подробно исследовали эту уникальную отливку и убедились, что форма Царь-льва залита за один раз (или с небольшими перерывами, в течение которых чугун в форме не успевал затвердевать).

По литературным данным появление чугуна в Китае относится, по меньшей мере, к VI в. до н. э. [10]. Интересно отметить, что у скифов, населявших территорию нашей страны с 8 в до н. э до конца 2 века н. э. чугунного литья не было. Скифы не пошли в металлургии и литье дальше бронзы [12].

По версии американского журнала Modern Casting [13], 600 лет до н. э. в Китае отлита первая чугунная отливка - треножник (массой 600 фунтов), а в 233 г до н. э. там же были отлиты первые чугунные лемехи.

Известно, что жители Ферганы во II в. до н. э. научились от беглецов из китайских войск лить чугун [10]. В 115 г. до н. э. китайское правительство монополизировало всю железную промышленность, имеются многочисленные указания на то, что одним из главных доходов применения железа была выделка чанов для выпаривания соли из морской воды и, насколько можно проникнуть в глубь веков, чаны эти всегда были чугунными.

Из всех известных в древнем мире стран, только в Китае железо восстанавливалось из руды каменным углем, а во всех других - древесным углем.

Применяемая руда содержала от 0,5 до 1% Р, так что чугун, полученный из этой руды, не должен содержать свыше 1% Р. Отливки же содержали от 5 до 7% Р, причем дополнительное количество было получено из угля. Таким образом, китайцы научились получать сплав, близкий к фосфидной эвтектике, т. е. металл с точкой плавления примерно на 100° ниже бронзы. Этим объясняется и сравнительно широкое распространение чугунных отливок в Китае в давно прошедшие времена и тот, на первый взгляд удивительный, факт, что ни Индия, ни Греция, ни Фергана, ни Россия, покоренная Батыем, имевшие возможность познакомиться с китайским опытом, не могли развить это производство у себя, так как не имели подходящего сырья. Поэтому развитие чугунолитейного производства как бы вновь началось в средние века, когда 1) изобретение более мощных воздуходувных устройств дало возможность перейти к более высоким печам для получения железа, в которых чугун получался вследствие науглероживания восстановившегося железа, на первых порах неожиданно для тогдашних металлургов; 2) когда спрос на чугунные ядра и затем на чугунные пушки создал устойчивый спрос и, следовательно, прочную экономическую основу для молодого производства.

Интересные данные приводит большой знаток художественного и монетного литья А. М. Петриченко, который пишет, что исключением из правил мировой валютной системы следует признать литье и участие в денежном обращении Китая чугунных монет, которые широко использовались в период Пятицарствия (907—960 гг. н. э.) и особенно в эпоху Сун (960—1279 гг. н. э.). В некоторых регионах с целью экономии меди, хождение имели только чугунные монеты, но и на них существовал запрет вывоза за границу [14].

В зарубежной, да и в отечественной литературе превалирует мнение о том, что причиной возникновения чугунного литья в Китае послужило наличие высофосфористых руд и применение древними китайскими литейщиками специальных фосфористых добавок.

Даже небольшого экскурса в историю металлургии в Китае достаточно, чтобы убедиться в том, что это является не единственной и не главной причиной раннего появления чугуна в Китае. Главной причиной того, что китайцы первые в мире и более чем на 1500 лет раньше европейцев научились добывать руды, выплавлять чугун и изготовлять чугунные отливки, являются замечательные успехи китайцев в области плавки бронзы и устройства печей к моменту появления железа.

Одни исследователи относят первые отливки к периоду «Воюющие царства», другие небезосновательно полагают, что китайцы умели изготовлять чугунные отливки еще в эпоху «Весна и осень» (722—481 гг. до н.э.). Фактически Китай начал свой железный век, как свидетельствует Ли Хэн-дэ [15], не добычей сыродутного железа и ковкой из него изделий, а плавкой чугуна и изготовлением чугунных отливок. В этом одна из особенностей самобытного развития литейного производства Китая. Если до сих пор нет сколько-нибудь убедительных доказательств о применении в эпоху «Весна и осень» железных кованых изделий, то о производстве чугунных отливок в этот период очень много существует вполне достоверных данных.

В Китае уже в 513 г. (до н. э.) был изготовлен большой чугунный ритуальный сосуд, на котором был отлит один из сводов тогдашних законов (своего рода уголовный кодекс). Но первые чугунные отливки представляли собой преимущественно орудия и инструменты сельскохозяйственного назначения. Древние летописные памятники Китая дают неопровержимые доказательства о применении железных (чугунных) сельскохозяйственных инструментов еще в 7 в. до н. э., что привело к резкому повышению урожайности полей.

А. М. Петриченко прямо указывает [15], что китайцы более чем на 1500 лет раньше, чем европейцы, научились плавить чугун и изготовлять сложные чугунные отливки. К периоду «Воюющих царств» (403—221 гг. до н. э.), т. е. ко времени появления в Китае чугунного кокильного литья, китайские литейщики в совершенстве владели техникой плавки чугуна. К этому же времени они достигли высокого уровня в изготовлении литейных форм. Причем для получения литых денег и других отливок тогдашние литейщики применяли в основном полупостоянные шамотные формы. Половинки таких форм изготовлялись по металлическим (бронзовым) моделям или пресс-формам.

Безусловно, литье чугунных денег было весьма прогрессивным процессом по нескольким причинам.

Во-первых, чугун – не благородный металл, стоек к истиранию, этому бичу металлических денег из драгоценных металлов.

Во-вторых, чугун не дефицитен, что позволяло четко выполнять почти неизменный в веках закон металлических денег: стоимость металла монеты должна быть ниже её номинала (правда, в истории металлических денег были и исключения).

В-третьих, существовавшая в Китае государственная монополия на чугунное литье исключала фальшивомонетничество по определению.

В-четвертых, выплавить чугун в домашних условиях из руды человеку, не владеющему искусством металлургии, не имеющему подготовленную руду, флюсы и восстановители, рецептура которых практически всегда хранилась в секрете и передавалась от отца к сыну маловероятно.

Китай — страна самой древней литературы по литейному производству. По-видимому, первой книгой по технологии литья была широко известная в Китае книга «Као Гун-ди», написанная более 2000 лет назад. В этой книге изложены не только способы получения отливок, но и дано подробное описание сплавов для различных изделий (мечей, колоколов, домашней утвари и т. д.), их состав и способы плавки. Подобные сведения о разнообразных способах литья имеются и в более поздних источниках.

Более четырехсот лет назад была впервые издана книга Сун Ин-сина «Оригинальные изобретения», в которой даны краткие описания многих наиболее характерных процессов литья, сохранившихся с глубокой древности. Книга эта хорошо иллюстрирована; она переиздавалась много раз. [16].

Интересно отметить, что нашей стране на территории Одесской области у с. Николаевка Беляевского района, в 1964 г. А. И. Мелюковой было найдено три обломка чугунных котлов [17], являющимися наиболее древними изделиями из чугуна не только в Украине, но и на всей европейской части бывшего СССР. Обломки были найдены на поселении греко-варварского типа в непотревоженных слоях в разных местах и на значительной глубине — 0,7—1 м. В этом слое содержалось большое количество изделий античной эпохи, достоверно датируемых IV—III вв. до н. э. Обломки, как и любой деформированный чугун, имели неправильную форму размером 94x140— 110х160 и 95х130 мм, при толщине стенок 3—7 мм. Травление выявило во всех шлифах литую структуру заэвтектического белого чугуна со структурой ледебурита, первичного цементита и небольшого количества графита. Причиной отбела чугуна авторы объясняют малым содержанием кремния, а практически полное отсутствие марганца указывает на то, что чугун выплавлялся без применения флюсов.

Проведенные химический и спектральный анализы доказали, что обломки принадлежали одному котлу и изготовлены из руды, по-видимому, типа бурых железняков, которые часто использовались древними металлургами для получения железа.

Необходимо отметить, что как самостоятельная отрасль промышленности, литейное производство выделилось из металлургического производства лишь в конце ХІХ – начале ХХ веков с появлением небольших печей (вагранок), способных плавить металл, обеспечивая достаточный его перегрев и обеспечивая расплавленному чугуну достаточную жидкотекучесть и другие литейные свойства. Именно тогда при литье чугуна перестали использовать только металл первой плавки, а сам чугун стал широко распространенным конструкционным материалом. Но основу для этого заложили именно древние мастера Китая, Узбекистана, Волжской Булгарии.

Выводы.

1. Литье из чугуна было широко распространено до н. э. в Китае, неопровержимым доказательством чего являются существующие до сего времени чугунные отливки и чугунные кокили.

2. Скифские племена, населявшие территорию нашей страны с 8 в до н. э. до конца 2 века н. э., чугунного литья не знали.

3. Древние летописные памятники Китая дают неопровержимые доказательства о применении железных (чугунных) сельскохозяйственных инструментов еще в 7 в. до н. э.

4. Фактически Китай начал свой железный век не добычей сыродутного железа и ковкой из него изделий, а плавкой чугуна и изготовлением чугунных отливок. В этом одна из особенностей самобытного развития литейного производства Китая.

5. Главной причиной того, что китайцы первые в мире и более чем на 1500 лет раньше европейцев научились добывать руды, выплавлять чугун и изготовлять чугунные отливки, являются замечательные успехи китайцев в области плавки бронзы и устройства печей к моменту появления железа.

Литература

1. М. Беккерт Железо. Факты и легенды М. 1988, 252 с.